信阳上天梯珍珠岩膨胀性能影响因素研究

1、第31卷第5期非金属矿V ol.31 No.5 2008年9月Non-Metallic Mines September, 2008珍珠岩是一种火山喷发后急剧冷却而成的玻璃质酸性熔岩,因其具有珍珠裂隙结构而得名。岩浆喷出地表后,由于与空气温度相差悬殊,使大量水蒸气未能逸散而被包裹在玻璃质内以结合水的形式保留下来。当珍珠岩矿砂置于高温下焙烧时,由于突然受热,玻璃质结构内的结合水迅速汽化产生很大压力,使达到软化点温度的玻璃质体积迅速膨胀,从而形成了孔径不等、内部呈蜂窝状的白色颗粒物质,即膨胀珍珠岩。珍珠岩的玻璃质是引起矿石膨胀的基础条件,玻璃质中结合水是引起矿石膨胀的内在原因1。膨胀珍珠岩具有容重小

2、、导热系数低、隔热隔音性能好、化学性质稳定和无毒无味等特性,广泛应用于建筑、轻工、冶金、园艺和环保等领域。膨胀珍珠岩原料质量的好坏,可通过测试珍珠岩矿砂的膨胀性能来评价2,膨胀倍数可综合反映珍珠岩的膨胀性能,本文通过实验探讨焙烧样品量、预热温度、预热时间、焙烧温度、焙烧时间等因素对珍珠岩膨胀倍数的影响来研究其膨胀性能,以期对工业生产提供理论参考。1实验部分1.1 主要仪器SSJ-I高温箱式电炉:洛阳市新奇实验电炉厂;XP204S电子天平:瑞士Mettler-Toledo;DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱:上海精宏实验设备有限公司;D8 Advance X射线粉末衍射仪:德国Bruker公

3、司;K M-I快速研磨机、8411型电动振筛机:湘潭湘仪仪器有限公司。1.2 原料珍珠岩原矿,信阳上天梯非金属矿产,主要化学成分(wt%为:SiO2,72.93;Al2O3,12.9;Fe2O3, 0.53;FeO,0.18;CaO,0.76;MgO,0.16;K2O,5.30; Na2O,2.57;MnO,0.06;烧失量,4.97。1.3 实验过程与方法先将珍珠岩原矿破碎、研磨、筛分成不同粒径的样品,然后取不同粒径(大粒径:123840m,中等粒径:104123m,小粒径: 74104m的样品,然后在不同的温度和时间下分别进行预热。用量筒分别量取适量预热过的样品(样品振动密实到体积不再减少

4、为止置于陶瓷片上,然后迅速倾入箱式电炉中的蒸发皿中,在不同设定温度下,焙烧不同的时间,测量焙烧后样品的体积,计算珍珠岩膨胀倍数。2结果分析与讨论2.1 XRD分析珍珠岩的X-射线衍射图谱见图1。图1中2角22.15所对应衍射强度较大的主峰是SiO2的衍射峰,说明珍珠岩主要化学成分是SiO2。珍珠岩矿物成分95%是玻璃相,其中60%75%为无定形SiO2,另有少量透长石、石英的斑晶、微晶及各种形信阳上天梯珍珠岩膨胀性能影响因素研究刘鹏刘红燕(信阳师范学院化学化工学院,河南信阳464000摘要以信阳上天梯珍珠岩为原料,在不同温度和时间下进行预热和焙烧,测定其焙烧后的膨胀性能,绘出膨胀性能曲线。详细

5、讨论了样品焙烧量、预热温度、预热时间、焙烧温度、焙烧时间等因素对珍珠岩膨胀性能的影响,实验结果表明,信阳珍珠岩的最佳膨胀条件为:预热温度250350,焙烧温度11501200,焙烧时间1015s。关键词珍珠岩膨胀性能预热焙烧中图分类号:TD97文献标识码:A文章编号:1000-8098(200805-0023-03Study on Influencing Factors to Expanding Performance of Perlite from Shangtianti in XinyangLiu Peng Liu Hongyan(College of Chemistry & Chemic

6、al Engineering, Xinyang Normal University, Henan Xinyang 464000 Abstract The perlite from Shangtianti in Xinyang was used as raw material, the preheating and calcination were investigated at temperature and time. The expansion rate curve was obtained by determining its expansion multiple after calci

7、nations. Inflution of the sample amount, the preheating temperature, the time of preheating and calcinations temperature and calcinations time on the expansion performance of perlite was discussed in detail. The optimizing expansion conditions for different size were determined in laboratory scale:

8、the preheating temperature was 250350, the temperature and time of calcinations were 11501200 and 1015s, respectively.Key words perlite expanding performance preheating calcination收稿日期:2008-03-28基金项目:河南省科技厅重点科技攻关项目(072102350009态的雏晶、隐晶质矿物、角闪石等。因此,珍珠岩的X-射线衍射图谱上除了相当大的非晶态主峰外,还有一些重叠的小的晶态峰,其中只有玻璃质具有膨胀性能,其

9、它杂质膨胀性很小或不可能膨胀,如果矿石中有大量斑晶存在,珍珠岩的膨胀性能将会明显降低。矿石中玻璃质的含量与膨胀倍数大致呈正向关系。2/(图1 珍珠岩X-射线衍射分析图谱2.2 膨胀性能影响因素2.2.1焙烧样品量:在相同预热和焙烧温度及时间下,焙烧时取样量的多少对珍珠岩膨胀倍数的测定有直接的影响,取样量对实验结果的影响,见图2。图2 样品焙烧量与膨胀倍数的关系从图2可看出,珍珠岩的膨胀倍数随着焙烧样品量的增加而明显减小。由于实验条件下的进料近似于静态,焙烧时随着焙烧样品量的增加,瞬间热量与样品的接触达不到最大化,水分不能瞬时全部汽化,所产生压力不足以使矿砂充分膨胀,因此取样量大时所测膨胀倍数偏

10、小。要使样品达到最大膨胀,样品应该取少量为宜,但取样量过少有可能带来较大的测量误差。实验结果表明,每次取样2ml较为合适。工业生产中珍珠岩进入膨胀炉为连续动态进料,其在工业膨胀炉中的受热方式与在实验室高温马弗炉中的受热方式也不相同,所以膨胀倍数相差较大。实验室测定的膨胀倍数(K与工业生产的膨胀倍数(K0可根据经验公式换算,经验换算公式为3: K0= 5.2(K-0.8。2.2.2预热温度:珍珠岩矿砂之所以能够膨胀,一个重要因素是矿石玻璃质内含有结合水。水在蒸发时不仅能使颗粒软化,而且能减小软化颗粒的黏性4。如果珍珠岩含水量过大时,高温焙烧时水分汽化产生的压力也过大,将导致矿砂颗粒炸裂,产品粉化

11、严重,使产品密度增大;若珍珠岩含水量过小时,高温焙烧时没有足够的水变为气态,产生的气体压力小,膨胀不充分,膨胀珍珠岩密度增大。只有矿石内部的水汽化产生的压力与软化点温度相适应,珍珠岩才能达到最佳膨胀状态。珍珠岩一般含水量在4%6%,膨胀的适宜含水量为1.5%2% ,通常在膨胀前采用预热 图3 预热温度与膨胀倍数的关系实验结果表明:预热温度的不同对珍珠岩的膨胀倍数有较大的影响。对于大粒径样品,其最佳预热温度是350;中等粒径样品,最佳预热温度是300;而对于小粒径样品,最佳预热温度是250。小粒径样品的预热温度要明显低于大粒径样品的预热温度,这是因为样品在粉碎过程中,产生大量的断裂面,随着大量新

12、表面的产生,颗粒粒度缩小,比表面积增加,粉体表面自由能增加。颗粒粒径越小,表面能越大,加热脱水时所需温度就越低。2.2.3 预热时间:三种粒径的样品在相同温度下分别预热5min、10min、15min、20min、30min、40min,然后在 见图4。图4矿砂预热时间过短,水分蒸发少,达不到预热的目的;预热时间过长,矿砂中残留水分少,高温焙烧时产生的蒸汽压力不足以使矿砂膨胀或膨胀不充分。图4显示预热时间对小粒径矿砂的影响较大,这是因为颗粒粒径越小,热量越容易传导其内部,水分蒸发的也就越快。2.2.4 焙烧温度:不同粒径的样品分别在1050、1100、1150、1180、1200、1250下焙

13、烧,其焙烧温度与膨胀倍数的关系,见图5。实验结果表明:最佳焙烧温度随着粒径的增大而增加,大粒径样品最佳焙烧温度在1200,中等粒衍射强度/cps4.4.5.5.6.6.7.7.焙烧样品量/ml膨胀倍数膨胀倍数径样品最佳焙烧温度出现在1180,而小粒径样品最佳焙烧温度出现在1150。如果焙烧温度过低,传递到珍珠岩颗粒内部的热量少,颗粒内部的软化程度比表面差,其内部水分没有及时汽化,因而颗粒不能完全膨胀,膨胀倍数就小;焙烧温度过高,矿砂软化过度,甚至融化,膨胀后又收缩,形成过烧,因而膨胀倍数也减小。工业生产时,焙烧温度过高还易形成结炉。所以, 2.2.5 焙烧时间:取预热过的样品在适宜的焙烧温度下

14、分别焙烧2s 、5s 、10s 、15s 、20s 、25s 、30s ,其焙烧时间与膨胀倍数的关系,见图6。图6 焙烧时间与膨胀倍数关系实验结果表明,三种粒径样品的最佳焙烧时间均出现在1015s 。焙烧时间过短,矿砂膨胀不充分;焙烧时间过长,颗粒被烧缩,甚至被烧结。因此,珍珠岩的最佳焙烧时间应该以1015s 为宜。3 结论1.实验室条件下,珍珠岩的膨胀倍数随着焙烧样品量的增加而明显减小, 每次取样2ml 较为合适。2.珍珠岩矿砂含水量过大,将导致矿砂颗粒炸裂,产品粉化严重,产品密度增大;含水量过小时,膨胀不充分,产品密度也增大。通过预热的办法可控制珍珠岩的有效含水量,预热时间过短和过长都会导

15、致珍珠岩膨胀倍数降低。3.焙烧温度过低和焙烧时间过短,珍珠岩矿砂不能完全膨胀,膨胀倍数小;焙烧温度过高和焙烧时间过长,珍珠岩矿砂膨胀后又被烧缩,甚至烧结。4.不同粒径珍珠岩膨胀的最佳膨化工艺条件:对于大粒径样品,预热温度350,预热时间10min ,焙烧温度1200, 焙烧时间10s ;中等粒度样品, 预热温度300,预热时间10min ,焙烧温度1180,焙烧时间15s ;小粒径样品,预热温度250,预热时间10min,焙烧温度1150,焙烧时间15s 。参考文献:1 中国绝热隔音材料协会. 绝热材料与绝热工程实用手册M. 北京:中国建材工业出版社,1998,202.2 宋世林,付桂元,余晟

16、.实验室测试珍珠岩膨胀性能研究J.非金属矿,2001,24(1:9-10.3 郑水林.非金属矿加工与应用M.北京:化学工业出版社,2003,127.4 M Roulia, et al. In fl uence of thermal treatment on the water release and glassy structure of perliteJ. J Mater Sci, 2006(41: 5870-5881. 14膨胀倍数焙烧时间/s粉为原料,最优制备有机膨润土的条件选择是:在溶液pH 值为2的条件下,插层剂(CTAB 用量为80mmol/100g ,反应温度为60,反应时间为2

17、h 。2.对比了阳离子、两性和非离子表面活性剂有机插层剂对钠基土有机改性的影响。由XRD 谱图及根据Bragg 方程计算有机土的层间距可知,阳离子有机插层剂可显著增大膨润土的层间距,有机土的层间距可达2.016nm 。由红外光谱(FTIR 分析可知,有机插层剂已经进入钠基土层间。参考文献:1 刘元法,黄健花,王兴国.凹凸棒石、膨润土和活性炭吸附油中色素的研究J. 矿物岩石,2006,26(3:12-15.2 E P Giannelis, R K rishnamoorti, E Manias. Polymer-Silicate Nano-composites: Model Systems for Confined Polymers and Polymer BrushesJ. Advances in Polymer Science,1998: 138-114.3 A K athleen, Carrado. Synthetic organo- and polymer-clays: prepara-tion ,characterization,and materials applicationsJ. Applied Clay Science, 2000,17: 1-23.4 Abollino O, Aceto M, Malandrino M