β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂制备及对甲基橙溶液的降解

采用简单、环保的方法合成β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂,采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂进行表征分析,考察质量比、合成温度和合成时间对催化剂催化活性的影响,通过分析催化剂类型、用量及双氧水用量,探究β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂处理染料废水的最佳工艺条件。结果表明:β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂制备工艺简单,操作条件温和,易于工业化生产;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂在满足m(β-FeOOH)/m(SiO_(2))=1∶1,反应温度为90℃,反应时间为8 h时,具有最佳的催化活性;在30℃条件下,β-FeOOH/SiO_(2)的加入量为5 g/L,过氧化氢的加入量为0.1 L/L时,200 mg/L甲基橙染料废水的去除率最大,达到98.85%,对亚甲基蓝和罗丹明B的去除率分别达到90.44%和99.25%;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂对染料废水具有良好的降解效果。

西山煤田煤层气井水力压裂效果剖析及启示

水力压裂是改善煤层渗透率的常用方法,其改造效果直接影响煤层气井的产能。详细观测了西山煤田屯兰区块5口煤层气井的井下揭露煤层及裂隙展布情况,并联合体视镜、扫描电镜和显微CT等研究煤体结构、微裂隙、石英砂和煤粉的分布特征,结合区域地应力和水力压裂施工参数,剖析煤层气井的压裂效果。研究结果表明:水力压裂产生的宏观裂隙形态复杂多样,包含水平型、垂直型、X型和T型。距离煤层气井筒越近,煤体越破碎,以碎裂煤和碎粒煤为主,水力压裂裂隙发育,远离煤层气井筒的煤体主要是原生结构煤,以原生裂隙为主。石英砂主要铺置在水平裂隙内,仅有少量分布在T型裂隙内。石英砂与煤的裂隙面强烈摩擦、碰撞和嵌入,与压裂液破裂煤体叠加形成大量煤粉,造成煤粉裹挟石英砂堵塞裂隙。宏观裂隙内的煤粉主要受水力压裂时煤体破裂、压裂液冲刷煤体及石英砂与裂隙面摩擦而产生,微观裂隙内的煤粉在煤体破断时产生。煤粉与石英砂混合堆积在裂隙内,对携砂液产生巨大阻力,造成石英砂无法向煤层气井的远端运移。地应力的大小和方向、煤层及顶底板的强度是影响水力压裂裂隙张开与延展方向的重要因素,携砂液黏度低无法悬浮石英砂,容易造成石英砂与煤粉聚集堵塞裂隙。

砂颗粒矿物成分对MICP过程的影响及机理

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种绿色环保的新型土体加固技术,具有广泛的应用前景。为了研究砂颗粒矿物成分对MICP过程的影响,分别选用石英砂和钙质砂为代表性研究对象,利用环氧树脂胶结固化后打磨制成样片,再在配置好的菌液和胶结液中对样片表面进行MICP处理,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及超声震荡试验定量分析了碳酸钙产量、矿物晶型、晶貌及界面胶结特性。结果表明:(1)钙质砂颗粒比石英砂颗粒更利于微生物诱导生成碳酸钙,平均单位面积碳酸钙生成量前者约为后者的5倍;(2)两种砂颗粒表面生成的碳酸钙主要为球霰石和方解石,钙质砂界面能更低,诱导生成更多的方解石;(3)石英砂表面生成的碳酸钙主要为较大的球形颗粒,而钙质砂表面的碳酸钙形貌主要为板片状;(4)微生物在钙质砂颗粒上诱导生成的碳酸钙呈现更高的界面胶结强度,经超声波震荡后,石英砂颗粒上碳酸钙的质量损失率约为钙质砂的10倍。在此基础上,运用微生物学、晶体化学、结晶矿物学等其他相关学科的理论,系统分析了石英砂和钙质砂对MICP过程及效果的影响机理,取得了新的认识,对优化MICP技术在岩土工程中的应用有重要意义。

一步水热改性石英砂支撑剂及性能研究

为提高石英砂在压裂液中的分散稳定性,采用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对传统石英砂表面进行改性。结果表明,CTAC质量分数为0.6%,在80℃中性条件下与石英砂反应120 min,可以使石英砂的沉降速度降低44.85%。改性前后石英砂与水的接触角由28.233°增至87.853°,表明石英砂表面的疏水性有大幅度改善,石英砂颗粒与水分子之间的排斥力增大。表面自由能由83.342 mJ/m^(2)降至22.379 mJ/m^(2),表面自由能降低使系统更加稳定,从能量的角度解释了改性后石英砂沉降速度降低的原因。改性后石英砂的zeta电位是改性前的2倍,石英砂颗粒之间的静电斥力明显增大,从而使颗粒之间不容易聚沉,体系更加稳定。

低品位脉石英热压浸出工艺动力学研究

为解决低品位脉石英中杂质元素含量高的问题,采用湖北蕲春灵虬山脉石英为原料,研究了液固比、反应时间和反应温度对杂质去除效果的影响。结果表明,经过热压浸出工艺提纯后,石英砂SiO_(2)含量(质量分数,下同)由97.766%增至99.974%,主要金属元素杂质的去除率显著提高。阿弗拉米动力模型表明,杂质去除过程受内扩散和化学反应共同控制。研究结果为优化脉石英的提纯工艺提供了理论依据和实践指导。

页岩气井用石英砂的耐老化机理研究

石英砂是非常规气体开采中非常实用的一种基础材料,在地层水模拟石英砂服役过程中,发现其破碎率下降。选用两种规格的石英砂在地层水中恒温浸泡不同时间,通过对浸泡前后的石英砂进行XRF、XRD、SEM、EDS、XPS、FT-IR等表征,探索石英砂的耐老化机理。XRF结果表明石英砂浸泡后ClO_(2)含量增加,XRD结果出现了SiCl_(4)和钙长石新峰,XPS结果出现了Cl2p和Ca 2p峰。这些结果揭示出地层水中的Cl-离子进入石英砂间隙中,与SiO_(2)反应生成SiCl_(4),从而生成硅酸凝胶,包覆在石英砂表面,阻断了石英砂与水的接触,加上石英砂表面附着有生成的钙长石,增加了石英砂的强度,从而提高了石英砂的抗破碎能力。

钢纤维-海泡石纤维优化铁尾矿砂-石英砂混合砂浆性能试验研究

为了在保证经济性的同时改善铁尾矿砂-石英砂混合砂浆的性能,选用钢纤维、海泡石纤维优化混合砂浆,研究了钢纤维、海泡石纤维单掺和以不同比例混掺对混合砂浆工作性能、力学性能和自然干燥收缩率的影响。结果表明,在单掺情况下,海泡石纤维对流动性的负面影响高于钢纤维,两种纤维分别以合适掺量掺入混合砂浆中,钢纤维对抗折强度和28 d自然干燥收缩率的改善效果优于海泡石纤维,而海泡石纤维对抗压强度的改善效果更佳;钢纤维-海泡石纤维以0.50%-1.0%和0.75%-1.0%组合混掺对矿浆力学性能和干燥收缩改善效果最佳。从性能改善效果和经济性角度综合考虑,确定了最优纤维掺量组合,即钢纤维、海泡石纤维掺量分别为0.50%、1.0%。在此掺量组合下,混合砂浆3 d、7 d和28 d抗折强度分别提升了15.8%、13.0%和12.5%,混合砂浆3 d、7 d和28 d抗压强度分别提升了16.2%、14.7%和13.9%,28 d自然干燥收缩率降低了32.8%,且经济性良好,每吨混合砂浆仅增加28.8元左右的成本。

湖北省恩施某光伏玻璃用石英砂提纯制备实验

这是一篇关于矿物加工工程领域的文章。光伏玻璃用石英砂是支撑新能源行业发展必不可少的原料之一,其供应安全保障事关我国双碳政策的成功实施。本文以湖北省恩施州某大型石英砂矿为研究对象,开展了工艺矿物学与除杂提纯实验研究,发现该石英砂矿的主要杂质为斜长石、云母、褐铁矿和金红石,采用了“分级-重选-磁选-酸浸”选矿工艺流程,最终获得符合粒度要求(0.106~0.500 mm)的石英砂精矿产率为67.61%,其SiO_(2)含量由97.36%提高至99.79%,有害元素Fe_(2)O_(3)、TiO_(2)与Al_(2)O_(3)含量则分别降低至75、80、630 g/t,石英精矿产品各项指标达到了光伏玻璃用硅质原料的生产要求,实现了该石英砂矿的有效利用。

高纯高白石英砂提纯机理研究

以广西灌阳石英砂为研究对象,探究酸对石英砂的最优浸出方式,研究了酸浸时间、酸浸温度、酸浸浓度、粒径大小等对石英砂提纯效果的影响。结果表明,混酸对Fe等金属杂质去除效果显著,酸浸温度40℃,酸浸时间5 h,4%草酸+1%HF对石英砂提纯效果最佳,白度达到87.8%,SiO_(2)含量(质量分数,下同)达到99.91%,Fe_(2)O_(3)含量降至0.0220%。此外,还与企业传统工艺对比分析了经济价值与可行性。

典型光伏坩埚用高纯石英砂工艺属性对比研究

以美国矽比科公司、挪威TQC公司和中国江苏太平洋石英股份有限公司生产的3种坩埚用高纯石英砂为研究对象,通过激光粒度分析、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等分析测试手段,对3种坩埚用高纯石英砂的粒度分布、微观形貌、化学成分、晶胞参数等特征进行分析。结果表明,美国矽比科公司和挪威TQC公司生产的坩埚用高纯石英砂粒度集中在200μm左右,形状和尺寸均匀程度均优于中国江苏太平洋石英股份有限公司生产的石英砂;3个样品均存在包裹体和个别元素含量略高情况,但不影响石英坩埚生产;石英砂化学元素含量会影响晶胞参数的变化,3个样品a值均偏小,中国江苏太平洋石英股份有限公司石英砂样品c值偏大;结合不同浸出介质石英砂微观形貌对比分析,3个石英样品均经过高温煅烧处理及氢氟酸酸浸处理,挪威TQC公司生产的坩埚用高纯石英砂中还存在硝酸酸浸的痕迹。

青海某脉石英制备初级高纯石英砂试验研究

以青海东昆仑某地脉石英矿为原料,对其进行工艺矿物学研究。根据原料分析结果,采用“破碎-色选-棒磨-分级-磁选-浮选-酸浸”的工艺对原料进行提纯,得到精矿SiO_(2)含量(质量分数,下同)为99.901%,Fe_(2)O_(3)含量降至3.4×10^(-6),Al_(2)O_(3)含量降至780×10^(-6),达到初级高纯石英砂要求。

复合改性砂滤料制备及生物砂滤池对受污染原水的净化效果

为改善普通石英砂(QS)表面特性,提高生物砂滤池生物附着量及对水中污染物的去除效果,对QS进行氨基、铝离子及铝钙双氢氧化物改性,制得氨基改性砂(AMS)、铝离子改性砂(ALS)和铝钙双氢氧化物改性砂(CAS),以四种滤料填充滤池考察对受污染原水的净化效果。结果表明,与QS相比,ALS与CAS表面覆盖了金属离子,AMS、ALS、CAS表面形态及比表面积均得到改善,成膜后表面生物附着量分别增加3.6、5.5、6.9 mg/g;滤速为5 m/h时,CAS滤池对浊度和COD平均去除率分别为90.1%、51.8%。与AMS、ALS滤池相比,CAS滤池表面生物量最大,对水中污染物去除效果良好。

石英砂对UHPC力学性能的影响规律

研究了标准砂与工业石英砂作为细集料对UHPC100力学性能的影响规律。试验结果表明,两种养护条件下,标准砂UHPC3 d抗压与抗折强度增长较快,28 d两种砂的强度逐渐一致,但工业石英砂UHPC的抗折强度增长更高,抗拉强度与弹性模量则随着龄期呈明显增长趋势,不论是标准养护还是高温养护,工业用石英砂UHPC7 d力学性能更加突出,高温养护条件更佳。

石英砂剪切带内部结构演化特征的环剪试验研究

滑坡的宏观力学特性往往受滑带内部微观结构的影响,因此深入研究滑带内部微观结构的演变规律对于滑坡研究具有重要意义。通过石英砂环剪试验,模拟了剪切作用下颗粒状滑带的形成演化过程,利用CT扫描成像系统及图像处理技术,定量分析剪切带内部结构演变特征。研究结果表明:随着剪切位移增大,颗粒破碎导致剪切带内细颗粒逐渐增多,最终形成上下层细颗粒较少,核心层细颗粒富集的3层剪切带结构;剪切位移达到25 m时,细小颗粒在核心层两侧边界聚集形成细颗粒带,越靠近核心层边界细颗粒占比和颗粒磨圆度越大;剪切位移增大至100 m时,细颗粒带内形成2层连续发育细颗粒聚集的剪切滑动面。以上发现对于深入理解滑带的形成演化机制及内部结构的演变规律具有十分重要的意义。

河砂与石英砂对蒸养超高性能混凝土(UHPC)性能的影响及机理

本研究分别选用颗粒粒径分布相近的河砂与石英砂制备了不同胶砂比的超高性能混凝土(UHPC),探究了两种细集料对不同胶砂比情况下UHPC性能的影响。结果表明:(1)采用河砂制备的UHPC的扩展度稍大于采用石英砂者;(2)采用河砂制备的胶砂比为1.0的UHPC的抗压强度和抗拉强度最高,表现出明显的应变硬化现象,采用石英砂所制备的胶砂比为0.8的UHPC的抗拉强度最低,几乎无应变硬化现象;(3)细集料种类及胶砂比对水泥水化反应和掺合料火山灰反应的影响有限,蒸养条件下,硬化浆体中几乎无Ca(OH)_2存在;(4)UHPC内孔隙的直径大多小于1μm,胶砂比相同时,采用石英砂制备的UHPC所含孔径小于1μm孔的数量多于采用河砂者;(5)与石英砂相比,河砂与硬化浆体的界面过渡区较为致密,且采用河砂制备的UHPC中浆体对纤维的包裹性也较好。

江西某锂云母尾矿制备高纯石英砂试验研究

随着半导体、光伏等战略新兴产业的高速发展,其关键基础原材料石英资源变得愈发紧缺,对尾矿中的低品质石英砂进行高效分选提纯,可有效缓解我国高纯石英资源短缺的局面。本试验对江西某锂云母尾矿中的石英砂进行选矿试验研究,采用“磁选-擦洗-浮选-酸浸”试验工艺流程,研究不同试验因素对石英砂提纯效果的影响。结果表明,石英砂中SiO_(2)含量(质量分数,下同)由原矿73.75%提至99.90%,精矿总杂质元素含量降至977.83μg/g,其中Fe_(2)O_(3)含量从0.42%降至87.21μg/g,Al_(2)O_(3)含量从14.28%降至584.12μg/g,去除率分别为97.91%与99.59%,提纯效果较好,满足JC/T 2314—2015《光伏玻璃用硅质原料》对光伏砂质量要求。本研究有利于提升锂云母伴生石英矿的综合利用,提高伴生石英矿的价值。

高纯石英砂浮选工艺与药剂研究进展

高纯石英砂是半导体、光纤通信、光伏、航空航天等高新技术产业的基础原料,战略地位十分重要,直接关系到国家高新技术产业的健康可持续发展。作为高纯石英砂提纯工序中的关键一步,浮选技术的发展直接影响高纯石英砂原料的品质。对比分析了“有氟有酸”法、“无氟有酸”法以及“无氟无酸法”等主流浮选技术的优缺点,系统介绍了抑制剂、pH调整剂、活化剂等高纯石英砂浮选药剂的研究进展。在总结传统和新型合成药剂特点的基础上,阐述了目前高纯石英砂浮选行业面临的问题。为了突破国外高纯石英的垄断与封锁,尽可能降低浮选对环境的不利影响,发展环境友好型高纯石英砂浮选技术和开发绿色高效高纯石英浮选药剂将是未来的研究重点。

基于储能的石英砂高温换热装置设计

主要设计一款能产生90 t/h蒸汽量的快速流态化石英砂高温换热装置,以解决风力发电和光伏发电的不稳定性和不可调控性问题,把电能转变成高温热,再生成过热蒸汽,推动汽轮机转动,提供旋转惯量和一次调频能力,使产生的电能平滑输出。确定快速流态化石英砂高温换热装置的设计模型,确定设计的工况范围。通过计算换热器埋管与床层之间的传热系数,设计出快速流态化石英砂高温换热装置各系统的各项参数。

贴砾过滤器贴砾层渗透性试验研究

贴砾过滤器、砾石充填在地热开采、水文观测等工程中得到了广泛应用。他们的主要工作部位为贴砾层、充填层,研究最常用的贴砾材料石英砂的渗透性能。通过调节砂样的粒径、细颗粒含量,测试砂样固结前后在饱和状态下的渗透性,分析粒径、级配对砂样固结前后渗透性的影响,通过试验数据整理,分析相同条件的砂样固结前后的渗透性能差异。试验表明,固结前后的砂样的渗透系数随粒径的减小而减小,在中砂范围内变化最大,在细砂范围变化较小;固结前后砂样的渗透系数都随着细颗粒含量的增多而减小,复配砂的最小渗透系数小于构成其细颗粒组砂的渗透系数;相同条件下,粗砂范围内,石英砂的渗透性能要优于固结后的石英砂,中细砂范围内,固结后的石英砂的渗透性能要优于石英砂。

石英砂细度和掺量对G级油井水泥浆体系性能的影响

通常G级油井水泥石在高温环境下(≥110℃)易出现强度倒缩,可加入SiO2≥95%的石英砂作为高温强度衰退抑制剂。本文通过室内综合试验研究,测试了不同细度、掺量的石英砂对G级油井水泥石强度及浆体综合性能的影响,分析了水泥石的形貌结构和水化产物。结果表明:掺入30%~35%的石英砂(粒径80μm筛筛余10%~15%)可使其水泥石中高温水化产物的钙硅比降低至1.0,达到防止油井水泥石在高温下强度衰退的目的,但当温度由160℃升高至180℃时,水化产物雪硅钙石转化成硬硅钙石使其加砂油井水泥石强度降低,故可将160℃作为一个临界衰退点。以粒径80μm筛筛余10%~15%、掺量30%的加砂油井水泥为基准材料,与外加剂配伍设计了一套抗高温油井水泥浆体系配方,其水泥浆各项性能指标均能满足油田技术指标,可为后期抗高温水泥浆体系设计提供依据。