准东煤灰中钙镁黄长石形成及其反应活性的微观机理分析

采用密度泛函理论对煤灰中硅灰石和钙镁黄长石的能级差、态密度及HOMO与LUMO等性质进行计算,从前线分子轨道等理论揭示其形成过程及反应活性机理。HOMO与LUMO统称为前线分子轨道,其轨道上分子反应活性最高,反应时外加电子会占据反应物的LUMO轨道,物质发生电离时电子会从反应物的最高HOMO轨道转移至LUMO轨道。研究结果表明:硅灰石和钙镁黄长石的能级差值为5.029和5.133 eV,前者反应活性高,优先发生发应。硅灰石的价带顶部主要由O的2p轨道组成,且电子态密度的峰值为28.021 State/eV.atom,电子活跃性最强,表明O的活性最高,电子易发生转移参与其他体系成键。当Mg^(2+)作为电子接受体进入硅灰石晶格时,O1、O3的电子发生转移使结构重组生成钙镁黄长石。钙镁黄长石的HOMO轨道由O1、O8、O15、O22组成,发现Si1-O1、Si4-O8的布居数最小,分别为0.47、0.45,键长最长,分别为1.656A、1.661A,表现出共价性最弱,离子性最强,易发生键断裂,与其他矿物质反应生成低温共熔体,加剧了准东煤的结渣沾污现象。

准东煤灰中的钙镁黄长石生成机理研究

借助管式炉实验台在不同温度下研究了燃烧天池南矿、五彩湾、宜化三种典型准东煤过程中煤灰矿物质的形成机理,并利用XRD手段分析矿物质组成,结果表明:1100℃时有大量钙镁黄长石生成,是1100℃下煤灰中的重要矿物质;钙镁黄长石生成路径的第一步是形成硅灰石,然后再与氧化镁反应形成钙镁黄长石。基于实验结果,采用密度泛函理论在B3LYP/6-311G++(d,p)水平上对钙镁黄长石的生成路径进行研究,并进行动力学分析。结果表明,硅灰石的形成过程中路径2更容易进行,且该反应的决速性步骤是CaO与SiO_2相连成键后,SiO_2上的O原子转移步骤;之后,CaSiO_3进行无势垒络合,形成2CaSiO_3后再与Mg O发生反应,最终形成Ca2Mg Si2O7,该反应中的最大势垒出现在2CaSiO_3与Mg O相连成键后各原子的转动过程中。

二次铝灰烧结制备钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料

以再生铝行业二次铝灰为主要原料,开展二次铝灰烧结制备钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料的研究。热力学计算表明,二次铝灰添加氧化钙和氧化镁,理论上可以制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料。结果表明,当二次铝灰、氧化钙和氧化镁质量分数依次为70.80%、18.58%和10.62%,在1100~1500℃范围内,均能制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料;随烧结温度升高,钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料纯度和结晶度明显提高,抗压强度呈升高趋势,显气孔率呈下降趋势。当烧结温度为1500℃时,所制备出钙铝黄长石/镁铝尖晶石复相材料显气孔率和抗压强度分别为33.87%和40.18 MPa。

烧结温度对提钛渣微晶玻璃析晶及显微结构的影响

以攀枝花提钛渣为原料,通过直接烧结法制备了以钙镁黄长石、透辉石及钙钛矿为晶相的多相微晶玻璃。采用多种分析手段,研究了烧结温度(1170~1190℃)对微晶玻璃的析晶、显微结构及性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,钙镁黄长石含量先减少后增加,透辉石含量先不变后减少;微晶玻璃中晶粒聚集程度增加,晶界延长,液相填充晶粒间的空隙并与晶粒相互咬合,显微结构致密;烧结温度能够影响微晶玻璃中液相的分布与含量;1185℃时微晶玻璃的线收缩率和体积密度达到最大,分别是14.41%和2.50g/cm 3,吸水率为1.45%;过高的烧结温度(1190℃)会降低致密程度。