利用硼泥合成铁酸镁—镁橄榄石材料的研究

发布时间：2017-09-16 10:22

  本文关键词：利用硼泥合成铁酸镁—镁橄榄石材料的研究

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【摘要】：硼泥是工业上以硼镁矿石为原料利用碳碱法生产硼砂、硼酸等硼产物后产生的废渣。随着我国硼工业的发展,硼泥堆积如山,占用大量的土地资源,也严重破坏区域生态环境。因此,针对硼泥的综合治理已迫在眉睫,开发出一条可持续发展的新途径成为了一个亟待解决的问题。本文根据硼泥富含MgO和SiO2成分的特性,提出了利用硼泥合成铁酸镁-镁橄榄石材料的想法,将硼泥制备成具有高附加值的新产品,作为低温蓄热材料应用在电暖气、空调等领域。本文以辽宁省大石桥地区的废弃硼泥为主要原料,辅以轻烧镁粉和铁磷,以纸浆废液为结合剂,分别在1400℃~1550℃温度下保温3h烧成,通过固相反应合成铁酸镁-镁橄榄石材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对烧后试样的晶相组成及微观结构等性能进行检测与分析,并对最后所合成材料的蓄热性能进行检测与表征。研究结果表明:通过对烧后试样的外观、显气孔率和体积密度进行的检测与分析,首先确定了原料中MgO:Fe2O3的最佳质量比为40:60,然后以此比例设定新的配方进行铁酸镁-镁橄榄石材料的合成,通过XRD和SEM分析确定了最优的原料配比为:硼泥占31wt%,轻烧镁粉占28wt%,铁磷占41wt%,最佳的烧结温度为1450℃。所合成的材料以铁酸镁和镁橄榄石的结合相作为主要矿物组成,各晶相的含量为铁酸镁占54.3wt%、镁橄榄石占14.1wt%、方镁石占19.2wt%、磁铁矿占10.5wt%、钙镁橄榄石占1.9wt%。最后对试验所合成的材料进行了相关蓄热性能的检测与表征,以确保此合成材料可以作为蓄热材料使用,性能检测结果为:体积密度为4.02g/cm3,气孔率为12.3%,常温耐压强度为109MPa,热膨胀系数为8.2×10-6℃-1(25~1300℃),比热容为0.7859 KJ/(Kg·℃)(300℃),导热系数为3.6W/(m·K)(300℃),符合蓄热材料使用的性能要求。本文创新性地提出利用硼泥合成铁酸镁-镁橄榄石材料,作为低温蓄热材料使用的这一想法是切实可行的,不仅能解决硼泥污染环境的问题,还能充分利用资源,获得巨大的经济效益,且对硼泥的综合治理又提出了一条新的工艺途径,还可实现硼工业的可持续发展,是一个很有发展前景的新的研究方向。
【关键词】：硼泥 综合利用 铁酸镁 镁橄榄石
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 引言10-11
• 1. 文献综述11-23
• 1.1 硼泥11-15
• 1.1.1 硼泥的简介11-12
• 1.1.2 硼泥的国内外研究与应用现状12-15
• 1.1.3 硼泥综合利用的展望15
• 1.2 蓄热材料15-18
• 1.2.1 蓄热技术与蓄热材料的简介15-16
• 1.2.2 蓄热材料的分类及其特点16-17
• 1.2.3 蓄热材料的性能要求17
• 1.2.4 蓄热材料的应用研究与展望17-18
• 1.3 铁酸镁18-21
• 1.3.1 铁酸镁的生成机理18-20
• 1.3.2 铁酸镁的性质与结构20
• 1.3.3 铁酸镁的应用20-21
• 1.4 本课题的研究意义、主要内容和创新点21-23
• 1.4.1 研究的意义21
• 1.4.2 主要内容21-22
• 1.4.3 创新点22-23
• 2. MgO·Fe_2O_3相的合成热力学分析23-25
• 2.1 合成MgO·Fe_2O_3相的吉布斯自由能的计算23-24
• 2.2 MgO·Fe_2O_3相的合成热力学分析24-25
• 3. 实验原料与方法25-29
• 3.1 试验原料25
• 3.2 试验设备25-26
• 3.3 试验方案26
• 3.4 试验流程26-27
• 3.5 性能检测27-29
• 3.5.1 常温耐压强度27
• 3.5.2 显气孔率与体积密度27-28
• 3.5.3 X射线衍射28
• 3.5.4 扫描电子显微镜检测28-29
• 4. 原料中MgO:Fe_2O_3的最佳质量比的确定29-38
• 4.1 试验内容29-30
• 4.2 性能检测与分析30-37
• 4.2.1 显气孔率与体积密度30-31
• 4.2.2 X射线衍射分析31-34
• 4.2.3 扫描电镜分析34-37
• 4.3 本章小结37-38
• 5. 铁酸镁－镁橄榄石材料的合成及性能表征38-55
• 5.1 实验内容38-39
• 5.2 铁酸镁－镁橄榄石材料的微观结构与物相分析39-50
• 5.2.1 铁酸镁－镁橄榄石材料的物相分析39-46
• 5.2.2 铁酸镁－镁橄榄石材料的微观结构分析46-49
• 5.2.3 铁酸镁－镁橄榄石材料中主晶相铁酸镁的合成百分比49-50
• 5.3 铁酸镁－镁橄榄石材料的蓄热性能检测与表征50-53
• 5.3.1 耐压强度50-51
• 5.3.2 热膨胀系数51-52
• 5.3.3 密度和比热容52-53
• 5.3.4 导热系数53
• 5.4 本章小结53-55
• 6. 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60-61
• 作者简介61-62

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