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E-玻璃熔化过程中的物化反应及能量消耗

E-玻璃熔化过程中的物化反应及能量消耗

作者：代春梅大连理工大学

学位级别：硕士

本文以不同组成,不同颗粒大小的E-玻璃配合料为基础,通过对各成分、二元和三元组分以及总的配合料分别进行热处理,研究了配合料从室温加热到1200℃过程中的物理化学反应;采用X射线衍射法(XRD)确定了不同配料在不同温度下形成的结晶相和... 详细信息

本文以不同组成,不同颗粒大小的E-玻璃配合料为基础,通过对各成分、二元和三元组分以及总的配合料分别进行热处理,研究了配合料从室温加热到1200℃过程中的物理化学反应;采用X射线衍射法(XRD)确定了不同配料在不同温度下形成的结晶相和化学反应式:提出热流型DSC的标定系数法—平均K线法,采用差热分析(DTA)及热重分析(TG)定量研究了配合料从50℃到1400℃过程中的熔融特性和不同阶段的能量消耗。为优化配料,降低玻璃熔制过程中的能量消耗提供可行方法。结果表明: 平均K线法能够定量分析各种原料、二元、三元配料和E-玻璃配合料在熔制过程中的热容、热焓和化学反应热。对热焓的测试误差在5%以内。 E-玻璃配合料中的各成分在加热过程中主要存在以下反应:①叶腊石、高岭石、硬硼钙石和硼钠钙石的脱羟反应,高岭石、硬硼钙石和硼钠钙石的产物都是无定形物质;②石灰石和白云石的分解反应;③石英晶型转变;④生成新物质的反应:叶腊石和高岭石分别在1350℃和1010℃附近生成莫来石,硬硼钙石在800℃附近生成硼酸钙。各成分在加热过程中的能量消耗不同,50～1400℃范围内,叶腊石、高岭石、石英、石灰石、硬硼钙石和白云石的能量消耗分别是2042,2225,1700,2154,2840,2177kJ/kg;热重损失率分别为4.27,14.00,0.93,43.92,26.67,14.00%。二元组分主要存在以下中间反应:①叶腊石与硬硼钙石组合在1000℃熔化,没生成中间产物;②叶腊石与石灰石组合在1000℃生成钙长石,石灰石的分解温度降低49℃;③石灰石和白云石组合在700℃生成富钙硼酸钙,石灰石的分解温度降低38℃;④高岭石与硬硼钙石组合在900℃生成钙长石和AlBO,高岭石的分解温度降低21℃;⑤高岭石与石灰石组合在900℃生成铝方柱石,1100℃生成钙长石,高岭石的分解温度降低43℃;⑥叶腊石与白云石组合在1200℃生成堇青石;⑦高岭石与白云石组合在900℃生成铝方柱石,1200℃生成堇青石和钙长石。分别以叶腊石,高岭石为主要组成,另外有石英、石灰石和硬硼钙石等的E-玻璃配合料,从室温到1400℃的升温过程中主要存在以下反应:800℃以前主要是脱羟反应,其中高岭石与硬硼钙石呈现无定形状态,石灰石分解成氧化钙;800℃到1100℃主要生成新物质,如硼酸钙、硅酸钙、钙长石和铝方柱石等。高温时高岭石比叶腊石更容易与其它氧化物发生反应,产物的种类和数量更多。叶腊石为主要原料的高硼E-玻璃在50～1400℃范围内总的能量消耗为2698kJ/kg;对化学组成相同的配合料,用高岭石替代叶腊石后,多消耗50kJ/kg;高硼配合料比低硼配合料的熔融温度低100℃左右,所需的能量高256kJ/kg;细颗粒石英的配合料比粗颗粒的少消耗21kJ/kg。已知玻璃成分可以由原料的热性能准确地预测400℃以前玻璃配合料的能量消耗;以二元配合物的热性能为基础,能预测到1000℃以前玻璃配合料的能量消耗;不同组成配合料的玻璃形成热存在很大差别;叶腊石为主要原料的高硼E-玻璃,在540～1015℃范围内,大多数是放热反应,化学反应的总能量约是58kJ/kg;在1015℃到1400℃是熔融成玻璃的过程,需要466kJ/kg的能量。如果能知道不同玻璃的熔融热数据,可以很好地预测从配合料到玻璃的能量消耗。

关键词： E-玻璃物化反应能量消耗

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复合(混)肥料生产中的物化反应探讨

西南农业大学学报（自然科学版） 1992年第3期14卷 209-213页

作者：袁德厚孙泽江西南农业大学土化系西南农业大学农学系

利用单质肥料,研究了尿磷铵钾、氯磷铵钾和硫磷铵钾不同组合中的物化反应、养分动态等。结果表明,铵石膏、尿石膏可提高颗粒抗压强度和低共熔物在烘干过程中的再次造粒作用及相关条件等。

关键词：复合肥料物料组合物化反应

聚丙烯腈基碳纤维制备过程中预氧化过程的研究进展

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2018年第4期43卷 20-29页

作者：刘建华张程郭胜惠许磊昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室云南昆明650093 云南省特种冶金重点实验室云南昆明650093 微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室云南昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为一种高性能结构材料,以其优异的性能被广泛用于航空航天、汽车船舶、体育装备、风力发电等领域.预氧化是碳纤维制备过程中最为关键的一步.一方面是由于耗时长,能耗高;另一方面是由于预氧化预处理的恰当与否对... 详细信息

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为一种高性能结构材料,以其优异的性能被广泛用于航空航天、汽车船舶、体育装备、风力发电等领域.预氧化是碳纤维制备过程中最为关键的一步.一方面是由于耗时长,能耗高;另一方面是由于预氧化预处理的恰当与否对最终碳纤维的结构和性能有重要的影响.本文综述了前人在聚丙烯腈原丝预氧化过程中的研究成果.主要介绍了聚丙烯腈纤维在预氧化过程中发生的物理变化,包括纤维颜色、长度、密度以及力学性能变化,也介绍了在预氧化过程中所发生的化学反应,例如环化反应、脱氢反应、氧化反应等.另外介绍了时间、温度、牵伸等预氧化工艺条件对所得预氧丝性能的影响.最后介绍了聚丙烯腈原丝经预氧化处理后的组织结构变化规律.通过综述前人的研究成果试图找出制备结构和性能均一预氧丝的预氧化处理工艺及相应的热氧稳定化机理,为获得高性能碳纤维奠定基础.

关键词：聚丙烯腈碳纤维预氧化物化反应组织结构

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镁矿渣水泥基材料的浆—骨界面作用机制研究

金属矿山 2023年第12期 240-244页

作者：胡瑛莉胡景宣广西工业职业技术学院建筑工程学院广西南宁530000 广西生态工程职业技术学院生态环境保护学院广西柳州545004

镁矿渣水泥基材料的浆—骨界面是最薄弱的结构,是影响宏观力学性能的一个重要因素。通过揭示界面结构作用机制有助于深入了解镁矿渣水泥基材料的微观特性。制备了养护龄期分别为3、7、14、28 d的镁矿渣水泥浆体以及纯水泥浆体,通过开展... 详细信息

镁矿渣水泥基材料的浆—骨界面是最薄弱的结构,是影响宏观力学性能的一个重要因素。通过揭示界面结构作用机制有助于深入了解镁矿渣水泥基材料的微观特性。制备了养护龄期分别为3、7、14、28 d的镁矿渣水泥浆体以及纯水泥浆体,通过开展电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射试验(XRD)分析了养护龄期对浆—骨界面结构的影响,并对比分析了有无掺料的水泥浆体的化学成分变化。研究表明:由SEM图像显示的不同龄期的浆—骨界面结构形貌可知,随着养护龄期增加,骨料和浆体不断混合形成浓稠状,骨料和浆—骨界面的孔隙被水化产物填充,整体更加密实。从物理角度出发,浆体和骨料能够胶结成团的原因为:①由于骨料表面粗糙多孔的特点产生的咬合作用增大了浆—骨界面的摩擦力和黏聚力;②浆—骨界面发生的“水气交换”反应减小了孔隙间距尺寸。从化学角度分析,对镁矿渣浆体和纯水泥浆体进行碱化处理,根据水化沉淀物的XRD衍射结果,发现两者的硅酸二钙(C_(2)S)和硅酸三钙(C_(3)S)峰值差别不大,Ca(OH)_(2)峰值有所下降,这是因为镁矿渣发生火山灰反应消耗了大量的Ca(OH)_(2)。

关键词：镁矿渣水泥基材料浆—骨界面作用机制物化反应

单液滴氯化铈制备二氧化铈过程动力学及热力学研究

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单液滴氯化铈制备二氧化铈过程动力学及热力学研究

作者：刘豪晶内蒙古科技大学

学位级别：硕士

氧化铈广泛应用于我们的日常生产、生活中。然以萃取后得CeCl3溶液为原料,加入沉淀剂进行沉淀,再对沉淀产物进行焙烧得到Ce02,其生产工艺流程长、环境污染严重,纯度不易保证。以萃取液氯化铈溶液喷雾直接制备氧化铈工艺可缩短生产工艺流... 详细信息

氧化铈广泛应用于我们的日常生产、生活中。然以萃取后得CeCl3溶液为原料,加入沉淀剂进行沉淀,再对沉淀产物进行焙烧得到Ce02,其生产工艺流程长、环境污染严重,纯度不易保证。以萃取液氯化铈溶液喷雾直接制备氧化铈工艺可缩短生产工艺流程,实现废气循环利用,但有关雾化液滴高温焙烧过程热力学及动力学过程研究很少见报道。针对这些问题,本文通过实验和理论模拟方法研究了单液滴氯化铈制备氧化铈过程的热力学及动力规律,为高效节能、绿色环保的氯化铈溶液喷雾直接制备氧化铈工艺开发及应用提供参考。采用单液滴氯化铈在空气氛围下常规热重实验,模拟喷雾热解制备二氧化铈过程中的微小液滴反应,发现脱水过程分脱自由水、析结晶水脱结晶水,得到氯化铈进行反应,这与相关文献相符,但与喷雾热解实验升温速率不符。再通过升温速度100℃/s的快速热重实验模拟雾化液滴加热过程,研究发现快速热重脱去一部分自由水后,溶液未达到饱和度,开始反应生成物二氧化铈,最后再进行自由水的蒸发过程。通过对反应产物进行扫描电镜(SEM)、能谱分析发现液滴在2μL时形貌为球形颗粒,5μL为类球形,10μL为不规则图形,产物中没有氯离子,产物是高纯度的二氧化铈。对热分析进行反应动力学分析,由Arrienius公式结合热重曲线的质量变化率,通过分析单液滴快速升温的反应动力学过程,得到拟合曲线为:logk=-E/2.303T+logA拟合曲线成线性关系,反应速率常数为k。研究发现:随着液滴的增大,反应难度增强,反应速率减慢;快速升温的化学反应过程没有结晶过程,直接反应,一步直接制备出二氧化铈的过程。然后利用理论分析及数值模拟单个液滴的反应过程,发现高温环境下,二氧化铈制备过程中,反应分三个阶段脱自由水阶段,反应阶段,蒸发结晶阶段,模拟与实验结果在误差允许的范围内相吻合;对二氧化铈的生成量进行模拟得出:二氧化铈制备过程最佳温度范围725-775K。对制备二氧化铈的整个过程中传热、传质、化学反应构成体系中不可逆程度进行非平衡热力学分析:从化学反应方面可以得出液滴开始反应的温度为:378℃,从物质传递方面可以得出:随着液滴的增大,化学反应结束的温度越来越高。对比三个不可逆程度发现:热量传递>化学反应>物质传递。通过动力学及热力学分析,得出了一步反应直接制备二氧化铈时的反应机理:液滴快速蒸发,在溶液未达到饱和溶液时进行气液反应达到固体二氧化铈。此研究结果对稀土氯化物溶液直接制备氧化物短流程开发提供参考。

关键词：单液滴物化反应动力学形貌非平衡热力学