铝硅磷质矿物键合材料研究

摘要

铝硅磷质矿物键合材料是一种新研制的矿物键合材料。该材料是以偏高岭土与磷酸盐溶液为原料在常温下制备而成，具有原料来源广，制备简单，材料强度高等优点，应用前景广阔。 本文研究了磷酸盐A溶液浓度及加入量、高岭土种类及细度、以及养护环境等因素对铝硅磷质矿物键合反应的影响。 研究结果表明，在常温条件下，当磷酸盐溶液浓度在29％～52％范围内，在相同的浓度时，反应所得铝硅磷质矿物键合材料终凝时间随着磷酸盐溶液加入比例的减少而缩短。当磷酸盐溶液与偏高岭土质量比在1.14～1.72范围内，在相同的质量比时，反应产物终凝时间在浓度为29％～52％范围内随着浓度的降低而缩短。 铝硅磷质矿物键合材料强度主要取决于反应中磷氧基团与高岭石中Al2O3的摩尔比Np(PO43-)/Nmk(Al2O3以及水分的含量。对于偏高岭土Zb来说，常温下在满足成型要求的前提下，当水分与高岭土质量比不大于0.73，且Np(PO43-)/Nmk(Al2O3)比值在1.50～1.74这一范围内时，铝硅磷质矿物键合材料强度较高，最高强度可达到38MPa。 偏高岭土细度对铝硅磷质矿物键合材料的终凝时间以及强度都有显著影响，偏高岭土的粒径越小，反应所得铝硅磷质矿物键合材料的终凝时间越短。常温下当偏高岭土Zb的80μm筛余为4.2％，比表面积为550m2/kg时，反应所得铝硅磷质矿物键合材料达到较高强度。 养护温度以及湿度对铝硅磷质矿物键合反应有显著的影响，在温度相同的条件下，干燥环境更有利铝硅磷质矿物键合材料强度的提高。而在湿度相近的条件下，当养护温度升高至60℃，铝硅磷质矿物键合材料强度明显增大，此后养护温度增至100℃，强度降低。 不同养护条件下铝硅磷质矿物键合材料最高强度对应Np(PO43-)/Nmk(Al2O3)比值并不相同。随着温度的升高以及湿度的降低，养护方法中铝硅磷质矿物键合材料最高强度对应Np(PO43-)/Nmk(Al2O3)有增大的趋势。对于偏高岭土Zb来说，常温下该比值为1.30，60℃干燥环境下该比值可达到1.74。 铝硅磷质矿物键合材料在微观上保留了高岭土的片状结构。 结晶程度较差的高岭石，煅烧所得的热变高岭石参与铝硅磷质矿物键合反应时反应速度虽快，但随着时间的延长或温度的提高其反应样品容易出现裂纹，不宜直接用于制备铝硅磷质矿物键合材料。 结晶完好的高岭石，煅烧所得热变高岭石参与铝硅磷质矿物键合反应时反应速度较慢，但随着时间的延长及温度的适当提高其反应产物可获得较高强度。在同样的养护温度下，用磷酸盐A溶液与之反应比用磷酸与之反应能获得更高的强度。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1.化学键合材料与矿物键合材料

1.1.2.化学键合材料的发展概况

1.1.3.存在问题

1.2高岭土

1.2.1.高岭土的化学组成

1.2.2.高岭石矿物的结构特征

1.3热变高岭石

1.3.1.高岭石高温加热过程的相变化

1.3.2.热变高岭石微观结构及其反应活性

1.4磷酸盐

1.4.1.概述

1.4.2.正磷酸盐结构特点

1.4.3.磷酸盐的特性

1.5课题主要研究内容及意义

1.5.1.本课题主要研究内容

1.5.2.对材料合成与制备方法的发展意义

1.5.3.对温和固相反应理论发展的意义

1.5.4.对扩展煤系高岭石高岭土和低品位高岭土应用领域的作用

1.5.5.对固体废弃物处理及综合利用的意义

第二章实验材料及方法

2.1原料和试剂

2.1.1.实验原材料

2.1.2.化学试剂

2.2实验方法

2.2.1.粉磨实验

2.2.2.密度试验

2.2.3.细度试验

2.2.4.比表面积试验

2.2.5.高岭土烧失量试验

2.2.6.高岭土煅烧试验

2.2.7.矿物键合材料抗压试件制作

2.2.8.矿物键合材料终凝时间试验

2.2.9.矿物键合材料常温抗压强度测定

2.2.10.X射线衍射分析

2.2.11.扫描电镜(SEM)分析

第三章铝硅磷质矿物键合反应的影响因素研究

3.1磷酸盐溶液浓度及加入量的影响

3.1.1.磷酸盐浓度及加入量对终凝时间的影响

3.1.2.磷酸盐溶液浓度及加入比例对强度的影响

3.2颗粒细度对固化速度和强度的影响

3.3养护条件的影响

3.4本章小结：

第四章高岭土特性对铝硅磷质矿物键合反应影响的研究

4.1 XRD分析

4.2化学成份分析

4.3烧失量分析

4.4高岭土特性差异对磷酸盐系铝硅磷质矿物键合反应的影响

4.5高岭土特性差异对磷酸系铝硅磷质矿物键合反应的影响

4.6本章小结：

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

攻读学位期间申请的与学位论文内容相关的专利

致谢