矿物材料（精选12篇）
矿物材料 篇1
我国火电厂烟气脱硫工作起步较晚,虽然引进和开发了各种不同的脱硫技术,但多数还处在积累工程经验的阶段,所产生的不同脱硫灰渣其组分性能差异大,特别是近期采用较多的半干法脱硫技术,其灰渣是脱硫产物和粉煤灰的混合物,其成分和物理、化学性质与普通粉煤灰已有很大的差别,因此其利用方式受到了严格限制。
矿物聚合材料是近期发展起来的新型胶凝材料,又称其为地聚合物。它主要是以偏高岭土或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料或相应的工业固体废弃物为主要原料,通过碱性激发剂的作用,采用适当的制备工艺,在低于150℃以下的不同温度条件、甚至常温条件下成型养护,得到具有与陶瓷结构和性能相似的一类新型胶凝材料[1]。本研究以脱硫灰渣为原料,研究制备矿物聚合材料的可行性,运用正交试验方法优化了配料组成,同时通过XRD、SEM等测试方法讨论了矿物聚合材料固结过程中的反应机理及脱硫灰渣中Ca SO3等组分在聚合反应过程中的稳定性问题。
1 实验原料
1.1 脱硫灰渣、粉煤灰和偏高岭土
实验中的脱硫灰渣和粉煤灰来自武汉青山火力发电厂,偏高岭土由山西大同生产,三者的化学成分见表1。与粉煤灰相比,脱硫灰渣中的硅、铝含量较低,而CaO、SO2等含量较高。图1、图2分别是脱硫灰渣和粉煤灰的XRD衍射图谱,分析知两者主要物相为石英、莫来石、CaCO3和Ca(OH)2,而脱硫灰渣中还含有CaSO4和CaSO3等物相;由脱硫灰渣的SEM扫描照片(图3)知该脱硫渣中主要是以球形粉煤灰颗粒为主,同时在球形颗粒的表面也可以明显地看到一些细小的微晶物质,这是脱硫过程中以粉煤灰颗粒为载体吸附液态脱硫剂与烟气中的SO2化合生成亚硫酸钙产物,由于反应时间较短,生成的亚硫酸钙尺寸均很小,多在1μm左右[2]。
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偏高岭土是由高岭土经700~1 000℃煅烧而成,从表1中可知偏高岭土中的SiO2、Al2O3总量达97.83%,从它的XRD衍射图谱(图4)知其主要物相为莫来石,主要特征衍射峰大部分已经消失。
1.2 硅酸钠水玻璃和氢氧化钠溶液
本实验所用的硅酸钠水玻璃是由武汉市新洲区昌盛泡花碱厂生产,比重为35~37 Be°,模数为3.5~3.7,呈微黄色半透明的粘稠状液体。氢氧化钠溶液(10 mol/L)是采用固体氢氧化钠配制而成。
2 实验内容
2.1 实验过程
实验采用正交实验方法,以制品的7 d、28 d抗压强度为考察指标,考虑了四个因素即脱硫灰渣占固相量、偏高岭土占固相量、NaOH溶液占液相量、固液质量比,各因素取三个水平,采用正交实验表L9(34)进行实验。按实验设计方案分别称取各固相和液相物料,将固体物料置于水泥胶砂搅拌机中混匀后加入配制的NaOH和硅酸钠混合溶液继续搅拌至均匀,然后将搅拌后的物料置于40 mm×40 mm×40 mm三联模具中,放在水泥胶砂振动台上振动60 s成型。所有制品均置于标准养护室养护1天脱模,再置于室温条件下固化至测试。
2.2 正交实验结果讨论
从第一、二轮正交实验得出,无论是相对于7 d还是28 d抗压强度来说,其主要影响因素都是固液质量比。在此基础上,调整各因素水平,做第三轮正交实验,表2列举的是第三轮正交实验及其级差分析的结果。
从正交实验结果可以看出,对制品的7 d、28 d抗压强度影响最大的因素是固液质量比,随着固液质量比增大,制品的抗压强度随之增大,研究证明液相含量及成分对浆体粘度具有直接影响,而粘度又直接影响制品成型过程中气孔的排除和颗粒分散均匀度,粘度过大会使浆体中的气孔不易排除,导致最终材料试样中存在较多的气孔缺陷,从而影响材料试样的力学性能;粘度过小,则成型过程中大颗粒物质极易聚沉到底部,导致浆体出现分层,致使制品结构不均匀,从而影响材料制品的力学性能[3]。影响制品抗压强度的另一个主要因素是偏高岭土占固相的含量,掺入适量的偏高岭土可以为反应体系提供可溶性的铝和硅,提高Al/Si比,易于生成高聚合度的铝硅酸结构单元,有利于聚合反应,但掺量过多会使其不能完全溶解于碱硅酸溶液中,造成制品性能的下降,且其价格昂贵,使其应用受到限制。脱硫灰渣占固相的含量和NaOH溶液占液相的含量对制品的抗压强度影响相对较小,从表2可以看出,随着脱硫灰渣掺量的增加,制品的7 d、28 d抗压强度随之降低,但幅度很小。随着NaOH量的增多,制品的抗压强度先增大后减小,这是因为过量的NaOH会破坏已形成的Al-O和Si-O骨架,降低样品的聚合度,进而影响制品的力学性能[4]。综合以上分析,得出优化的配料组成为:脱硫灰渣占固相量为20%,偏高岭土占固相量为20%,NaOH占液相量为33%,固液质量比为1.85。
3 脱硫灰渣矿物聚合材料形成机理分析
铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程。反应以水为介质,铝硅酸盐在碱性液相条件下溶解解聚(即Si-O-Si、Si-O-Al键在碱硅酸盐溶液中发生断裂),形成富含羟基的低聚体(-Si-O-Na、-Si-O-Ca-OH、Al(OH)4-、Al(OH)52-等),随着溶解过程的进行,液相组成和各种离子浓度发生变化,这些粒子形成凝胶状的类沸石前驱体,最后类沸石前驱体(低聚体)脱水形成非晶相物质(高聚体)[5]。根据优化的配料方案,制备脱硫渣矿物聚合材料制品,其7 d的抗压强度为24.2 MPa;28 d可达36.9 MPa;同时对不同固化时间的脱硫渣矿物聚合材料制品进行XRD、SEM等测试分析,研究制品固化过程中的反应机理及制品中CaCO3、CaSO4和CaSO3等的稳定性问题。
3.1 X射线衍射分析
图5为固体原料混合样与不同固化时间矿物聚合材料制品的X射线衍射图谱,其中a为固体原料混合样的衍射结果,b、c、d、e则分别是制品固化时间为3 d、7 d、14 d、28 d的衍射结果。
由图5可知固体原料混合样和不同固化龄期制品的衍射图谱相似,没有新的衍射峰出现,这表明制品在固化过程中没有新的晶相物质生成;随着固化时间的延长,SiO2、莫来石的特征峰逐渐减弱,这表明原料中的硅酸盐玻璃相与碱溶液逐渐发生聚合反应,并生成硅酸盐凝胶相,并在未反应的颗粒界面形成新的化学键,从而形成具有一定强度的材料[6],且两者的特征衍射峰向小角度有所偏移,这也表明非晶质相的比例相对增加;与原料混合样的衍射图谱相比,制品的CaCO3的特征峰强度先减小后增强,而Ca(OH)2的特征峰却逐渐消失不见,经分析这是聚合反应初期Ca2+与Si、Al等离子团发生反应,代替一价碱金属离子进行电荷补偿,随着固化时间的延长,制品与空气中的CO2发生反应而造成的;从衍射图谱也可以发现CaSO3、CaSO4的特征衍射峰没有很大变化,这说明制品中的CaSO3、CaSO4在固化过程中比较稳定,没有参与聚合反应。
3.2 扫描电镜分析
图6为制品不同固化时间的扫描电镜分析,其中a、b、c和d分别表示制品3 d、7 d、14 d和28 d的的扫描照片。
由图6知在相同放大倍数(×5 000)的条件下,脱硫渣矿物聚合材料3 d和7 d制品中存在较多没有参加反应的粉煤灰球形颗粒,颗粒与颗粒之间出现了凝胶状产物,且可以清楚地看到粉煤灰颗粒表面发生反应,覆盖了一层反应产物,随着聚合反应的进行,在颗粒表面逐渐形成片状的凝胶状产物,随着固化龄期的延长,粉煤灰颗粒表面继续反应,反应产物越来越多,把粉煤灰球体包裹起来形成完整的包裹层;14 d制品中可见凝胶状物质已将粉煤灰颗粒紧密地结合在一起,28 d制品的结构均匀致密,已经看不到没有完全反应的粉煤灰玻璃颗粒。由此可见,随着脱硫渣矿物聚合材料固化时间的延长,粉煤灰玻璃球体逐渐被碱性溶液所溶解,同时生成的凝胶状物质和未溶解的粉煤灰颗粒相互结合,最终形成结构均匀致密的矿物聚合材料制品。此外,从扫描照片中还可以看到球形状的白色晶体,可能是没有参与反应的CaSO3或CaSO4等物相,这有待于进一步的分析。
4 结论
通过上述研究得到以下几点认识:(1)以脱硫灰渣为原料制备矿物聚合材料在技术上是可行的。根据优化配比制得的脱硫灰渣矿物聚合材料制品7 d的抗压强度为24.2 MPa,28 d可达36.9 MPa;(2)影响制品抗压强度最主要的因素是固液质量比,固液比增大,制品的抗压强度也随之增大,偏高岭土占固相量、脱硫灰渣占固相量和NaOH溶液占液相量对制品的力学性能影响相对较小;(3)制品中的CaCO3、CaSO3和CaSO4等物相比较稳定,没有参与聚合反应。
参考文献
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[6]王刚,马鸿文,任玉峰.利用粉煤灰制备矿物聚合材料的实验研究[J].化工矿物与加工,2004(5):24-27.
矿物材料 篇2
矿物材料是以矿物为主要或重要组分的.材料,以其特殊的结构和优异的性能被广泛应用于催化领域.介绍了膨润土、沸石、海泡石、坡缕石、水滑石等矿物材料的催化性质及应用现状,展望了应用前景.
作 者：周述慧 叶巧明 ZHOU Shu-hui YE Qiao-ming 作者单位：成都理工大学,材料与化学化工学院,四川,成都,610059 刊 名：应用化工 ISTIC英文刊名：APPLIED CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 36(11) 分类号：P579 关键词：矿物材料 催化剂 催化剂载体 应用前景
食补矿物质 篇3
矿物质中有许多人体必需的营养素，除了常量元素钠、钾、钙、镁外，还包括14种微量元素，如铁、锌、铜、碘等。在适宜摄取的情况下，可以发挥它们各自的生理和营养功能；然而，摄入过多，不仅会干扰其他元素的吸收，甚至会出现毒副作用。如铁是一种重要的造血物质，缺乏时会引起贫血，然而摄入过量就会出现腹痛、腹泻、消化道出血、肝脏损伤等症状；锌是维持正常味觉，加强免疫功能及具有抗氧化作用的一种营养素，然而摄入过量会影响铜的吸收而导致贫血；碘是甲状腺素合成的原料之一，然而摄入过多却会引起甲状腺肿大；氟具有保护牙齿、加速骨骼形成、增加骨骼硬度的作用，然而过多摄入会使牙齿和骨骼遭到破坏。其余的如硒、铜、锰等，摄入过多也会引起中毒现象。
因此，矿物质摄入并不是越多越好。一般来说，从食物中获取矿物质是较为安全的，不会发生中毒。如每周给孩子吃一次海带或紫菜就能获得足够的碘；经常给孩子吃海产品、坚果和全麦制品，就可基本上满足对锌的需求；每周吃1—2次肝脏及动物血，经常吃瘦肉，可基本上满足对铁的需求；莲子、新鲜的橘子汁以及香蕉含有丰富的钾。
矿物材料 篇4
关键词：无机矿物聚合材料,碱集料反应,矿渣,偏高岭土
无机矿物聚合材料(Geopolymer)是以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物(粉煤灰、煤矸石以及矿渣)为主要原料,与含铝质黏土(主要为偏高岭土或高岭石)和适量碱硅酸盐溶液充分混合后,在20～120℃低温条件下成型硬化,生成的一类新型碱激发胶凝材料[1,2]。这种材料内部为三维网状结构,具有高强度、高耐腐蚀性、耐高温、导热率低等优点[3,4,5,6],并且原材料价格低廉,储量丰富,可以减少污染,降低能耗,具有广阔的应用前景。
碱集料反应(AAR)是指混凝土孔隙中的碱性溶液(KOH、NaOH)与集料中的碱活性成分发生化学反应,生成膨胀物质(或吸水膨胀物质),使混凝土内部产生自膨胀应力,造成混凝土开裂破坏,是引起混凝土结构破坏的主要因素之一。无机矿物聚合材料中,碱组分是重要成分之一,能否发生碱-集料反应是广大学者担忧的问题,也是决定其能否在混凝土中广泛应用的关键所在。笔者针对无机矿物聚合材料的抗碱集料反应能力展开研究。
1 试验
1.1 原材料
矿渣:鞍山钢铁股份有限公司产高炉矿渣粉,符合GB/T18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求,其主要化学成分见表1。
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偏高岭土:内蒙古煅烧偏高岭土,主要化学成分见表2。
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碱性激发剂:用高模数水玻璃与NaOH复合调配成的低模数水玻璃作为碱性激发剂。水玻璃,沈阳方达化工厂生产,模数3.3～3.4,Na2O含量为8.06%,SiO2含量为25.90%;NaOH,国药集团化学试剂有限公司产,分析纯,固含量不低于96%。
集料:活性集料,沈阳法库金圣达精细微晶石公司产石英玻璃砂,该集料主要含玻璃体;非活性集料,标准砂。
1.2 试验方法
按照美国ASTM C 1260—94《骨料潜在碱活性试验方法》(快速砂浆棒法)进行试验。
试件制备:将矿渣、偏高岭土在搅拌锅中搅匀,加入试验前1 d配制好的低模数水玻璃溶液,搅匀,然后加入细集料,搅匀后倒入25 mm×25 mm×285 mm试模中,成型无机矿物聚合物胶砂试件,每组3块。养护24 h后脱模,放入(80±2)℃的水浴中,24 h后取出试件,测量基准长度。然后将试件浸泡在(80±2)℃、1 mol/L的NaOH溶液中,一定龄期后测其长度,计算膨胀率。取每组3个试件的平均膨胀值(精确至0.01%)作为该组材料在给定龄期的膨胀值。在试验中,将无机矿物聚合物胶砂试件在NaOH溶液中浸泡龄期延长至28 d。
2 结果与分析
2.1 活性集料掺量的确定
以普通硅酸盐水泥为胶结料,按ASTM C 1260—94判断石英玻璃砂的碱活性。然后确定石英玻璃砂在无机矿物聚合材料中的“最不利含量”。石英玻璃砂和标准砂2种不同集料的膨胀曲线见图1。
由图1可见,掺标准砂的普通硅酸盐水泥胶砂试件浸泡在NaOH溶液中会逐渐产生膨胀。掺石英玻璃砂的试件7 d膨胀率已达0.177%,14 d膨胀率为0.28%,已经超过0.2%,故判定石英玻璃砂为碱活性集料。掺标准砂的试件14 d膨胀率为0.06%,小于0.1%,不具有潜在碱集料反应活性,所以判定标准砂为非活性集料。
图2是水玻璃掺量(以Na2O%计,下同)为4%时,石英玻璃砂掺量对无机矿物聚合材料各龄期AAR膨胀率的影响。
由图2可见,掺石英玻璃砂的无机矿物聚合材料在NaOH溶液中的膨胀率随着浸泡龄期的延长而增大,并且石英玻璃砂掺量在10%～15%时,无机矿物聚合材料的AAR膨胀率达到最大。说明这种活性集料存在引起试件最大膨胀的特定含量,当含量大于或小于特定值,无机矿物聚合材料的膨胀率都将减小,相应的含量称为“最不利含量”。石英玻璃砂在无机矿物聚合材料中的“最不利含量”为10%～15%。
2.2 水玻璃掺量对AAR膨胀率的影响
根据确定的石英玻璃砂“最不利含量”,取石英玻璃砂掺量为15%、水玻璃模数为1.4,以水玻璃掺量为变量,无机矿物聚合材料AAR膨胀率的变化曲线见图3。
从图3可以看出,水玻璃掺量为3%、4%、5%的试件,14 d膨胀率分别为0.047%、0.038%、0.026%,28 d膨胀率分别为0.107%、0.055%、0.034%。试件膨胀率随水玻璃掺量增加呈降低趋势,水玻璃掺量为5%的试件膨胀率最小,抗碱集料反应效果最好。
水玻璃掺量对无机矿物聚合材料抗压强度的影响见图4。由图4可以看出,随水玻璃掺量增加,无机矿物聚合材料胶砂的抗压强度增大。水玻璃掺量增加,溶液中碱度增大,更好地激发原材料活性,使矿渣与偏高岭土中的SiO2与Al2O3易于断键,解聚生成[SiO4]四面体和[AlO4]四面体,进而发生缩聚反应,生成新的—O—Si—O—Al—O—无机聚合物网络结构[7]。强度增加,说明参与聚合作用的碱量增多,生成的产物量增大,材料内部结构更加密实。剩余碱含量和初始碱掺量的多少并非成正比关系,因此膨胀率不是随着水玻璃掺量的增加而增大。
根据ASTM C 1260—94评定标准,试件14 d膨胀率小于0.1%时,不会发生碱集料反应,说明当水玻璃掺量为3%～5%,无机矿物聚合材料不会发生碱集料反应。但水玻璃掺量为3%的试件,28 d膨胀率大于0.1%,有潜在的碱集料反应活性,结合力学性能考虑,无机矿物聚合材料在使用过程中,水玻璃掺量以5%为最佳。
2.3 水玻璃模数对AAR膨胀率影响
在水玻璃掺量为4%时,水玻璃模数对无机矿物聚合材料碱集料反应膨胀率的影响如图5所示。
由图5可以看出,水玻璃模数升高,无机矿物聚合材料碱集料反应膨胀率呈先增大后减小的规律,膨胀率以水玻璃模数为1.2时最小,水玻璃模数为1.6时最大。
有研究表明[8],溶解活性硅形成碱硅凝胶的数量与其向水泥石液相扩散的难易程度有关。无机矿物聚合材料基体液相中的硅离子浓度和液相黏度均随水玻璃模数的升高而增大,这样会阻碍溶解活性硅向液相的扩散和迁移,使溶解活性硅趋向于形成膨胀性碱硅凝胶,从而使试件膨胀率增大[9]。当水玻璃模数增大到一定量后,液相黏度增大,以至影响激发效果,液相对活性集料的溶解能力降低,试件的碱集料反应膨胀率下降。
2.4 与普通硅酸盐水泥胶砂AAR膨胀率比较
通过对影响无机矿物聚合材料碱集料反应主要因素的分析,选取水玻璃掺量为5%、水玻璃模数为1.4的无机矿物聚合材料胶砂试件(G),与普通硅酸盐水泥胶砂试件(P)的膨胀率进行比较,结果见图6。
由图6可以看出,无机矿物聚合材料胶砂试件各龄期的碱集料反应膨胀率都远小于普通硅酸盐水泥,说明其抗碱集料反应性能要优于普通硅酸盐水泥胶砂试件。根据Lee和Van Deventer[10]的研究,无机矿物聚合材料中,激发剂在激发原材料中SiO2的同时,也能溶解活性集料中的SiO2,使其参与矿物聚合反应,消除了薄弱的界面过渡区,使结构更加密实。在无机矿物聚合材料中,碱激发剂中的大部分碱参与了碱激发反应,剩余碱含量不高,而活性集料中的一部分SiO2又被碱激发剂溶解,因此在无机矿物聚合物中发生碱集料反应的可能性较小。
3 结论
(1)水玻璃掺量对无机矿物聚合材料的AAR膨胀率影响很大。当水玻璃掺量为3%～5%时,随着水玻璃掺量(以Na2O计)增大,无机矿物聚合材料的AAR膨胀率逐渐降低。水玻璃掺量为5%时,试件膨胀率最小,抗碱集料反应效果最佳。
(2)水玻璃模数和活性集料掺量对无机矿物聚合材料AAR膨胀率有一定影响。水玻璃模数在1.2～1.8时,无机矿物聚合物的碱集料反应膨胀率随水玻璃模数的增大呈先增加后降低趋势,水玻璃模数为1.2时膨胀率最小,1.6时膨胀率最大。石英玻璃砂掺量在10%～15%时,能引起无机矿物聚合材料的最大碱集料反应膨胀。
(3)用ASTM C 1260—94进行评价,当水玻璃掺量为3%～5%时,无机矿物聚合材料不会发生碱集料反应,但水玻璃掺量为3%时,试件有潜在的碱集料反应活性,结合力学性能考虑,无机矿物聚合材料中水玻璃掺量以5%为最佳。
参考文献
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矿物材料 篇5
不同粘土矿物材料对Cu2+的吸附特征
探讨了在不同矿物投加量、不同振荡时间、不同Cu2+浓度、不同矿物颗粒细度和不同pH条件下,钠基膨润土、膨胀蛭石和沸石3种粘土矿物对Cu2+的吸附效果,并比较了3种粘土矿物对Cu2+的`吸附差异性.结果表明:对Cu2+的吸附效果依次为钠基膨润土＞沸石＞膨胀蛭石;较高的pH有助于粘土矿物对溶液中Cu2+的吸附,但考虑到实际操作的其他因素,不能把pH调得过高.
作 者：王宜鑫 汤炎 陈小峰 赵斌 钱晓晴 封克 WANG Yi-xin TANG Yan CHEN Xiao-feng ZHAO Bin QIAN Xiao-qing FENG Ke 作者单位：扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州,225009 刊 名：工业安全与环保 PKU英文刊名：INDUSTRIAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 年，卷(期)：2006 32(7) 分类号：X7 关键词：粘土矿物 Cu2+ 吸附人类、矿物元素与健康 篇6
在美国西部犹他州有一条海拔1280公尺的洛矶山脉，重叠的山峰、点点的沙丘将一片粼光闪烁、面积很大的湖水拥入怀中，装点出令人遐想的美景，可这里却是旅行者很少涉足的处女地。
人们调查发现，在这个地域偏僻、人烟几乎绝迹的大湖周围，一个多世纪以来，曾经居住着一个人数不多的古老民族——印第安小熊族，他们以原始的狩猎为生，但身体却很健壮。他们在与大自然和动物的搏斗中，都以这里的湖水健体疗伤，每当皮肉受伤时他们就用湖水洗一洗，几天之后便可痊愈；身体有病时，他们就喝一点湖水，不久就可以康复，效果十分灵验。这个印第安部落坚信，这一汪由他们的祖先一直沿用的、供他们生活繁衍的圣水是保护他们健康的惟一良药，所以印第安小熊族把大湖尊为它们的守护神，把湖水叫神水。由于湖水有成味，印第安人便将这个大湖称为大盐湖。古老的湖、神奇的水就这样滋养了这个民族，使其在这片荒凉的土地上不断地发展壮大……
二、自然的恩赐人类的享受
鲜为人知的大盐湖在洛矶山脉的群山峻岭中静静地沉睡了不知多少亿年。第二次世界大战中一次突发的事件震惊了人们：一架军用飞机发生故障掉进了大盐湖，不料飞机没有沉没，而是漂浮在湖面上，驾驶员受了伤，但伤口没有发生感染，几天后就痊愈了，而且伤口愈合得非常好。这个奇迹引起了一些专家的注意，这架坠落的飞机为什么没有沉没?这湖水里到底含有什么物质呢?研究发现，在大盐湖中看不到普通湖泊中常见的浮游生物和活动的小鱼虾。湖水的比重非常大，高度浓缩，湖水的浮力也相当大，人们可以随意躺、坐在湖面上不会下沉，通过化验，原来湖水中的矿物质含量特别高，浓度高出海水10多倍，湖水神奇的奥秘就这样被发现了。
然而这样的一个湖，是怎样形成的呢?经过地质学家们考察，原来几亿年前地球表面曾经发生过剧烈的变迁，沧海变成了桑田，平地升起出高山，小溪变成了大河……而大盐湖曾经是太平洋的一部分，在美洲大陆隆起时形成的一个内陆湖。而且群山和沙漠将它环抱成一个没有泄水口的死湖，湖水流失主要靠太阳的蒸发，湖水的补充来自大自然的雨水和雪水，日复一日、年复一年，几亿年不停的循环，使湖水中的矿物质含量愈来愈高，浓度愈来愈大。
进一步的研究发现，大盐湖周围方圆百里没有工厂、村落，没有任何的污染源，湖水处于原始自然状态。经化验该湖水中竟含有70多种矿物元素，而且这些矿物元素的比例与人体体液中矿物元素的比例相吻合，它使医学家和营养学家们感到十分惊奇。为此美国国际矿物资源公司买断了大盐湖的开发权，他们利用大自然的力量和高科技方法，生产出一种迄今为止世界上种类最齐全、含量最均衡的纯天然矿物食品——CMD浓缩均衡矿物滴!
通过美国食品药品管理局(FDA)认证的CMD浓缩均衡矿物滴，由于它奇特的功效，一经投入市场后很快就风靡美国全国，至今已在世界上70多个国家和地区畅销近40年，深受人们的欢迎和喜爱，并给广大消费者带来了健康和快乐的福音。
三、元素的平衡疾患的克星
事实告诉我们，世界万物包括宇宙星球，都是由各种元素构成的，人体也是由许多元素构成的。矿物元素是构成人体细胞、组织、器官的主要成分。是某些蛋白质、酶、激素、维生素的重要组成成分。它们具有重要的生理功能，可维持人体的正常生命活动．如果缺少某些矿物元素，人就会发生各种疾病，甚至死亡。
矿物元素不能在体内生成，人体必须不断地从外界摄入适量的各种生命元素，以保证机体正常的生理活动。
残酷的现实说明，虽然现代医学很发达，但对心脑血管疾病、糖尿病、癌症等却未能进行有效的控制，医学界不能不去探索新的医学理论和防治方法。元素平衡医学就是在这样严峻的形势下应运而生的，而且刚刚诞生就显示了它旺盛的生命力。
元素平衡医学是研究生命元素在人体内的生理作用，应用富含生命元素的药物和天然食物防治人类疾病，促进人类健康长寿的一门新兴学科。元素平衡医学认为，维持人体几十种生命元素的平衡是人类健康长寿最基本的关键因素。一是某些矿物元素在人体内的含量既不宜过多，更不能缺少，过多过少都会使人生病，其含量达到人体的生理平衡才有利于健康。二是摄入人体的各种矿物元素要有一个合适的比例，才能充分发挥各种元素在人体内的生理作用，才能使人健康，否则就会使人生病。
研究结果表明，许多疾病(主要是非传染性疾病)的发生发展都与人体内矿物元素的平衡失调有着密切的关系，例如，危害人类健康的三大现代病(心脑血管病、糖尿病、癌症)和四大地方病(地方性甲状腺肿、克山病、大骨节病和氟骨病)都与人体内生命元素的失调有关，而且都是因为缺少多种生命元素所致，所以需要通过均衡补充多种矿物元素来调理机体，使其达到正常的生理状态，从而去除疾病，迎来健康。从美国进口的CMD浓缩均衡矿物滴是调节和平衡人体矿物元素的最佳健康食品，它的最大特点是所含的生命元素种类齐全、均衡，是纯天然的、离子态的，而且没有任何副作用。
四、环境的恶化病魔的祸根
人类曾经历过传染病肆虐的时代，那时天花、伤寒、鼠疫、霍乱到处泛滥，疫情的爆发和流行都曾经夺走成千上万人的生命。随着科学的发展，危害人类的各种传染病已得到了有效的控制，这是医学史上最值得人们骄傲的大事。但是，据不完全统计，到2004年我国高血压患者已达1．6亿，糖尿病患者已超过4000万，2000年全世界死于心血管病的患者1700多万，新增癌症患者1000多万……虽然人类已能到太空上遨游，但这些危及人类生命的慢性疾病却愈演愈烈，发病年龄愈来愈小，成为人类的凶恶杀手。研究表明，这些疾病的发生发展都与人体内矿物元素的失衡有密切关系。那么究竟是什么原因造成了人体内元素的失衡呢?是人类赖以生存的环境发生了改变，这是造成人体元素失衡以至引起很多种难以治愈的疾病的根源。
人类在几百万年的漫长进化过程中，通过呼吸、皮肤和食物链，使人体与地球表面的物质交换一直处于动态平衡之中，同时人体内各种矿物元素的含量也都处于一种相对稳定的状态，从而保证了人体生理功能的正常运行。但是，由于人类赖以生存的地球发生了变化，使人的调控系统因为矿物元素的失衡而失去了功能和活力。比如，近二百年来，由于工业生产的发展产生了大量的废物，给环境造成了严重的污染，地壳中的铅、砷、镉、汞、铝等这些有潜在毒性的元素，被大规模开采出来，并被制成各种产品，应用到生产和生活中。铅通过油墨、汽油、油漆、染发剂、焊锡、瓷器、塑料制品等，每天都和人们相伴。铝作为炊具和食品膨松剂已深入到人们的饮食之中。汞被制成杀菌
剂、除草剂、装饰品、温度计、血压计而造成广泛的污染。粗炼黄金，造成了大范围的砷污染，使田地上寸草不生。一次环境污染要贻害几代人。污染使现代人体内的铅比原始人增高了170多倍，汞增高了2000倍。人体调控系统面对如此超强的污染，很难恢复常态，常常无法维持对各种矿物元素的正常吸收和利用，使体内元素代谢处于紊乱状态。
同时，由于人们生活水平的迅速提高，饮食习惯和结构都发生了巨大的变化。人们普遍喜欢食用精细加工的食品，而这些食品中的矿物元素都已大大减少。因为稻米、小麦的矿物元素主要分布在其外层的种皮和胚芽上，米面在精细加工的过程中丢掉了80％的矿物元素。例如，铬元素有降低血脂、防治动脉硬化和糖尿病的作用，它主要存在于粮食的种皮中。长期食用精制食物使冠心病患者的冠状动脉血管内铬的平均含量仅有原始人的1／7，由于冠心病的高发，使得美国人不得不在面粉中添加了某些矿物元素，以满足人体的需要。
此外，随着农业生产的迅速发展，土地和粮食都发生了很大的变化，原来粮食亩产只有几百斤，但由于施的是农家肥，土壤中各种矿物元素含量丰富。现在为追求稳产、高产，靠化肥催长，亩产超千斤，施的农家肥非常少，土壤中各种矿物元素大为减少导致粮食中的各种矿物元素也大幅度减少，从而造成人体摄入的矿物元素严重不足。与此相关的畜牧业也发生了改变，牲畜从自然放养变成了工厂化饲养，一只鸡自然放养时，一年才能食用，而实行工厂饲养后，几十天就能上餐桌，这样一来鸡肉内的矿物元素也就随之大幅度下降。
事实清楚地表明，由于客观环境的恶化，使人体摄入的各种矿物元素愈来愈少，不能满足人体的正常生理需要，由于人体内矿物元素的长期失衡从而诱发了各种疾病，并且经久不愈，甚至使很多人死于非命。
五、生命的源泉健康的福音
生命起源于海洋，几亿年前富含各种矿物元素的海洋里生活着大量的单细胞生物，它们体液中的矿物元素成分与海水是平衡的。在逐渐进化的过程中，生物从水中来到了陆地，从低等动物最后演化成高等的人类。虽然人类离开生命的诞生地——原始海洋已经很久了，但严格有序排列的遗传基因却把原始的化学构成一代一代地传递下来，所以，原始海水中各种矿物元素的平均含量与人体体液中各种元素的含量比例相一致。
矿物材料审美性的拓展及新应用 篇7
矿物材料一般指天然的具有一定的可进行利用的物理、化学性能或通过一定的技术加工后达到可利用条件的矿物。广义上的矿物材料也包括一些由岩石构成或制成的原材料。通过人工合成之后﹐所具有的物理以及化学性能与天然矿物相同或非常相似的产物﹐比如人造金刚石﹑陶瓷等。在各艺术形式中, 矿物材料以自身诸多方面的特点实现着人类的审美活动, 人类也通过这些审美活动赋予矿物材料多种审美可能性, 在传统的艺术形式中矿物材料被广泛运用着。
20世纪绘画艺术经历了空前的巨变, 材料在艺术创作中的角色彻底改变了。人们对材料的观念认识经历了一个由外到内的转化过程。艺术语言也因之经历了一个从材料代语 (艺术家用材料说话) 到材料自语 (艺术家让材料说话) 的过程。这个过程中矿物材料的审美性和文化性被不断发掘和使用, 更快地实现了艺术家全新的创作观念。
(二) 矿物材料的审美性及传统应用形式
矿物材料在艺术领域是应用最广泛, 也是时间最久的艺术材料。正是因为矿物材料有着多种审美可能, 并蕴藏着丰富的美的能量供我们来挖掘, 矿物材料的审美性包括:质感美、肌理美、纹理美、色彩美、装饰美等。
矿物材料有着不同形态的存在方式, 所以, 在艺术史上矿物材料在各艺术形式中分别以不同的面貌出现。纵观艺术历程的发展, 矿物材料在任何艺术时期都起着至关重要的作用。经过大量的生活实践, 人们根据矿物材料的多种审美性及物理和化学特性加以利用。
1. 以基础材料形式出现
在原古时代, 社会的生产力及其低下, 人类繁衍密切的关系到人类的存亡, 这时候人们常常选择用石材作为基材, 或雕或刻或塑, 制造出所谓的膜拜之物来乞求上苍护佑生命。而这种雕刻手法极为简练的带有崇拜意味的作品被称为最古老的艺术。从原始社会的生殖崇拜雕像、到帝王的代表无上权利的玉玺、沙场英雄的墓石雕、再到佛教中的石佛、天安门门前的华表以及现当代的各种各样石艺雕塑甚至包括宝石首饰的制作, 这些艺术形式中, 不同形态的矿物质材料都是以创作基材的形式出现的。
2. 以基底的形式出现
很多艺术形式也都是利用矿物材料作为基底使用, 因为矿物材料本身具有独特的肌理、纹理、坚硬度、持久性等特点, 许多艺术形式都是以矿物材料作为基底来进行艺术创作。如玉板画、岩画、石壁画、石版画、石板画等。
3. 以颜料的形式出现
矿物颜料是指以矿物岩石粉末研磨、制作而成的色彩颜料, 传统绘画与文献中把矿物颜色称之为“石色”。矿物颜料在画面中的体现要比植物颜料, 化学颜料显得更加厚实、浓重、醒目, 并且历久不变。
(三) 矿物材料审美可能性拓展及新应用
1. 矿物材料本体审美可能性的拓展
绘画进入材质表达领域, 是二十世纪艺术表达最重要的成果之一, 艺术家们以探索精神进行“绘画语境的材质表达”成果不断引起人们的关注, 他们作品中出现的新的绘画表达空间, 以及材质在绘画表达中凸显出的精神性和想像力, 从根本性地层次上深化了绘画语言本体论的探索——绘画进入到了材质表达的领域。这些艺术实践拓展了材料审美性的空间。
1.1.矿物材料创新应用拓展审美可能性
以材料作为文化的一个切入点, 就会发现西方绘画史的发展有一条语言发展规律, 即传统绘画艺术向现当代艺术的发展也会是从“间接”艺术材料向“直接”材料艺术的演变。并且从艺术史上看每一次艺术语言的演进和发展都与材料的发展变化息息相关, 艺术史同时也是材料语言发展史。矿物材料“旧材新用”的过程体现了可资绘画表达的一切形式元素, 形体、色彩, 点线面的分解与组合……等等, 同时也体现了全新的精神观念。
艺术家尚阳从画黄河、黄土高原到后来具有材料精神的作品, 体现了他对本土意识的不断发掘与探索。《深呼吸——丙组》的探索从材料方面体现了从旧材新用的现象, 从画黄土高原到直接利用土等综合材料的转变, 体现了质感美从视觉质感转向真实质感。和非传统意义上的绘画材料的突破, 以及矿物材料文化内涵的升华。
岩石、白灰、泥土、沙石作为古老艺术形式壁画的依托物的主要构成, 而在当代艺术中被艺术家重新广泛的应用。有许多艺术家的视觉作品都是直接利用了大地、山石、泥土、沙石的材质美感和材料的文化属性作为创作的语言主体, 不加改动而直接运用于创作。
1.2.综合材料语言的探索对矿物材料美感的拓展
艺术材料系统逐渐成为艺术语言的主体经历了一个多维立体错综复杂的演变过程, 艺术家吸收过去各种绘画形式的优势与长处, 艺术材料的任何一点, 都能成为当代艺术家的一个切入口加以探索, 从而创造出巨大的发展空间, 艺术思想、观念、风格、语言极速丰富、膨胀、爆炸、裂变。艺术家利用个人智慧将个性艺术语言发展到极致。
综合材料语言的探索过程中, 矿物材料审美性的拓展主要体现在三个方面, 一方面是矿物材料独立构成的语言形式, 另一方面是矿物材料与其他材料一同构成的语言形式, 以及运用非矿物材料构成的语言形式。通过各种语言形式直接或间接的展现矿物材料的审美性。
2. 当代艺术观念拓展了矿物材料的审美空间
当代艺术中艺术家的艺术实践发挥矿物材料的本体语言, 此外对材料的政治性、经济性、民族性、宗教性, 以及材料本身的结构所具有的能引起人们印象、经验、思维和情感的内在力等加以充分发挥。艺术材料的应用从二维向三维甚至多维的转变, 挖掘出无限的空间, 材料语言的审美价值、文化价值、精神意义也得到进一步的肯定。矿物材料在当代艺术观念下全新应用, 是一种材质的“物性”的超越, “物性”是超越社会、民族、历史、文明等因素的, 在表达上它没有障碍和包袱, 所以它具有更大的自由, 它可以和人性和人的精神直接沟通。当然最终它还是要和社会、民族、历史、文明发生关系, 但是此时的关系, 作用于艺术表达就都是正面性的了, 从架上延伸、辐射至墙体、装置、行为等多个方向。
(四) 矿物材料应用研究的现实意义
黑龙江省资源丰富, 依靠资源优势已为国家做出了许多贡献, 近年黑龙江省经济获得了稳定的增长, 但资源消耗、环境污染都很严重。矿山开发造成了严重的水源、土壤污染、地下水资源锐减、地面部分沉降与塌陷、植被景观破坏、矿石废料等问题。因而提高资源利用效率, 改善生态环境, 增强资源对经济社会可持续发展的保障能力是重要课题。
矿石固体废物如能有相关先进技术投入, 不但能解决环境污染问题, 而且也将带来可观的经济效益。例如, 很多矿渣都可以应用于文化石、建筑装饰材料、建筑用砖、雕塑艺术等。
黑龙江省矿产资源非常丰富, 伴随黑龙江省资源储量的减少和开采难度的增加, 各城市中作为主要产业的采掘业逐渐失去竞争优势。必须把转型的重点从对采掘业的援助转移到发展替代产业, 培育区域竞争优势上来。单纯的发展几家大型企业并不能解决问题, 还需要大量中小企业的配合。矿物材料在艺术领域的应用具有很大的前景, 并且灵活性较大, 这些产业多为中小企业, 及高附加值产业, 具有相当好的前景。
由此看来, 当代艺术观念的发展正在促进人类文明走向融合, 体现多元并存的时代特征, 同时也打开了材料综合应用的大门, 必将为矿物材料审美性创造更大的空间。矿物材料审美性及应用研究也将为地区经济发展提供新思路。
参考文献
[1]张国龙.当代·材料·艺术·空间[M].长春:吉林出版集团有限责任公司, 2006.8.
[2]张元, 赵扬.艺术材料的遐想;绘画应用的结与解[M].北京:高等教育出版社, 2005.10.
矿物材料 篇8
以膨润土、凹凸棒土为代表的粘土矿物主要是由粒径小于2 μm的具有特殊层链状结构的含水富镁铝硅酸盐矿物组成,具有二维网格状延展的Si-O四面体骨架。其由于具有独特的层状结构、较大的内外比表面积以及良好的吸附和离子交换能力,且储量丰富、价格低廉、机械稳定性和化学稳定性高、对环境无毒无害容易再生,而在环保方面的应用越来越受到人们的关注,有关粘土类物质吸附重金属离子、有机物及处理印染废水的报道屡见不鲜[1,2,3,4,5],在废水处理领域具有很大的应用潜力。火力发电厂的煤粉经过燃烧之后排出的粉煤灰是一种有火山灰活性的物质,具有多孔结构,孔隙率一般为60%～75%,比表面积很大,有较强的吸附能力。我国的粉煤灰年排放量达1亿余吨,如此大量的粉煤灰若不妥善处置,不仅会占用大量农田,而且产生的扬尘严重污染大气,破坏生态环境,将粉煤灰应用在废水吸附领域可实现以废治废的目的[6,7,8]。
采用粉末状吸附剂进行水处理,固液难以分离,后处理工艺较复杂,而且容易造成二次污染,限制了其在水处理中的应用。如果将粉末状矿物粘土制成具有一定强度、尺寸和比表面积的颗粒状吸附剂,这些困难将会迎刃而解。随着环保需求和生产过程自动化程度的不断提高,粉状产品颗粒化已经成为世界粉体后处理技术的必然趋势,具有重要的现实意义和应用价值。
1 矿物基多孔材料的制备工艺与性能表征
1.1 矿物基多孔材料的制备工艺
矿物粘土根据不同的应用目的有不同的成型工艺,用于废水处理的多孔颗粒吸附剂需要具备一定机械强度和耐水性,此外为保证对水中污染物的吸附,在保证其强度和耐水性的基础上,还需具备多孔性,而且呈开孔状态,制备工艺可以分为以下几类。
1.1.1 添加致孔剂法
该法是制备粘土基多孔吸附材料最常用的方法,工艺流程大致如图1所示。
1.1.2 模板法
模板法是用粘土制备多孔陶瓷材料的一种传统方法[9],该法一般选用有机泡沫为模板,浸渍到调节好的料浆中,使其吸附均匀,凝固,然后通过高温煅烧除去有机泡沫。该法可以通过调节有机泡沫孔隙的大小控制陶瓷材料的孔径,所制备材料的形貌是与模板互补的。通过两次成型的方法可以制备和模板一样的材料,首先以石膏为原料按照上面的方法制备多孔石膏模板,再以多孔石膏为模板按照同样的流程制备所需多孔材料,这样制备的多孔材料是与原模板相同的。
1.1.3 冷冻干燥法
冷冻干燥法制备多孔材料是一项较新的技术,在材料制备领域的应用仅有20年的时间,但由于其制备过程无毒无害、工艺简单,而且制备出的坯体的孔结构较独特,因此该工艺越来越受到人们的关注。
冷冻干燥法已经成功用于制备多孔羟基磷灰石支架、多孔陶瓷[10,11],其工艺过程为:首先将分散好的料浆注入所需形状的模具中,借助低温使浆料中的分散介质(主要是水分)冻结,脱模后将坯体低压干燥,使分散介质升华,得到干燥的坯体,然后通过烧结或其他工艺完成后续操作。
1.1.4 发泡法
采用发泡方法可制得具有防火保温、自重较轻等优点的泡沫石膏板,该方法将料浆和预先发泡好的泡沫混合均匀,然后成型凝固,发泡剂的性能是该工艺的关键[12]。
1.2 矿物基多孔材料的表征方法
作为废水处理的多孔颗粒吸附剂,成型的矿物粘土材料应具备较好的机械强度、耐水性以及孔隙率。随着现代检测手段的增多,对颗粒的表征越来越全面。扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)等检测方法都是研究材料结构最直接的手段。除了这些现代测试方法,还有许多物理性能测试方法。
1.2.1 物理性能测试
物理性能测试主要有抗压强度测试,比表面积测试,吸水率、孔隙率及体积密度测试,此外还有散失率的测定,对散失率的测定往往最容易忽略。
多孔物质表面积的测量无论在科研还是工业生产中都具有十分重要的意义,一般比表面积大的多孔物,吸附能力强,其测定主要通过气体吸附BET(Brunauer-Emmett-Te-ller)原理的方法进行。吸水率是物质吸水性的度量,指一定温度下物质在水中浸泡一定时间所增加的质量比例。孔隙率是指材料孔隙体积占材料总体积的比例。对多孔材料而言,孔隙率与强度、抗渗性及抗冻性、导热性成反比,与吸水性、连通孔数量、吸声性能成正比。除孔隙率外,孔隙的构造特征(包括孔隙是否连通、分布情况)也与材料的性能密切相关。体积密度是物质的质量和体积的比值,即单位体积的物质的质量。
吸水率(WS)、孔隙率(Wa)及体积密度(ρ体)分别按式(1)—式(3)计算[13]:
ρ体
式中:m1为干燥试样的质量,g;m2为饱和试样的质量,g;m3为饱和试样在空气中的质量,g;ρ水为所测温度下水的密度,g/cm3。
固体颗粒在水溶液中很容易因浸泡时间长而破碎产生粉末,应用时造成二次污染,散失率从侧面反映了颗粒的耐水性,是固体颗粒吸附剂一项非常重要的检测参数。散失率的测定过程大致如下:将固体颗粒(M1)放入去离子水中,在恒温水浴振荡器中以一定的温度及振荡频率振荡一段时间后,将破碎产生的粉末用去离子水洗掉,然后将湿颗粒置于103～105 ℃烘箱中烘至恒重,冷却至室温后称重(M2),其结果用式(4)计算[14]。
1.2.2 颗粒再生吸附实验
吸附材料的重复利用是检验该材料能否大规模应用的一项重要指标。颗粒再生吸附实验的过程大致如下:用去离子水清洗3次,烘干后加入到锥形瓶中,用不同解吸剂进行解吸再生实验[15,16],每隔0.5 h放入空气浴吸附反应器中搅拌1次,每次搅拌5 min,解吸18 h后,取出用蒸馏水清洗,烘干后再测试对颗粒吸附剂的吸附性能。
解吸实验需要考虑解析后材料的去除率和散失率变化不能太大。实验一般选用1 mol/L的HNO3、HCl、HCl+NaCl(1∶1)、NaCl溶液为解吸剂对吸附饱和的颗粒吸附材料进行解吸再生实验[17,18]。在对蒙脱石/粉煤灰颗粒吸附材料和凹凸棒土/粉煤灰颗粒吸附材料进行解吸实验时发现,1 mol/L的NaCl溶液效果最好,颗粒吸附材料经过6次再生和重复使用后,对重金属离子仍能保持较好的去除效果,且散失率控制在10%以内[13]。
2 矿物基多孔材料制备工艺的影响因素
在固体颗粒材料的制备过程中,许多影响因素直接决定了颗粒的成型效果和吸附性能,如原料组成、添加剂种类及比例、颗粒的粒径、焙烧温度及焙烧时间等[19,20,21,22]。颗粒的成型效果越好,机械强度就越高,耐水性就越强,在水中越稳定;颗粒的孔道越多,越有利于吸附作用。但孔道增多会使其强度降低,孔隙率与机械强度是矛盾的。
2.1 焙烧温度
焙烧温度对固体颗粒的散失率和去除率的影响较大,高温焙烧有利于提高颗粒的强度,降低散失率,但随着焙烧温度的升高,吸附去除率明显降低,高强度和高吸附率二者不能兼顾。
采用中高温灼烧处理的产品,其耐水性、强度等方面明显优于仅经过烘干、晾干等干燥处理的材料,后者几乎不能满足实用化的要求。吸附剂颗粒除了要具有优良的物理性能外,更重要的是要有较大的比表面积,以保证其吸附性能,烧结容易造成颗粒中孔隙的坍塌,比表面积减小,吸附性能下降,因而烧结温度不宜太高。
2.2 粘结剂的种类
有的矿物材料在成型后,颗粒的耐水性和强度都不理想,此时需要添加粘结剂。粘结剂的加入还可以降低成型温度,改善矿物材料的耐水性。粘结剂的选择需要避免可能引起的二次污染,如强碱性的水玻璃、SG粘结剂等。在膨润土成型试验过程中,采用AlCl3作粘结剂制备的颗粒可以获得很高的耐水性,已能完全满足实用化的要求[23]。矿物粘土本身也具有粘结性,在以沸石为原料的钙离子吸附材料制备过程中,采用凹凸棒土为粘结剂,既增加了颗粒的强度,又提高了吸附性能[24]。
2.3 致孔剂的影响
在保证颗粒具备良好的力学性能、耐水性等基础上,为了尽量增加材料的比表面积以利于吸附,制备过程中需加入致孔剂。致孔剂一般选用高温煅烧可以彻底分解或与其中的物质发生反应留下空洞,而且不对吸附剂产生影响的物质,如碳酸氢钠、精煤粉、活性炭、淀粉、氨水等。碳酸钠也可以作为致孔剂,它能与粘土中的SiO2反应生成硅酸钠,同时还起到粘结剂的作用。为了使吸附剂具有尽可能多的开放、连通的孔隙以及粗糙的表面,可考虑在其中适当加入一定量的添加剂(稻壳)。
2.4 焙烧时间
焙烧时间越长,微粒间的反应越充分,联接越致密,则颗粒的强度越大,散失率也相应越小,但随着焙烧时间的延长,颗粒的孔隙率越来越低,吸附效果也明显降低,而且成本也相应增加,因此焙烧时间的选择需要从节约能源、吸附效果和成型效果等方面综合考虑。
2.5 吸附剂粒径
颗粒的粒径对吸附剂的成型效果和吸附效果都有影响,随着粒径的增大,散失率增加,吸附率也呈增大趋势,这是颗粒破碎增大了比表面积的缘故。颗粒粒径越小,散失率越小,同时比表面积越大,吸附效率越高。因此从理论上说,颗粒粒径越小越好,但考虑到实际生产中造粒技术的困难性,粒径一般选择1～2 mm为宜。
3 矿物基多孔材料的应用及吸附机理分析
3.1 矿物基多孔材料的应用
新型多孔矿物材料具有很好的吸附能力,且无二次污染、成本低廉。我国的多孔矿物资源(浮石、硅藻土、粘土等)丰富,如果对其进行表面修饰或者在孔径调控方面进行控制,能够制成新型实用的功能复合材料,在环境治理方面具有很大的应用潜力。这些矿物经过简单的处理之后,即可用于臭气、毒气及有害气体(如NOx、SOx、H2S等)的吸附过滤。现已成功应用的可吸附的气体主要是与腐烂变质物臭气有关的1,4-丁二胺和1,5-戊二胺以及排泄物臭气中的吲哚、丁烷一类气体。海泡石吸附剂可以吸附空气中的氨、有机胺、SO2气体及有害酸性气体,吸附指标高于活性炭和单纯的有机化合物吸附剂[25,28]。以层状粘土如膨润土为基体制备的新型多孔吸附材料,不仅比表面积大(400～900 m2/g),而且兼具微孔和中孔结构,可高效吸附分离室内主要污染物——挥发性有机化合物(Volatile organic compounds, VOCs),如甲苯、苯乙烯、甲醛等[29]。
应用于废水处理的非金属矿物材料主要有硅藻土、膨润土、沸石、海泡石以及凹凸棒土等,天然矿物材料的污染物净化能力不够,因此,为进一步提高非金属矿物的性能,需对其进行提纯、活化和改性等处理[30,31,32,33,34]。粘土矿物在水污染治理方面主要用于化工和生活用水过滤,水中重金属离子Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr2+、As3+、Ni2+等的去除,印染废水、有机污染物的吸附,以及废水中的H2PO4-、PO43-等的吸附[35,36,37,38]。
3.2 矿物基多孔材料的吸附机理
随着应用研究的深入,对矿物基多孔材料吸附机理的探索也一直在不断进行[39,40,41,42]。吸附是一个动态平衡的过程,吸附和解吸是同时进行的,当达到平衡时,吸附即饱和。吸附剂在流体中吸附物质的过程可以分为以下3步,其中最慢的起控制作用:(1)外部扩散过程,重金属离子由溶液扩散颗粒吸附剂表面;(2)孔隙扩散过程,重金属离子在颗粒孔隙中继续向吸附点扩散;(3)吸附反应过程,重金属离子被吸附在颗粒孔隙的内表面的活性位点上。
对于物理吸附体系而言,第3步速度是很快的,故它的影响可以忽略不计,第1步速度较第2步速度要快得多[43,44]。因此吸附速率由第2步过程即孔隙扩散阶段决定。
多孔粘土吸附材料对物质的吸附既有物理吸附也有化学吸附。吸附剂一般孔结构丰富、比表面积大,处理废水时,部分吸附质被吸附在表面,这属于物理吸附,是非选择性的,主要通过范德华力的相互吸引作用。当被吸附物质与颗粒吸附剂充分接触时,在粘土结构单元层之间的层间域也存在物理吸附,主要靠矿物表面和被吸附物质所带电荷之间的吸引作用。以典型的叠层状铝硅酸盐矿物——蒙脱石为例说明粘土矿物的吸附机理,其单位晶胞由Si-O四面体和Al-O八面体构成,当八面体内Al被Mg类质同象置换时,蒙脱石晶胞带有过剩的负电荷(每单位晶胞负电荷为0.2～0.6),于是层间吸附了等量的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等水化离子保持晶胞的电荷平衡,但这种离子间的吸附力较弱,易与作用强的其他阳离子发生置换,尤其是体积较大、分子量较大的重金属离子和有机阳离子,这就是所谓的非选择性吸附,即物理吸附。
被吸附物质在粘土结构单元层之间的层间域也存在化学吸附,在研究蒙脱石/粉煤灰颗粒吸附剂处理含铜废水时发现,该吸附符合Langmuir吸附等温式,属于Langmuir单分子层吸附,该理论认为固体表面存在大量的吸附活性中心,吸附只在这些活性中心点发生,其吸附作用范围大致为分子大小,每个活性中心只吸附一个分子,当吸附活性中心全部被占满,吸附量达到饱和。蒙脱石经过改性后,矿物表面(由金属离子和羟基组成的铁、铝等无定形水合氧化物和氢氧化物的表面)充分暴露,表面的羟基会发生解离或与H+缔合,从而使其带有一定量的表面电荷,这些可变电荷对重金属离子和有机物(基团)具有较强的吸附作用,这种吸附主要以选择性吸附作用为主。蒙脱石与水中离子的交换反应原理可简单表示为[13]:
M-X++Y+M-Y++X+
式中:M为蒙脱石,X+为蒙脱石层间阳离子,Y+为水体或环境中的阳离子。离子交换符合质量守恒定律,交换和吸附是可逆的。一般来说,加大蒙脱石层间代换阳离子浓度即可提高交换量,阳离子电价和水化能越高代换性能越大,被代换性也就越差。
通过上述吸附机理分析可见,尽可能提高多孔粘土吸附剂的孔隙率、增大其比表面积以及对原料粘土或颗粒吸附剂进行表面改性是提高其吸附效果的有效途径。
4 结语
矿物粘土在吸附领域的研究和应用已经受到人们的广泛关注,将矿物粘土颗粒化又将其应用向前推动了一大步,解决了粉状粘土应用时的弊端。随着研究的不断深入,新工艺会不断被提出,矿物粘土的应用领域将继续拓宽,在现代社会环境保护意识不断增强的形势下,其社会与经济效益会进一步凸显。
制备过程中的工艺参数以及添加剂的加入都会影响到矿物粘土的颗粒化效果,从未来发展来看,笔者认为应加强以下几个方面的研究:(1)继续深入研究颗粒化的最优条件,探索各个工艺参数对颗粒的影响规律,使其既具有高机械强度又具备丰富孔道结构,可以根据不同要求控制孔径;(2)实现矿物粘土多孔颗粒制备工艺的连续化,为进一步实际应用奠定基础;(3)研究原料粘土或多孔颗粒的深加工及新的处理方法,使其获得新的性能,拓宽其应用领域;(4)研究设计与其他材料的复合,制备新的功能复合材料;(5)深入探讨其吸附机理,完善吸附机理的研究。
摘要：从矿物基多孔材料的制备工艺、检测方法、工艺参数的控制及应用方面综述了粘土矿物的颗粒化技术研究进展,探讨了各因素对制备过程的影响,并讨论了矿物粘土颗粒吸附剂的吸附机理,最后提出矿物粘土颗粒化技术在今后研究中需加强的方面。
矿物材料 篇9
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
高岭土:采用内蒙古产煅烧高岭土,主要化学成分见表1。
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矿渣:采用鞍山钢铁股份有限公司产粒化高炉矿渣粉,符合GB/T 18046—2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求,主要化学成分见表2。
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水玻璃:沈阳方达化工厂生产,模数3.4,Na2O含量8.53%,Si O2含量28.46%。
KOH:国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯,白色均匀粒状或片状固体,含量不低于82.0%。
1.2 试验方法
根据前期大量的试验,确定矿渣与偏高岭土的质量比为8∶2,固液比为2.3。碱性激发剂的组成为:水玻璃占液相的60%,KOH占液相的7%,水占液相的33%[3]。将偏高岭土与矿渣混合均匀并放入水泥净浆搅拌锅中,加入预先配制好的碱性激发剂进行搅拌,搅拌好的拌合物装入20 mm×20 mm×20mm试模中并进行振捣以释放其中的气泡。室温成型24 h后脱模,测试在不同养护制度下无机矿物聚合材料的力学性能。
2 结果与讨论
2.1 养护温度对抗压强度的影响
按照上述配比拌合装模成型,脱模后分别放入20、40、60、80、100℃恒温水浴养护2 h,取出后放入标准养护室中养护,分别测量其1、3、7和28 d抗压强度。不同养护温度下矿渣基无机矿物聚合材料(SG)净浆的抗压强度见图1。
由图1可以看出,在对矿渣基无机矿物聚合材料进行不同温度的养护过程中,早期抗压强度随着养护温度的升高而增大。这说明在无机矿物聚合材料的形成过程中,养护温度的升高会加快聚合反应的发生,提高其早期的强度。当养护温度为80℃时,试件各龄期的抗压强度值均比较高,而当养护温度超过80℃时,试件的28 d抗压强度开始下降,故选择最适宜的养护温度为80℃。
根据反应动力学可知,反应速率K和温度T之间的关系为:
式中:A、R——常数;
Ea——反应活化能。
由式(1)可知,随着反应温度的升高,反应速率K呈指数关系增大,温度升高化学反应速率显著变大。无机矿物聚合材料的铝硅酸盐解聚、聚合过程中,在一定反应活化能条件下,反应体系温度低,导致铝硅酸盐发生解聚反应的速率低。在此过程中,体系中溶解出来的铝酸盐和硅酸盐低聚体的含量低,而这些铝酸盐和硅酸盐低聚体是随后进行铝硅酸盐聚合反应的反应物,它们通过脱羟基形成桥氧相互连接在一起,这一过程也由于体系的温度低,聚合反应很难发生或者反应速率很慢,物料只是物理胶结在一起,其中没有形成化学键,造成材料的抗压强度很低。升高温度可使反应体系中的铝硅酸盐解聚和聚合反应速率增加,铝硅酸盐解聚和聚合反应迅速进行,宏观上表现为无机矿物聚合材料的抗压强度明显增大。但过高的温度会使聚合反应剧烈进行,生成的大量聚合产物将未反应的原材料包裹起来,不利于后期聚合反应的发生[4]。另外,当温度超过100℃时,所产生的水蒸气会产生劈裂效应,使试件的表面出现微裂纹,导致抗压强度降低。
2.2 养护时间对抗压强度的影响
按照上述配比拌合装模成型,脱模后放入80℃恒温水浴,分别养护2、4、6、8、10和12 h后放入标准养护室中养护,至规定龄期后测其抗压强度。不同养护时间下SG净浆的抗压强度见图2。
由图2可以看出,在80℃恒温水浴养护中,随养护时间的延长,矿渣基无机矿物聚合材料的抗压强度不断升高。1 d和3 d抗压强度都在养护12 h达到高峰,而7 d和28 d峰值出现在养护10 h。这说明存在合适的养护时间,适当的高温养护可以提高矿渣基无机矿物聚合材料的早期强度,但养护时间过长会对其后期强度的增长产生负面影响。
在矿渣基无机矿物聚合材料固结的开始阶段,由于无机矿物聚合反应速度较快造成强度发展也较快,但随着养护时间的延长,体系中碱含量的减少,聚合反应速度降低,造成强度增长缓慢[5]。
2.3 养护湿度对抗压强度的影响
选择养护温度为80℃、养护时间为10 h,按照上述配比拌合装模成型,24 h脱模后分别放入相对湿度为70%、90%、100%的养护箱内养护,分别测试其1、3、7和28 d抗压强度。不同养护湿度下SG净浆的抗压强度见图3。
由图3分析可知,养护湿度为70%~100%时,矿渣基无机矿物聚合材料的1、3、7和28 d抗压强度都随着养护湿度的提高而逐渐下降,这说明养护湿度对矿渣基无机矿物聚合材料抗压强度的影响很大。由激发原理可知,水在矿物聚合反应的过程中主要起传输介质的作用,直接参与矿物聚合反应的数量极少,如果水的含量过大,会在聚合物内部产生大量孔隙,有效抵抗荷载的面积减少,导致无机矿物聚合材料的力学性能降低[6]。
2.4 无机矿物聚合材料的物理力学性能
通过养护温度、养护时间和养护湿度对无机矿物聚合材料抗压强度影响规律的研究可以看出,养护温度在0~100℃内,随着温度的升高,其早期强度随之增大;在80℃恒温水浴下,养护时间在0~12 h内的增长,也可提高其早期强度;养护湿度超过70%时,养护湿度的增大会降低其力学性能。选取无机矿物聚合材料养护制度:养护温度为80℃,养护时间为10 h,养护湿度为70%,在此条件下制备的无机矿物聚合材料的性能见表3。
3 结论
(1)养护温度在0~80℃内,无机矿物聚合材料的抗压强度随着养护温度的升高,早期强度随着增大。
(2)矿渣基无机矿物聚合材料在80℃恒温水浴中养护一定时间,随着养护时间的延长,抗压强度升高。当养护时间为12 h时,1 d和3 d抗压强度达到最大值;当养护时间为10 h时,7 d和28 d抗压强度达到最大值。这说明适当的高温养护可以提高矿渣基无机矿物聚合材料的早期强度,但养护时间过长,会对其后期强度的增长产生负面影响。
(3)养护湿度对矿渣基无机矿物聚合材料抗压强度的影响很大,养护湿度为70%~100%时,其抗压强度随着养护湿度的增大而降低。
(4)选取养护温度为80℃,养护时间为10 h,养护湿度为70%,制备的无机矿物聚合材料的7 d抗压强度达到85.5 MPa,安定性合格,凝结时间为50~200 min,可用于有早强要求的特殊工程。
参考文献
[1]张云升,孙伟,沙建芳,等.粉煤灰地聚合物混凝土的制备、特性及机理[J].混凝土与水泥制品,2003(2):13-15.
[2]王鸿灵,李海红,冯治中,等.不同活性高岭土矿物聚合反应的研究[J].材料科学与工程学报,2004,22(4):550-553.
[3]王晴,刘磊,吴昌鹏,等.矿渣基无机矿物聚合材料力学性能的研究[J].沈阳建筑大学学报,2007(1):73-76.
[4]Djwantoro Hardjito,Steenie E Wallah.Fly ash-based geopolymerconcrete,construction material for sustainable development[C]//Concrete World:Engineering&Materials.American ConcreteInstitute,India Chapter,Mumbai,2004(12):9-12.
[5]Djwantoro Hardjito,Steenie E Wallah.On the development of flyash-based geopolymer concrete[J].ACI Materials Journal,2004(11-12):467-472.
矿物材料 篇10
1 环境矿物材料应用于土壤污染治理
土壤污染的主要来源是工业和农业所产生的大量有机与无机污染物, 这些污染物的积累会大幅削弱土地质量, 其中又以重金属的污染最为严重。另一方面, 土壤污染与流动性较强的水体污染和大气污染不同, 其最大的特征就是易积聚性, 长期的积累令土壤污染很难被轻易去除。
解决这一难题的最好方法就是增强土壤的自净化能力, 令土壤能够以一定的速率自行处理污染物, 达到一种动态平衡, 而赋予土壤这种自净化能力的物质正是其中的环境矿物材料。土壤中的粘土矿物、铁锰铝氧化物、硅氧化物、有机质硫化物、氢氧化物、碳酸盐等都能对重金属产生吸附、解吸、固定、释放等一系列的特殊作用, 这些作用能够有效对土壤中的有机污染物与无机污染物进行拦截、阻止、限制与净化。
2 环境矿物材料应用于水体污染治理
水体污染大体上来说可以分为地表水与地下水两方面, 地表水污染对环境的危害作用更大, 而地下水则在治理上更为困难, 并且容易与土壤污染互相影响, 造成污染扩散。总体来说, 这两种水体污染都具有污染量大、污染面广、污染源复杂等特点, 因此普通的污染处理相关技术很难起效, 即使起效也面临着严重的治理成本问题。
对水体污染来说, 环境矿物材料的多重净化效能能够发挥最大限度的适性, 有效解决污染物成分过于复杂的问题。水体污染中最常见的污染物包括了有机污染物、油类、病原细菌、色度、氨类、氮类等, 针对这些不同种污染物的性质, 环境矿物材料中的表面吸附性、孔道过滤性、层间离子交换性、微溶性、化学活性等特性能发挥各自的功用, 通过多种方式去除或净化这些污染物。
另外一方面, 环境矿物材料不仅能分解和净化污染物, 部分矿物还能实现对水体中某些元素的回收。具有这类功能的矿物材料绝大多数是天然金属矿物, 这些矿物具有一定的微溶性, 而且稳定性较差, 所以能对污染物中的一些无机元素进行有效的沉淀转化或氧化还原。值得注意的是, 这类矿物往往自身会成为酸性污染源, 因此利用其进行水体污染的治理相当于同时处理了两类污染, 还能同时收获一定的金属矿物和无机元素进行再利用, 可以说是集有效性和经济性于一身的优秀治理技术。
3 环境矿物材料应用于大气污染治理
对我国来说, 主要的大气污染来自于燃煤产生的硫化气体、氮化气体、碳质粉尘这三类。普通的污染治理方法在处理这类污染时需要准备各种昂贵的专业化设备, 还需要各种复杂的高级技术, 在应用性上相当之差。虽然目前我国在相关污染的治理上实现了燃烧前、燃烧中、燃烧后三阶段的综合控制, 但治理效果依然很有限, 存在处理率过低的现象, 处理后的气体对大气的危害仍旧很强。
针对这种情况, 可以把环境矿物材料与三阶段的综合控制技术相结合, 利用矿物材料实现燃烧前的脱硫、燃烧中的固硫和燃烧后的除硫与除尘。举例来说, 在固硫的相关操作上, 许多天然矿物本身就具有极强的吸附性、膨胀性、高温耐性、离子交换性等特性, 兼之这类矿物一旦受热而产生水分挥发, 就会产生大量富含镁、钙两种离子的特殊孔道。这些特性令燃煤中产生的硫化物会迅速被吸附、化合, 产生硫酸盐, 而不是作为污染气体飘散出去。
又比如说燃烧后阶段的除尘处理, 这一工序需要优秀的除尘过滤器。而使用环境矿物材料制成的除尘过滤器不但能耐高温、耐辐射, 而且许多矿物材料特殊的多孔结构都能为其提供极高的吸附性能, 兼之矿物材料本身的价格就相当低廉, 极高的物理和化学强度又使其具备长久的耐用性, 所以可以说环境矿物材料作为除尘过滤器具有最高的能效和最好的适性。
4 结语
环境矿物材料在净化方面的性能是极为优异的, 这是因为视具体材料的不同, 其具有表面吸附性、离子交换性、孔道过滤性、热效应、分子筛、化学活性、微溶性等多种不同的净化效能, 能视污染物性质的不同, 自由选择变换最有效的净化方法, 由此选定适性最高的环境矿物材料。目前天然生成的环境矿物材料已经获得了很好的应用效果, 而采取新技术对天然材料进行适当加工能令其发挥更高的净化效能, 这种技术的研究和实用化相信会是未来环境矿物材料的发展方向。
摘要：环境矿物材料是一种能自发净化污染物的特殊矿物材料, 这类材料有些是天然存在的, 有些是人工加工的, 其共同特点除了污染净化功能外, 还包括了易于取得、设备简单、成本低廉等特点。这类材料对土壤污染、水体污染和大气污染都能发挥极好的净化效果, 本文将从这三方面对环境矿物材料的特点和应用进行分析, 希望能令其在未来得到更高效、广泛的应用。
关键词：环境矿物材料,污染治理,土壤污染,水体污染,大气污染
参考文献
[1]鲁安怀.环境矿物材料基本性能--无机界矿物天然自净化功能[J].岩石矿物学杂志, 2001 (4) .
[2]李金洪, 等.民用燃煤烟尘特征及环境矿物材料固硫剂开发[J].地学前缘, 2001 (2) .
香花岭矿物寻宝 篇11
2011年6月25日，我和朋友相约一起前往湖南郴州香花嶺旅游，因为久负盛名被誉为“国宝”的香花石就出自这里，以其地名命名，如此大的名头当然成为我湖南矿物产地之旅的首选。
香花岭属于郴州地区。郴州四周环山，中部为盆地，特殊的地形让其成为了湖南省非常重要的矿物资源产地，其他周边地区也分布着众多大大小小的金属类矿物资源，因此各种各样的矿物标本也从郴州这里流向外面的市场。
这里出过最有名的标本就是绿色的全透萤石
到达郴州，已经是下午7点，郴州的朋友热情地接待我们（毕竟我是常客了），向他咨询了一下去香花岭的路线，决定第二天9点坐班车探访香花岭。
6月26日9点，我们准时搭上了开往香花岭的班车。一路上和售票的阿姨闲聊得知，香花岭是偏远的矿区，以前都是砂石小道，交通闭塞，班车往返一次需要6-7个小时，今年刚把郴州通往香花岭的公路修好，4个多小时就能往返一次了。看来我的运气真是不错。
班车逐渐驶入矿区，今天天气格外晴朗，碧空万里，偶见得丝丝浮云飘过，伴着缕缕微风回荡于天际，只引得心情格外舒畅。凝望车外，明媚的阳光之下，一片绿草幽幽，芦苇白絮飘荡，给这一片绿意做了很好动态点缀。
越深入矿区，周边小小的山丘开始起伏成型，慢慢变成一座座让人仰视的山峦。路边的绿草中，生生的镶嵌着一块块各种形态的青石，远远的山坡上，青石零星散落，被绚丽的阳光照得发白，山风吹过青草摆动，让人错觉得像是一群牧羊在山间吃草，甚有灵性。
快到达时，道路开始倾斜，班车沿着盘道蜿蜒而上，香花岭就在山峰之上。山间云飘雾绕，几个开采的矿洞在山腰上的树林中若隐若现，时不时还能听到几声机器的轰鸣，和香花岭亲近的渴望又多了几分。
绕过一个大大的弧弯，香花岭就完全地呈现在了面前。我这才知道香花岭其实也是一个小镇，并不是只指一座山体的山岭，小镇坐落在几座大山的山坳之中，像是一个襁褓中被细细呵护的婴孩。周边的山体上，到处是混凝土修筑的矿洞，有的甚至是一座厂房式的工厂。其规模比我在广西看到的私人矿洞的开采要大了好几倍。
中午12点半，结束了盘旋的路程，终于到达了香花岭汽车站。一个典型的中国式小镇，灰黄的红砖瓦房，丝丝龟裂的水泥小路，一些残破的垣墙上还能看到上世纪六七十年代激昂的标语，人们都在自家屋檐下各自悠闲，一副自给自足的和谐。
吃饭也不能闲着，从他那里了解到，香花岭也是以铅锌矿为主的矿区，这里出过最有名的标本就是绿色的全透萤石。这种萤石相信大家都还是很熟悉的，刚出产时轰动一时，可后来由于产量太高，而渐渐成为了二流标本，而就我个人眼光看，这种品质，确实是萤石里的顶级标本了。
而另一种著名矿物香花石，是产自香花岭其中一座山峰——癞子岭。恰巧，他家就住在癞子岭的正对面，顺着他手指的方向望去，一片青石突兀的山峰，绿草稀稀拉拉地艰难生长在这些乱石之间，连棵像样的树都没有。他说，这是由于常年开采和后来的人们去寻觅香花石的结果，山顶的高度已经下降了50余米。我听了只能吐吐舌头，暗暗感叹矿物晶体的魅力。
一直都存在具体产地争论的钙钼矿产自香花岭
吃完饭，朋友饶有兴致地跟我提起在另一座山岭发现了一处出产异极矿的风化带，还拿出样本给我看。我仔细端详发现是水铝矿，正好还带来荧光设备，用长短波一照，都带诱人的绿色荧光。真是新奇的发现，于是决定和他一起上山一探究竟。
午后，骄阳似火，晒得皮肤火辣辣的疼，但想想山顶的矿物，只能勇往向前冲了。幸好湖南的雨水这几天都没有降临到这里，原来上山的小溪已经干涸，我们沿着龟裂的溪底而上，因为这是去到山顶最捷径的小道。
爬矿区的山都是非常危险的，所以也顺便提醒下以后想去矿山旅游的朋友们多注意安全。矿工们常年在山体上作业，已经锻炼了一身飞燕灵猴般的轻盈身手，而我们这些只在平地上活动的人，爬山时可要留心注意才是。
我一手揣着相机，一手和双脚并用攀爬着干涸的溪床，一会拍拍仰视山体的陡峭，一会回头拍拍身后山谷的低陷，忙得满头是汗。
大约20多分钟，路边的小碎石头里可以看到若隐若现的蓝色，都是被矿工们开采时丢弃的水铝矿，仔细寻找下，还能收集一些可爱的小标本。
最后，来到了风化带的地段。这里已经被工人完全挖掘成一个露天的矿床，这是一个被地壳活动严重挤压变形的地段，含铁含锰的红色岩层和含铝的蓝色岩层交错在一起，被黑色的岩石分隔着一层层排列，水铝矿就生长在这些岩层之上。也许是风化太严重的原因，很多水铝矿都失去了光泽，也没有诱人的蓝色，但挖掘之下，在潮湿的岩层中，还有光泽和色彩都不错的标本出土，算是此行满意的收获。
在这个矿脉临近的其他区域，我们还找到了钾长石、水晶、萤石，甚至连以前很神秘的黄色小晶体的钙钼矿也被我发现，这个矿物一直都存在具体产地的争论，原来也是产自香花岭。
下到山下，已经是下午3点了，带上山的小包已经鼓鼓囊囊了，都是随手采集的小型标本。我和一起来的朋友有说有笑，谈论着各自的收获，虽然已经脏兮兮的完全没有整洁可言，但每个爱矿之人采集标本后更在意的是自己标本的好坏了。
稍作休整，整理好背包，我们赶着4点最后一趟的班车离开了香花岭。这时日光已经倾斜到了山腰的位置，暖暖地晒在脸上，朋友懒懒地靠在座位上开始昏昏沉沉地睡去，我回头望了望窗外云雾已经消散的香花岭，然后闭上眼睛，也在回味中慢慢进入梦乡……
矿物材料 篇12
目前, 对于改善混凝土的流变性能主要通过控制高效减水剂、增稠剂和矿物掺合料的掺量来实现[5], 其中矿物掺合料主要是以工业废渣为主要的原料来源[6], 包括磨细粉煤灰、矿渣、硅灰等, 部分取代水泥熟料, 与外加剂的综合作用来改善混凝土的流变性能[7]。因此, 研究不同掺合料以及它们之间复掺对水泥浆体流变性能的影响对于现代土木工程具有重要意义。
本文主要研究粉煤灰与矿粉复掺对水泥浆体流变性能的影响, 通过调节它们之间的配比, 同时结合高效减水剂, 以Marsh筒法、H管法、微型坍落度法与流变仪法的测试手段, 更为综合全面地呈现水泥浆体流变性能的变化规律。
1 试验
1.1 原材料
水泥:亚东洋房牌P·O42.5水泥, 物理性能见表1, 化学成分见表2。
粉煤灰:阳逻F类I级粉煤灰, 化学成分见表2。
矿粉:武钢华新S95级矿渣粉, 化学成分见表2。
%
减水剂:武汉科华高新材料发展有限公司生产的KH-4聚羧酸系减水剂, 无色液体, 含固量40%, 不含额外的引气与缓凝成分。
1.2 配合比
用粉煤灰和矿粉取代水泥质量的20%、30%、40%, 在每个取代量下, 将粉煤灰与矿粉分别按照1∶2、1∶1和2∶1的质量比进行设计。具体配合比见表3。
%
注:水胶比为0.3, 减水剂折固掺量为0.12%。
1.3 试验方法
1.3.1 Marsh筒测试
试验用Marsh筒的形状及尺寸如图1所示。测试时, 将适量 (依浆体密度而定, 普通水泥净浆用量宜选用500 g左右) 用净浆搅拌机搅拌均匀的浆体倒入Marsh筒内, 测试浆体从下部料嘴流出50 ml、100 ml和150 ml所用的时间, 分别记为T50、T100和T150的Marsh时间, 以此来表征其流动性能。Marsh时间越短, 浆体的流动性能就越好。
1.3.2 H管法
H管为一种新型测试净浆流动性能的装置 (如图2所示) , 用H管测试流动时间时, 准确称取300 g水泥, 按试验配合比称取用水量和减水剂用量, 按照JC/T 729—2005《水泥净浆搅拌机》中规定流程进行水泥净浆的搅拌。用润湿的光滑玻璃薄片封住H管出浆口, 将搅拌好的水泥净浆迅速填满H管, 抽出玻璃薄片的同时开始用秒表计时, 记录浆体流下体积为50ml、100 ml和150 ml时所用时间T50、T100和T150作为测试结果, 表征浆体流动性。
1.3.3 微型坍落度筒测试
试验参照GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行, 改变矿物掺合料的种类和掺量, 测其扩展直径, 以此来反映浆体的流动性能。净浆流动度试模如图3所示。
1.3.4 流变仪测试
采用美国Brookfield公司生产的R/S-SST2000软固体流变仪测试新拌水泥浆的流变性能。流变仪测试系统见图4[8]。选择剪切速度从0~100 s-1内变化, 试验结果分别以剪切速度-剪切应力和剪切速度-表观黏度曲线表示。试验在 (20±2) ℃条件下进行。
2 试验结果及分析
2.1 Marsh筒和H管测试结果与分析
各配合比试样的Marsh筒和H管流动时间测试结果分别见图5、图6。
从图5可以看出, 随着粉煤灰和矿粉总取代量从20%增加到40%, 各试样的Marsh时间都在不断缩短, 即流动速度呈增大趋势, 而流动度的变化趋势与粉煤灰和矿粉的复配比例无关。以T150为例, 粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1时, 总取代量为20%的试样的T150为51.57 s, 总取代量为30%的试样的T150为48.00 s, 总取代量为40%的试样的T150为42.70 s, 呈不断减小的趋势。在总取代量相同的条件下, 随着粉煤灰掺量增加, 流动时间延长, 即流动速度减小。以总取代量30%为例, 粉煤灰用量10%试样的T100为25.15 s, 粉煤灰用量15%试样的T100为27.72 s, 粉煤灰用量20%试样的T100为29.88 s, 呈不断延长的趋势。图6的变化规律与与图5大致相似, 不同之处是图5的趋势更明显。
2.2 微型坍落度筒测试结果与分析
图7和图8是利用微型坍落度筒测试各配比试样扩展度达到200 mm的时间T200和最大扩展度。
从图7可以看出, 随着粉煤灰和矿粉总取代掺量从20%增加到40%时, 各配比试样的T200在不断的减小, 流动速度在不断增大。粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1时, 总取代量为20%的T200为4.95 s, 总取代量为30%的T200为4.29 s, 总取代量为40%的T200为3.39 s。而总取代量相同时, 粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的试样流动时间最长。由图8可以看出, 当总取代量为30%时, 粉煤灰和矿粉的质量比对扩展度的影响不明显, 基本都在225 mm左右;当总取代量为20%和40%时, 随着粉煤灰掺量的增加, 扩展度呈降低的趋势。当总取代量为20%时, 粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2、1∶1和2∶1时, 扩展度从246 mm降至238 mm、215 mm。
2.3 流变仪测试结果与分析
2.3.1 剪切应力随剪切速率的变化关系
粉煤灰和矿粉总取代量分别为20%、30%和40%时, 水泥浆体剪切应力随剪切速率的变化曲线见图9。
由图9 (a) 可见, 粉煤灰和矿粉总取代量为20%时, 水泥浆体的剪切应力随剪切速率的增大呈增大趋势, 当剪切速率大于40 s-1后, 剪切应力呈急剧增大的趋势, 当粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1时, 体系偏离牛顿流体行为[9], 表现为非线性的剪切变稠特性。而且在剪切速率为100 s-1时剪切应力可增大到500 Pa左右, 高于同样剪切速率下另外2个掺量的剪切应力。另外2个掺量的曲线形状也与其相似, 在整个剪切速率范围内, 剪切应力的大小顺序一致, 即:粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1的剪切应力>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2的>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的。
从图9 (b) 可以看出, 粉煤灰和矿粉总取代量为30%时, 剪切应力随剪切速率的增加而增加, 增加的趋势基本保持一致, 剪切应力与剪切速率几乎呈线性增大, 其流变特性近似为牛顿流体, 粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1和1∶1的2条曲线几乎重合, 可见其流变特性很接近, 在剪切速率为100 s-1时, 粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的剪切应力可达到380 Pa左右, 高于粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1的剪切应力。在整个剪切速率范围内, 剪切应力的大小顺序一致, 即:粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1的剪切应力≈粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2的。
由图9 (c) 可以看出, 粉煤灰和矿粉总取代量为40%时, 水泥浆体的剪切应力随剪切速率的增加而增加, 在剪切速率小于40 s-1前3条曲线几乎重合, 当剪切速率大于40 s-1后, 粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2的增加的速率基本保持不变, 但是其它2条曲线增长速率增大, 体系偏离牛顿流体行为, 表现为非线性的剪切变稠特性, 同时, 2条曲线的取值也很相近。在剪切速率为100 s-1时剪切应力在330 Pa左右。在整个剪切速率范围内, 剪切应力的大小顺序一致, 即:粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1的剪切应力≈粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2的。
2.3.2 表观黏度随剪切速率变化关系
粉煤灰和矿粉总取代量为20%、30%和40%时, 水泥浆体的表观黏度随剪切速率的变化曲线见图10。
从图10可以看出, 在低剪切速率阶段, 随着粉煤灰和矿粉总掺量的增加, 试样的表观黏度都有不同程度的下降, 并且随着剪切速率的提高而逐渐降低。当粉煤灰和矿粉的总取代量为30%时, 其降低的幅度最大, 粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1时, 从16 Pa·s降低到5 Pa·s;粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1时, 从14 Pa·s降低到4 Pa·s;粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2时, 从8 Pa·s降低到2 Pa·s, 3条曲线中黏度下降的幅度顺序为:粉煤灰和矿粉的质量比为2∶1的>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶1的>粉煤灰和矿粉的质量比为1∶2的。
从图10 (a) 可以看出, 3条曲线表观黏度随剪切速率的增加先是迅速减小, 然后随着剪切速率逐渐增大时, 表观黏度稍有增大。图10 (c) 与图10 (a) 的变化趋势比较相似, 都是先有一个大幅度的降低, 然后有一个缓慢的增加, 不同之处是图10 (c) 中的3条曲线近乎重合, 表观黏度相差不大。图10 (b) 中3条曲线与图10 (a) 和图10 (c) 的不同之处是在高剪切速率时表观黏度变化比较平稳, 没有明显增大的趋势。在不同掺量矿物掺合料与减水剂体系中, 体系整体均呈现出假塑性流体的特征, 表观黏度表现出明显的剪切稀化特点。
3 结语
(1) Marsh筒和H管测试结果表明, 粉煤灰和矿粉总取代量从20%增加到40%时, Marsh时间和H管时间都在不断的缩短, 即流动速度呈增大趋势, 在总取代量相同的条件下, 随着粉煤灰掺量增加, 流动时间延长, 即流动速度减小。
(2) 微型坍落度筒试验结果表明, 粉煤灰和矿粉总取代量从20%增加到40%时, T200流动时间在不断的缩短, 流动速度在不断增大。在总取代量相同的条件下, 不管是20%还是30%或40%, 随着粉煤灰掺量的增加, 扩展度呈减小的趋势。
(3) 流变试验结果表明, 当粉煤灰和矿粉总取代量为30%时, 浆体表现出线性的牛顿流体特性, 而总取代量为20%和40%时, 浆体表现出非线性假塑性流体的特征。
摘要：采用Marsh筒法、H管法、微型坍落度法与流变仪法研究了在聚羧酸体系中复掺粉煤灰和矿粉2种矿物掺合料对水泥浆体流动性和流变性能的影响。试验结果表明:矿物掺合料的总取代量从20%增加到40%时, 流动速度呈增大趋势;而在总掺量固定的条件下, 随着粉煤灰掺量增加, 流变性呈降低的趋势;流变试验结果表明, 当总取代量为30%时, 浆体表现出线性的牛顿流体特性, 而总取代量为20%和40%时, 浆体表现出非线性假塑性流体的特征。
关键词：粉煤灰,矿粉,矿物掺合料,流变性,Marsh筒法,微型坍落度法
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