常压烧结工艺

常压烧结工艺（精选7篇）

常压烧结工艺 篇1

1 前言

铁铝金属间化合物(Fe3Al,Fe Al)具有耐磨损,抗高温氧化,高温强硬性好以及低密度等系列优点[1,2,3,4,5]。其中Fe3Al金属间化合物具有密度低,比强度高,抗高温氧化,耐腐蚀和高温耐摩擦磨损性能优良等优点[5,6,7,8,9,10]。Fe3Al金属间化合物可以通过机械合金化工艺进行制备[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18]。Fe3Al金属间化合物具有优秀的性能,如高强度高韧性,高温抗氧性能和耐腐蚀性能,而且Fe3Al金属间化合物与陶瓷材料能够很好地相混合[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18]。氧化铝陶瓷材料具有高强度,高硬度和抗高温氧化性能,具有低密度和较高的弹性模量,良好的耐腐蚀性能等[19,20,21,22]。Fe3Al金属间化合物和Al2O3陶瓷材料都具有优异的性能,而且Fe3Al金属间化合物与Al2O3的润湿性良好,界面结合较好[19,20,21,22]。所以可以将Fe3Al和Al2O3材料进行复合制备Fe3Al/Al2O3复合材料。由于采用常压烧结工艺制备Fe3Al/Al2O3复合材料的研究报道较少,而且常压烧结工艺简单成本较低,所以本实验采用常压烧结工艺制备Fe3Al/Al2O3复合材料块材。本实验采用机械合金化结合热处理工艺制备Fe3Al金属间化合物粉末,并通过常压烧结工艺制备出Fe3Al/Al2O3复合材料块材。

本实验采用机械合金化工艺和热处理工艺制备Fe3Al金属间化合物粉末,并将Fe3Al合金粉末与Al2O3粉末相混合制备Fe3Al/Al2O3复合粉末,并通过压力成型制成条状试样,并通过常压烧结工艺制备出Fe3Al/Al2O3复合材料块材试样。本实验研究由机械合金化工艺和热处理工艺制备的Fe3Al金属间化合物粉末的物相组成和显微结构。并对常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的物相组成,显微结构和力学性能进行研究。并研究不同的Fe3Al含量对Fe3Al/Al2O3复合材料块材的显微结构和力学性能的影响。

2 实验方法与过程

2.1 实验材料与制备过程

2.1.1 Fe3Al金属间化合物粉末的制备工艺过程

Fe3Al金属间化合物粉末采用机械合金化结合热处理工艺来制备。Fe-Al金属间化合物粉末采用机械合金化工艺来制备,所选用的元素粉末为Fe粉(纯度为99%,75μm),Al粉(纯度99%,45μm)按Fe72,Al28(原子分数,%)配比在QM-1SP2型高能球磨机中进行球磨。磨球与粉料的质量比为10∶1。球磨过程时所使用的球磨罐为聚四氟乙烯罐,所使用的磨球为玛瑙球。球磨机的转速为350 r/min,球磨时间为60 h。将球磨时间为60 h后得到的Fe-Al金属间化合物粉末进行热处理工艺,在真空烧结炉(ZTY-40-20型)中进行中温热处理,热处理温度分别为800℃和1000℃,保温时间为1 h,升温速率为5℃/min,在真空下进行热处理。经过800℃和1000℃热处理后得到Fe3Al金属间化合物粉末。

2.1.2 Fe3Al/Al2O3复合材料块材的常压烧结制备工艺过程

将经过机械合金化工艺球磨60 h和800℃热处理工艺得到的Fe3Al金属间化合物粉末与Al2O3粉末相混合,氧化铝粉末的平均粒度约为2~3μm。将Fe3Al合金粉末与Al2O3粉末按照一定的比例进行混合,其中复合粉末中的Fe3Al合金粉末的质量分数分别为0 wt%,10 wt%,20 wt%,30 wt%,40 wt%,50 wt%。按照以上的比例将Fe3Al合金粉末与Al2O3粉末进行混合并装入塑料罐中加入无水乙醇和玛瑙磨球,在滚筒式球磨机上球磨24 h使粉末混合均匀并干燥得到Fe3Al/Al2O3复合粉末。将Fe3Al/Al2O3复合粉末装入钢制模具中,在压力成型机上施加200 MPa的压力进行压力成型制成致密的条状试样坯体,坯体试样的尺寸为50 mm×5 mm×6 mm。将制成的条状试样进行常压烧结工艺。常压烧结工艺为,烧结温度为1700℃,保温时间为2 h,在N2气氛下。通过常压烧结工艺制备Fe3Al/Al2O3复合材料块材。

2.2 材料的表征

由机械合金化工艺和热处理工艺制备的Fe3Al金属间化合物粉末的物相组成由X-射线衍射仪(XRD,D/MAX-2400型)来研究和分析。由机械合金化工艺和热处理工艺制备的Fe3Al金属间化合物粉末的显微结构由JSM-6390A型扫描电镜(SEM)来观察和分析。常压烧结制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材试样的物相组成由X-射线衍射仪(XRD,D/MAX-2400型)来研究和分析。常压烧结制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的显微结构由JSM-6390A型扫描电镜(SEM)来观察和分析。Fe3Al/Al2O3复合材料的密度和相对密度采用阿基米德排水法进行测试。Fe3Al/Al2O3复合材料的抗弯强度采用三点弯曲法进行测试,试样的尺寸为3 mm×4 mm×30 mm,跨距为16 mm,压头加载速率为0.5 mm/min。Fe3Al/Al2O3复合材料的断裂韧性采用单边缺口梁法(SENB)进行测试,试样的尺寸为3 mm×4 mm×30 mm,缺口深度为1.5 mm,宽度为0.2 mm,跨距为16 mm,压头加载速率为0.05 mm/min。Fe3Al/Al2O3复合材料的弹性模量采用三点弯曲法进行测试。Fe3Al/Al2O3复合材料块材的硬度采用洛氏硬度仪进行测试。

3 结果与讨论

3.1 机械合金化工艺和热处理工艺制备的Fe3Al金属间化合物粉末的物相组成

图1为由机械合金化和热处理工艺所制备的Fe3Al金属间化合物粉末的XRD图谱。图1(a)为由不同球磨时间得到的Fe-Al金属间化合物粉末的XRD图谱。球磨时间分别为10 h,20 h,30 h,40 h,50 h,60 h。由图1(a)可以看出,随着球磨时间的增加,Al的衍射峰逐渐减小,Fe与Al化合形成Fe-Al金属间化合物,经过球磨60 h后形成了Fe-Al金属间化合物粉末。其中在XRD图谱中,Fe-Al金属间化合物的衍射峰主要在2θ=44.37,2θ=64.17,2θ=81.50。此时得到的Fe-Al金属间化合物为无序的Fe-Al固溶体,要得到有序的Fe3Al相结构,还需要对Fe-Al合金粉末进行热处理工艺。图1(b)为由不同热处理温度得到的Fe3Al金属间化合物粉末的XRD图谱。热处理温度分别为800℃和1000℃。由图1(b)可以看出,球磨60 h后得到的Fe-Al金属间化合物粉末在经过高温热处理后转变成Fe3Al金属间化合物粉末,使球磨后得到的无序Fe-Al固溶体在经过高温热处理之后转变成有序的Fe3Al金属间化合物相。由于Al的熔点为660℃,在800℃和1000℃热处理过程中,Fe与Al化合形成Fe3Al,因此球磨后得到的Fe-Al固溶体就转变成Fe3Al金属间化合物。其中在XRD图谱中,Fe3Al金属间化合物的衍射峰主要在2θ=44.37,2θ=64.17,2θ=81.50。经过热处理后得到的Fe3Al金属间化合物粉末的相结构主要以B2型结构为主。所以本实验采用机械合金化和热处理工艺制备了Fe3Al金属间化合物粉末。

3.2 机械合金化和热处理工艺制备的Fe3Al金属间化合物粉末的显微结构

图2为由机械合金化工艺所制备的Fe-Al金属间到4-5μm,而且粉末颗粒形状规则粒度分布均匀。所以本实验通过机械合金化工艺球磨60 h后制备了粉末粒度极细的Fe-Al金属间化合物粉末。

图3为800℃和1000℃热处理得到的Fe3Al金属间化合物粉末的扫描电镜照片。图3(a)为800℃热处理得到的Fe3Al金属间化合物粉末的扫描电镜照片。图3(b)为1000℃热处理得到的Fe3Al金属间化合物粉末的扫描电镜照片。经过机械合金化工艺球磨60 h后得到的FeAl合金粉末在经过800℃和1000℃热处理工艺后,得到粒度极细的Fe3Al金属间化合物粉末,而且粒度分布均匀。Fe3Al金属间化合物粉末的平均颗粒尺寸约为4-5μm。本实验通过机械合金化和热处理工艺制备出颗粒极细的Fe3Al金属间化合物粉末。

3.3 常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的物相组成

将800℃热处理得到的Fe3Al金属间化合物粉末与Al2O3粉末相混合,并通过球磨混合工艺得到Fe3Al/Al2O3复合粉末,经过压力成型制成条状试样,并通过常压烧结工艺(1700℃,2 h)制备出Fe3Al/Al2O3复合材料块材。图4为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的XRD图谱。图4(a)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(30 wt%Fe3Al)块材的XRD图谱。图4(b)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(40 wt%Fe3Al)块材的XRD图谱。图4(c)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(50 wt%Fe3Al)块材的XRD图谱。在XRD图谱中只存在Fe3Al相的衍射峰和Al2O3相的衍射峰。其中Fe3Al相的衍射峰主要在化合物粉末的扫描电镜照片。图2(a)为球磨50 h得到的Fe-Al金属间化合物粉末的扫描电镜照片。图2(b)为球磨60 h得到的Fe-Al金属间化合物粉末的扫描电镜照片。随着球磨时间的增加,Fe-Al金属间化合物粉末的颗粒尺寸逐渐减小,粉末的粒度逐渐变细,最终形成了粒度极细的Fe-Al金属间化合物粉末。经过球磨时间为60 h后得到的Fe-Al金属间化合物粉末的平均颗粒尺寸可达2θ=44.37,2θ=64.17,2θ=81.50。其余衍射峰都是Al2O3的衍射峰。其中在XRD图谱中Al2O3相的衍射峰主要集中在2θ=25.58,2θ=35.13,2θ=43.36,2θ=52.55,2θ=57.52,还有一些较小的衍射峰对应的也是Al2O3相。由于Fe3Al与Al2O3在高温下具有很好的润湿性,所以在高温烧结过程中Fe3Al与Al2O3能够被烧结到一起形成致密的烧结体。从而可以制备出致密的Fe3Al/Al2O3复合材料块材。

3.4 常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的显微结构

图5为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的扫描电镜照片。图5(a)为常压烧结工艺制备的单相Al2O3块材的扫描电镜照片。图5(b)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(10 wt%Fe3Al)块材的扫描电镜照片。图5(c)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(20 wt%Fe3Al)块材的扫描电镜照片。图5(d)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(30 wt%Fe3Al)块材的扫描电镜照片。图5(e)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(40 wt%Fe3Al)块材的扫描电镜照片。图5(f)为常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料(50 wt%Fe3Al)块材的扫描电镜照片。由图5(a)可以看出,单相Al2O3块材的显微结构均匀致密,Al2O3晶粒尺寸约为5~10μm。经过高温烧结后,Al2O3基体颗粒被烧结成为一个致密的整体。图5(b)到图5(f)为Fe3Al/Al2O3复合材料块材的扫描电镜照片。由图5(b)到图5(f)可以看出,Fe3Al/Al2O3复合材料块材的显微结构均匀致密。其中Fe3Al颗粒均匀地分布在Al2O3基体中,Fe3Al合金颗粒的平均尺寸约为4~5μm,Al2O3基体的颗粒尺寸约为5~10μm。有些Fe3Al合金颗粒分布在Al2O3晶粒的晶界上,形成晶间型结构。还有些Fe3Al合金颗粒嵌入到Al2O3晶粒之中,形成晶内型结构。有些Fe3Al合金颗粒呈圆球形和棒状,这些棒状的Fe3Al合金颗粒会有效的提高复合材料的抗弯强度和断裂韧性。从这些电镜照片中可以看出,而且在高温烧结过程后,Al2O3颗粒尺寸较大,Al2O3晶粒被烧结到一起形成致密的烧结体。在Al2O3晶粒之间分布着Fe3Al颗粒,还有些Fe3Al颗粒呈小圆球状。由此可见Fe3Al晶粒主要分布在Al2O3晶粒的晶间。随着复合材料基体中Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构变得更加均匀致密。当Fe3Al合金含量为30 wt%,40 wt%和50 wt%时,Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构变得更加均匀致密。

3.5 常压烧结工艺制备的Fe3Al/Al2O3复合材料块材的力学性能

图6为Fe3Al含量对Fe3Al/Al2O3复合材料块材的密度和相对密度的影响。图6表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料烧结块材的密度逐渐增加。这是由于Fe3Al合金的密度为6.72g/cm3,而Al2O3的密度为3.9 g/cm3,Fe3Al合金的密度大于Al2O3的密度,所以向Al2O3基体中加入Fe3Al合金后得到的Fe3Al/Al2O3复合材料的密度是逐渐增加的。图6表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料烧结块材的相对密度也是略有增加。由于Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构变得更加均匀致密,所以Fe3Al/Al2O3复合材料的相对密度也是略有增加的,但是相对密度增加的幅度较小,从图6中可以看出,随着Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的相对密度基本保持在92%左右。

图7为Fe3Al含量对Fe3Al/Al2O3复合材料块材的抗弯强度和断裂韧性的影响。图7表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的抗弯强度逐渐增加。Fe3Al/Al2O3复合材料(50 wt%Fe3Al)的抗弯强度相对于单相Al2O3增加35%。单相Al2O3块材的抗弯强度为216 MPa,而Fe3Al/Al2O3(40 wt%Fe3Al)复合材料块材的抗弯强度为270 MPa,Fe3Al/Al2O3(50wt%Fe3Al)复合材料块材的抗弯强度为281 MPa。所以Fe3Al/Al2O3复合材料的抗弯强度能够明显高于单相Al2O3块材的抗弯强度。这是由于Fe3Al合金颗粒均匀地分布在Al2O3基体中,Fe3Al合金颗粒的塑性和延展性较好,能够有效地吸收在变形和断裂过程中的能量导致裂纹扩展变得缓慢,从而增加了复合材料的抗弯强度。而且由于Fe3Al金属间化合物的抗弯强度较高,所以向Al2O3基体中加入Fe3Al合金必然会导致复合材料的抗弯强度得到显著的增加。此外因为Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构均匀致密,从而导致其抗弯强度得到显著的增加。图7表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的断裂韧性逐渐增加。Fe3Al/Al2O3复合材料(50 wt%Fe3Al)的断裂韧性相对于单相Al2O3增加25%。单相Al2O3块材的断裂韧性4.1 MPa m1/2,而Fe3Al/Al2O3(40 wt%Fe3Al)复合材料块材的断裂韧性为5.0 MPa m1/2,Fe3Al/Al2O3(50 wt%Fe3Al)复合材料块材的断裂韧性为5.17 MPa·m1/2。这是由于Fe3Al合金颗粒均匀地分布在Al2O3基体中,Fe3Al合金颗粒的塑性和延展性较好,能够有效地吸收在变形和断裂过程中的能量导致裂纹扩展变得缓慢,从而增加了复合材料的断裂韧性。而且由于Fe3Al金属间化合物的断裂韧性较高,所以向Al2O3基体中加入Fe3Al合金必然会导致复合材料的断裂韧性得到显著的增加。此外Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构均匀致密,也可以导致其断裂韧性的增加。所以Fe3Al/Al2O3复合材料块材的抗弯强度和断裂韧性相对于单相Al2O3块材得到显著的改善和提高。

图8为Fe3Al含量对Fe3Al/Al2O3复合材料块材的弹性模量和洛氏硬度的影响。图8表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的弹性模量逐渐降低。Fe3Al/Al2O3复合材料的弹性模量的降低主要是由于Fe3Al金属间化合物的弹性模量明显低于单相Al2O3的弹性模量,所以向较高弹性模量的Al2O3基体中加入较低弹性模量的Fe3Al合金必然导致所形成的Fe3Al/Al2O3复合材料的弹性模量的降低;所以随着复合材料中的Fe3Al合金含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的弹性模量也是逐渐降低的。图8表明随着复合材料中的Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的洛氏硬度(HRA)逐渐降低。Fe3Al/Al2O3复合材料的洛氏硬度(HRA)的降低主要是由于Fe3Al金属间化合物的洛氏硬度(HRA)低于单相Al2O3的洛氏硬度。所以随着复合材料中的Fe3Al合金含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的洛氏硬度(HRA)也是逐渐降低的。但是Fe3Al/Al2O3复合材料的洛氏硬度降低幅度较小。

4 结论

(1)本实验采用机械合金化和热处理工艺制备出Fe3Al金属间化合物粉末,并将Fe3Al合金粉末与Al2O3粉末混合,并通过常压烧结工艺制备Fe3Al/Al2O3复合材料块材。研究结果表明采用机械球磨60 h后得到Fe-Al金属间化合物粉末。并经过800℃和1000℃热处理后得到Fe3Al金属间化合物粉末。显微结构研究表明经过机械球磨60 h和热处理工艺得到的Fe3Al金属间化合物粉末的平均颗粒尺寸为4~5μm。

(2)经过常压烧结工艺得到的Fe3Al/Al2O3复合材料块材主要由Fe3Al相和Al2O3相组成。Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构均匀致密。而且随着Fe3Al含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的显微结构变得更加均匀致密。其中Fe3Al合金颗粒均匀地分布在Al2O3基体中。Fe3Al合金的平均颗粒尺寸约为4~5μm,而Al2O3基体颗粒尺寸约为5~10μm。

(3)随着基体中Fe3Al合金含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的密度和相对密度逐渐增加,复合材料变得更加致密。随着基体中Fe3Al合金含量的增加,Fe3Al/Al2O3复合材料的抗弯强度和断裂韧性逐渐增加;Fe3Al/Al2O3复合材料的洛氏硬度和弹性模量逐渐降低。Fe3Al/Al2O3复合材料具有较高的力学性能主要是由于Fe3Al/Al2O3复合材料具有均匀致密的显微结构。

常压烧结工艺 篇2

1 实验过程

将高岭土和Al(OH)3按比例混合,再加入总质量的7%的Ca CO3(烧结助剂和辅助造孔),然后放入球磨机中,球磨0.5h,再把Si C粉和活性炭放入,再次球磨1h,然后将配料加入PVA瞬时粘结剂,混合均匀,放入压模机中,压制成圆片和长方体,再放入烘干炉中110℃保温3h。再放入马弗炉中1350℃烧结,保温6 h烧成。

用XRD及SEM观测样品的晶相组成和显微结构,用阿基米德原理测样品的显气孔率和容重。抗热震强度测试采用反复加热后测测抗弯强度的方法。

2 结果与讨论

2.1 Ca CO3的作用

实验得出:引入CaO的样品烧成温度降低150℃。其原因是CaCO3在850℃左右开始分解CaCO3=CaO+CO2,CaO属碱性氧化物能使高岭土等结合剂在较低温度下变成液态,从而起到降低烧结温度和促进SiC分解的作用。根据图1[3]中,1点设定结合剂的配方,不仅是因为液相温度较低,而且在此点还有莫来石生成,此点的相平衡关系为L←→CAS2+A3S2+S(A3S2为莫来石)。从1100℃开始氧化钙和碳化硅的强度减小随着CAS2相生成强度逐渐增大[4]。

2.2 样品显气孔率和孔径大小的抗热震性

表1添加不同质量分数造孔剂各样品的性能。

样品的热稳定性如图2所示。由图可见热震强度曲线变化比较平缓,主要原因是在800℃到1200℃之间SiC表面有SiO2生成,并形成SiO2层,当温度升高到1100℃时SiO2转化成方石英,而方石英为瘠性材料,可以调节结合剂可塑性,减少热震收缩。[5]所以在热震实验过程中,当温度达到1200℃以后SiO2可以有效地阻止SiC的进一步氧化,保护了抗热震性能优异SiC颗粒。以此来达到常压烧结强度的提高。

2.3 SEM对显微结构的分析

图3是SiC/mullite复相多孔陶瓷扫描显微图,从图a中可以明显的看到莫来石“柱状”结构,其作用为:一方面,当陶瓷基体受到外部应力作用产生裂纹,在裂纹的尖端形成联桥区,桥连的莫来石对基体产生一个使裂纹闭合的力,阻止裂纹的扩张,在开裂区的后面存在基体传向莫来石的力在两者的界面上产生剪切力,由于莫来石强度较高不至于断裂,但会从基体拔出,当其拔出时产生能量的释放;另一方面,裂纹沿着莫来石和基体界面结合较弱的方向扩展,由于莫来石柱状结构的方向不定,从而使得个方向裂纹达到最小尺寸[5]。进而提高碳化硅多孔陶瓷的断裂韧性和抗弯强度。图b、c中SiC颗粒被高岭土等粘结剂包覆并使Si C颗粒连接在一起。可以证实此烧结为液相烧结法。图d碳化硅颗粒排列较紧密,断面呈“三维网格状”结构。

3 结论

3.1 CaO的引入使样品的烧成温度降低了150℃,其原因在于它可降低结合剂的液相形成温度,形成液相烧结,从而达到降低烧结温度的作用。

3.2 所得制品气孔率为56%、抗弯强度达267.53MPa,孔洞分布比较均匀,而且还生产了柱状的莫来石结构,有效提高了制品的断裂韧性和抗弯强度。

摘要：常压烧结以活性碳为造孔剂的SiC/mullite复相多孔陶瓷。测定了试样的显气孔率、孔径分布和热震性能,通过XRD及SEM等研究了SiC/mullite复相多孔陶瓷的晶相组成和显微结构。在配料中加入7%的CaCO3降低了烧结温度。

关键词：多孔陶瓷,碳化硅,烧结

参考文献

[1]百佳海,莫来石/Si C复相多孔陶瓷的制备及性能研究[J].硅酸盐通报2006,25(6).

[2]由键,莫来石.SiC复相材料的烧结工艺和成分优化[J]材料与冶金学报2002,1(1).

[3]贺可音.硅酸盐物理化学[M]武汉:武汉理工大学出版,1995.

[4]陈敏等.碳化硅添加剂对含碳钙锆复合耐火材料性能的影响[J].东北大学学报2005,6(3).

常压烧结工艺 篇3

关键词：高砷金矿,脱砷处理,预处理工艺

对于黄金科研工作者而言, 如何有效回收以高砷金矿为代表的难处理金矿中的金, 一直是其研究的重难点。尤其是随着易浸金矿资源正在不断减少, 开发含砷金矿的重要性不言而喻, 因此高砷金矿预处理工艺也成为当前的科研重点内容。但考虑到现有的预处理工艺不仅金的浸出率比较低, 同时对环境污染较大, 因而研究高砷金矿常温常压碱浸预处理工艺具有十分重要的现实意义。

1 高砷金矿预处理当中的现存问题

伴随着我国社会经济的飞速发展以及科学技术水平的不断提高, 高砷金矿的预处理工艺研究也取得了不少的科研成果, 并涌现出包括硫代硫酸盐法、煤油团聚法、多硫化物法等在内的各种全新的提金方法。但由于其中的许多提金方法仍然存在诸多无法克服的缺点, 譬如说煤油团聚法虽然没有毒性并且成本低廉、具有较高的金回收率但其无法完成对包裹金及硫化物伴生金的处理, 因此并未得到大规模的普及使用[1]。后期科研学者又研究出氰化法, 并被广泛运用在金矿处理当中, 但由于其在提金工艺方面很难取得实质性的突破, 因此也未能令人完全满意。

2 高砷金矿常温常压碱浸预处理工艺

2.1 氢氧化钠强化浸出脱砷

在常温常压的条件之下碱浸预处理当中主要会产生以下化学反应:

并且在一定的条件之下, 硫代硫酸钠和三硫化二砷将会被进一步氧化成为硫酸钠与砷酸钠, 而氢氧化亚铁也将被进一步氧化成为氢氧化铁, 而氢氧化铁则会被分解成三氧化二铁, 其中最后一项化学反应式中的化学反应程度主要由黄铁矿的活性决定。另外, 在实际的预处理过程当中会分别生成二价和三价的铁离子, 而绝大部分早已转化为液态的砷又会被转化生成的三价铁离子以及金矿石当中含有的钙质所中和, 变成一种性质稳定同时不会对氰化浸出造成影响的砷酸铁和砷酸钙的混合物, 并存在于矿渣当中, 而其中会有一小部分神进入到溶液当中[2]。当完成高砷金矿的预处理时, 原本难浸的物料将会转化成易浸物料, 之后通过常规的氰化浸出流程即可顺利完成高效提金。

2.2 砷硫选择性氧化预处理

高砷金矿常温常压碱浸预处理的实际过程当中, 将选择性进行砷硫的氧化转化。通过充分利用砷矿物氧化速度快于黄铁矿的热力学原理, 优先对砷矿物进行氧化, 将毒砂等绝大部分有毒有害的氰化浸出的砷矿物进行氧化转化, 而以黄铁矿为代表的其他硫化物则部分氧化, 最终影响金浸出的砷、硫的选择性氧化, 而并不影响金浸出的硫, 使其能够仍然保持原物相且仅仅只消耗一小部分的氢氧化钠。通过选择性氧化也能够使得在尚未经过预处理之前的高砷金矿中的物料颗粒可以维持原有的“骨架结构”, 即使在后期经过预处理之后其粒度也不会发生较大变化, 从而为接下来的提金作业创造有利条件。

2.3 氰化碳吸附提金预处理

在完成高砷金矿常温常压碱浸预处理之后, 需要向矿浆当中适当地添加一些氧化钙进行调浆, 以实现将溶液当中的杂质离子有效去除的目的, 同时使得耗氰离子Men+能够沉淀, 其化学反应式为:Men++n Ca O+n H2O=Me (OH) n↓+n Ca OH-

在此过程当中, 溶液将会被彻底净化, 进而使得消耗氰化钠的杂质含量得以大大降低。另外, 部分氧化钙也会参与到硫酸钠同砷酸钠的反应当中, 并由此生成硫酸钙以及砷酸钠沉淀, 与此同时其也同样能够对溶液产生良好的除砷作用[3]。之后, 通过压滤矿浆, 或者是直接进入到氰化环节使得滤液返回预处理, 再次经过调浆之后向矿渣当中适当加入一定量的氰化钠便可以通过常规的氰化浸出提取金。而物料当中的解离金或者是暴露金也将在短时间内迅速形成氰金络合物并进入到溶液当中。在氰化过程当中可以进行锌粉置换或是碳吸附, 同样, 预处理过后的矿浆也可以使用硫代硫酸盐之类的非氰化方法或是氰化-锌粉置换的方法提金。

2.4 尾液除砷零排放预处理

在完成提金之后, 可以向矿浆当中适当添加硫酸铁, 使得溶液当中铁与砷的比值为3∶1, 且p H值呈现为在7~9的碱性。如果p H值小于7呈现为弱酸性, 则可以通过再向其加入一定量的氧化钙, 均匀搅拌之后进行压滤, 溶液将返回氰化并排放掉沉淀的渣[4]。砷则会以一种稳定的、砷酸铁与砷酸钙的混合物形式存在于矿渣当中, 此时并不会对环境造成任何污染, 而废水的p H值也维持在6~9的可排放标准之内。

3 结束语

总而言之, 随着我国社会经济的高速发展, 人们对黄金的需求量也与日俱增, 加之环境保护理念的深入人心, 使得高砷金矿常温常压碱浸预处理工艺的研究的重要性逐渐显现出来。本文通过从氢氧化钠强化浸出脱砷、砷硫选择性氧化、氰化碳吸附提金以及尾液除砷零排放这四个方面对当前高砷金矿常温常压碱浸预处理工艺进行简单分析研究, 希望能够为相关研究人员提供必要的帮助。

参考文献

[1]周丽, 文书明, 李华伟.高砷金矿常温常压碱浸预处理技术及其应用[J].国外金属矿选矿, 2014, (3) :11-14;43.

[2]崔礼生, 韩跃新.含砷金矿石的预处理技术发展现状[C]//中国冶金矿山企业协会、中钢集团马鞍山矿山研究院.2015年全国选矿高效节能技术及设备学术研讨与成果推广交流会论文集.中国冶金矿山企业协会、中钢集团马鞍山矿山研究院, 2015:5.

[3]孟宇群, 吴敏杰, 宿少玲, 等.难浸金矿常温常压强化碱浸预处理新工艺[J].有色金属, 2014, (1) :43-47.

烧结系统工艺分析 篇4

近年来, 通过实施产业政策调整、淘汰小型落后的烧结生产线, 单机能力大型化, 优化工艺流程、强化操作制度, 采用节能型设备等措施, 使中国的烧结技术装备及生产管理水平得到很大提高。

1 烧结系统工艺分析

烧结工艺由原料准备系统、配料系统、混合系统、烧结冷却系统、抽风除尘系统、整粒系统等部分组成。

1.1 原料准备系统

国内烧结所用的固体燃料一般有碎焦和无烟煤两种, 在燃料破碎工序中有两种破碎方式:混破和分破。

1.1.1 混破

混破是将两种燃料按照设定比例给出, 进行混合破碎, 其优点是两种燃料配比固定, 利于烧结稳定生产, 适用于燃料组成比较稳定的烧结厂。但是由于碎焦和无烟煤硬度不同, 设备对两种燃料的破碎能力差别比较大。以Φ1 200 mm×1 000四辊破碎机为例, 当进料粒度12～0 mm, 出料粒度3～0 mm时, 破无烟煤处理量为45～55 t/h, 破碎焦的处理量仅为35～45 t/h。如果焦和煤比例比较接近, 设备选型时可根据式 (1) 计算。

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式中 P煤, P焦为混合燃料中各自占的百分比;q煤, q焦为单破时的产量。混破时二种燃料比例相差悬殊, 可按量大者计算。

1.1.2 分破

分破是将两种燃料分别给至各自的破碎系统进行破碎, 一般设计中燃料出料均为单系统一条胶带机。所以, 二种破碎系统不能同时工作, 又不能共用系统 (频繁换料易混料) 。破碎机的工作时间受破碎机给料矿槽及配料室燃料矿槽的充满及排空时间的制约, 因此采用此种配置需进行系统能力平衡计算。一般这种形式需多配一系统破碎设备备用。

1.2 配料系统

生石灰配料系统的环境问题一直是设计和生产关注的重点, 多数烧结厂是通过将生石灰系统单独封闭, 加强设备密封等方法减少对周边环境的污染。针对生石灰系统本身的技术改进, 效果都不是很理想, 如使用螺旋秤进行称量密封稍好, 但是由于生石灰消化蒸汽的进入, 造成称量不准;使用封闭式定量配料电子秤称量比较准, 但是密封效果不如螺旋秤。

近年来, 生石灰湿式除尘开始在一些烧结厂中使用, 部分采用生石灰系统单独设置一套除尘系统, 包括单独的冲击式除尘器、风机和烟囱, 泥浆返回到生石灰消化系统作为消化用水, 无污水外排;部分烧结厂选用的配消器自带的除尘系统。

1.3 混合系统

目前, 各大烧结厂混合机给料胶带机多采用直入式配置, 这种方式会造成料胶带机头部检修困难, 头轮位置不能调节。若胶带机头部位于混合机缩口处, 则会增加散料量, 若胶带机头部位于扬料板处, 则扬起的物料可能落到胶带机上损坏胶带机。因此合适的位置应为将头轮中心线置于混合机缩口与扬料板交界处附近。

近年来, 在杭钢、日钢、邯钢等烧结厂应用的头部伸缩式胶带机不仅可以将头轮拉出混合机进行检修, 还可以调节胶带机头轮位置, 方便灵活使用。

1.4 烧结冷却系统

烧结生产过程可以回收利用的热量是烧结烟气显热和冷却机废气显热。烧结烟气平均温度一般不超过150 °C, 所含显热约占总热量的23%, 机尾烟气温度达300～400 °C。冷却机废气温度在100～400 °C之间变化, 其显热约占总热量的28%, 故回收这两部分热量是烧结工序节能的一个重要环节, 对烧结生产节能增效, 降低成本起着重大的作用[1]。

余热利用的方式有两种: (1) 动力利用, 即将热能转化为电或机械能; (2) 热利用, 即利用余热来预热、干燥、供热、供暖等。其中余热发电是高效、经济的余热利用方式, 但余热发电也给烧结生产提出了更高的要求。为提高余热回收量, 企业普遍采用了热废气循环系统, 余热发电后的废气 (约150 °C) 还将回到环冷机, 这就提高了环冷一段、二段的冷却风温度。

在环冷机大、中修时, 需将环冷机上物料全部排空, 再开机时, 铺底料槽中的料量不足, 为了保证正常生产状态, 应考虑在合适的位置设置铺底料缓冲矿槽。设计该矿槽容积时应充分考虑烧结矿在环冷机上的冷却时间、烧结矿的筛分时间以及烧结矿的输送时间, 即一个循环周期的时间, 直到新的铺底料产出补充到铺底料槽中, 否则会造成铺底料断流现象。

1.5 抽风除尘系统

气动输送是近年来普遍采用的一种除尘灰输送方式, 其优点是清洁、高效、占地小。气动输送主要有三种形式:稀相气动输送、中相气动输送和浓相气动输送。稀相输送是采用大流量微正压气体将物料悬浮提升, 并以较高的流速输送, 通常用于干燥和分布均匀的物料。缺点是对管道的磨损较大。中相气动输送是采用中低正压气体将物料以中等速度输送到较远的距离, 物料多沉积在管道底部形成移动床, 输送距离比较远。浓相气动输送是目前最先进的气动输送技术, 用高压低速度以很高的固气比 (>15∶1) 输送物料。其优点是对管道磨损小, 节能降耗。烧结除尘灰采用的就是浓相气动输送方式。管道磨损一直是困扰烧结厂的难题。值得注意的是除了弯头处采用耐磨弯头外, 还要对弯头前后两米处的管道进行加固处理。在设计中也应将输送起始段加长, 使物料达到正常输送速度后再与弯头连接。而且管道角度不宜过缓, 以90°为宜。在管道安装时也应注意管道连接精度, Φ100 mm的管道误差不宜超过2 mm。

1.6 整粒系统

传统整粒工艺采用直线筛或椭圆等厚振动筛作为筛分设备, 通钢烧结厂的新工艺采用了悬臂筛作为筛分设备。该设备具有以下优点:

(1) 维修简单:体积小、重量轻, 更换筛板方便, 维修简单;

(2) 处理能力大:筛面具有二次振动效果, 筛面结构合理, 单位面积处理能力大;

(3) 节省基建投资:振动筛体积小, 重量轻, 三级筛分设备立体布置在同一车间, 布置紧凑、建筑物少、占地少, 仅为传统筛分室的1/3, 节省基建投资;

(4) 减少除尘投资:采用负压引风技术, 除尘风量仅为传统筛分系统风量的1/4, 减少除尘设备投资;

(5) 节能降耗:每台设备功率仅为15 kW, 较椭圆振动筛90 kW节电80%以上, 同时由于除尘设备能力的降低, 电耗也随之降低。

以360 m2烧结机为例, 筛分流程选用两个系统工作, 每个系统选用3台筛分设备, 仅筛分设备和除尘设备费用及其电耗费用两项每年就可节省近1000万元。两种筛分工艺费用比较详见表1。

2 结束语

通过吸收国内外新技术、采用新设备, 研发清洁环保, 节能降耗的新工艺, 提高了烧结生产工艺水平。

摘要：从原料准备系统、配料系统、混合系统、烧结冷却系统、抽风除尘系统、整粒系统等方面, 评述了烧结工艺进展。

关键词：烧结,组成,优化

参考文献

烧结球团烟气脱硫工艺探究 篇5

1 烧结球团烟气脱硫工艺的选择

1.1 工艺要求

烧结球团烟气脱硫投资较大, 对设备和人员技术能力的要求都比较严格。我国钢铁企业在烧结球团烟气脱硫方面不适合完全引入国外烧结脱硫的技术路线, 在烧结球团烟气脱硫工艺路线选择上需要依照以下几点要求: (1) 技术必须成熟。如果技术不成熟对于烧结机工况不熟悉, 会导致烧结脱硫装置的不稳定运行, 很可能发生操作失误等安全事故, 给企业生产带来严重影响。 (2) 运营成本要低。对于烧结球团烟气脱硫工艺的使用必须考虑一次性投资和运行成本, 否则将会使得工程耗费的资金过大, 影响企业运营。 (3) 空间布置灵活。烧结球团烟气脱硫设施设备要尽量少占地, 要设计烧结工艺系统时要考虑预留烧结脱硫场地, 从而能够在必要时对现场工地进行灵活地布置。 (4) 综合利用价值要高。对于副产物的排放量以及副产物处置的费用要尽量低, 提高综合利用价值。 (5) 工艺具有可扩展性。从国家对烧结球团烟气脱硫工艺不断提高的要求标准来说, 结合烧结烟气多组分污染物特点, 要求脱硫工艺必须有很强的可扩展性。

1.2 工艺种类及特点

1.2.1 湿法工艺

烧结球团烟气脱硫湿法工艺种类主要包括石灰石—石膏湿法、钠碱法、双碱法、离子液湿法、硫铵湿法、氧化镁湿法等。

工艺特点:脱硫效率较高且比较稳定, 对排放浓度的控制达标, 工艺可操作性和可靠性较强, 成熟程度高。脱硫副产物能够迅速处理和利用, 对脱硫剂品质要求不严格, 价格不高。但是工艺投资特别大且运营成本过高, 占地面积大, 需要对脱硫产生的废水进行处理, 容易发生磨损、堵塞、泄露、腐蚀问题。另外, 湿法工艺排烟稳定低不利于烟气抬升扩散排放, 从而对烟囱造成严重的腐蚀。

1.2.2 干法工艺

烧结球团烟气脱硫干法工艺主要包括活性焦吸附干法、LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺、GSCA双循环流化床干法等。

工艺特点:目前我国烧结球团烟气脱硫主要采用的是干法工艺, 脱硫效率和运行成本都比较理想。尤其是LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺对烧结烟气二氧化硫浓度波动和烧结烟气量波动具有良好的适应能力, 由于吸收塔反应器多位空塔结构, 因而维护比较简便。同时LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺具有协同脱除多组分污染物的能力, 脱硫系统性能指标高, 污染物排放浓度低, 不存在废水及二次污染, 并且脱硫副产物为干粉态易于保存和运输, 综合利用价值较高。

1.2.3 半干法工艺

烧结球团烟气脱硫半干法工艺主要包括NID烟道循环法、密相干塔法、ENS法、LEC法、SDA旋转喷雾法等。

工艺特点:技术易操作, 运行和维护管理比较简便, 占地面积小, 总图布置容易实施, 对防腐要求不高且不会产生废水, 脱硫效率较高, 但是脱硫副产物综合利用价值较低, 对脱硫剂的利用率较低, 工艺运行和适应能力不强。

2 目前我国烧结球团烟气脱硫存在的问题

从我国钢铁企业烧结球团烟气脱硫装置来看, 使用效果不太理想, 有的企业甚至存在严重的二次污染情况。现阶段, 烧结球团烟气脱硫工艺仍然不成熟, 许多承揽公司经验不足, 各项工艺要求指标不合格, 即便是采用理论上成熟的工艺技术, 但是还是没有真正掌握核心技术和操作细节, 在工序实施中往往出现诸多问题。再者, 我国钢铁企业没有充分地对国际烧结烟气脱硫市场进行调研, 就盲目地引进国外先进工艺或者重复引进一些并不先进的脱硫工艺, 使得我国烧结球团烟气脱硫总体效果不理想, 许多已建成的项目都无法正常运行。

3 我国烧结球团烟气脱硫的发展建议

(1) 从环保的角度将烧结球团烟气脱硫适宜选择干法或者半干法工艺, 尤其是采用先进的LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺能实现多组分污染物协同净化效果, 大大减少对环境的污染, 并且该技术在国外和国内大型钢铁企业已经有了成功运用的经历。 (2) 目前我国许多钢铁企业在烧结球团烟气脱硫设施托运后仍然出现效率不高、运行不稳等问题, 这主要不是技术原因, 主要是企业运行管理控制存在漏洞。所以, 除了选择正确的脱硫工艺, 掌握技术核心和细节以外, 还需要加强企业的管控水平。

总之, 现阶段我国烟气脱硫工艺使用还比较混乱。钢铁企业在选择烧结球团烟气脱硫工艺时要结合自身实际, 依照国家提出的新标准, 合理选择适合自己烧结球团烟气脱硫工艺。

参考文献

[1]曲余玲, 毛艳丽, 张东丽.烧结烟气脱硫技术应用现状及发展趋势[J].冶金能源, 2010 (06) .

常压烧结工艺 篇6

1 准入政策千呼万唤未出来

“准入政策”, 从广义上讲, 我们可以理解为“经济政策”;在狭义上, 实际就是一个行业的准入门槛, 也叫“产业政策”。社会主义市场经济条件下不断调整经济政策, 是在国民经济整体构架中经济体制有利于促进先进生产力发展的具体表现。正如毛泽东所说:“中国一切政党的政策及其实践在中国人民中所表现的作用的好坏、大小, 归根到底, 看它对于中国人民的生产力的发展是否有帮助及其帮助之大小, 看它是束缚生产力的, 还是解放生产力的” (《毛泽东选集》第980页) 。在国内林林总总的各行各业中, 恐怕至今只有砖瓦工业没有准入政策了。试想, 一个没有准入政策制约、放荡不羁、自行其道、自我发展的行业能够健康发展吗?中国砖瓦行业靠“自我发展”几十年, 却给人的整体印象是数量多、规模小、落后和生产力素质低下的印象。必然要导致被扣“破坏耕地、污染环境”的帽子, 成为建设资源节约型、环境友好型社会创建绿色建筑的阻力。同时, 由于这种点多面广数量庞大的传统生产方式及其粗放产品占据大多数市场份额, 又掩盖了新型绿色环保砖瓦异军凸起的势头, 使那些如火如荼方兴未艾的“生态型砖瓦材料”巨额投资产业或集约公司先进技术因落后倾销而受困;因砖瓦构件很少在绿色节能建筑广泛应用, 不仅使推广建筑节能成为官样文章, 而且还给我国现存的400多亿m2非节能建筑物的节能改造带来麻烦。政府在行业管理中尚未出台砖瓦行业“准入政策”从根本上以鼓励先进, 淘汰落后, 从源头治理, 一味“禁实限粘”, 不会有事半功倍之效令人忧虑。

幸然, 中国砖瓦工业协会经过近两年的游说、协调和牵头, 2009年5月下旬在“北京专家征求意见会”上就砖瓦行业市场准入源头治理方案达成一致, 形成了一个报国家批准的准入政策文稿, 是一个了不起的进步, 至少使我们看到了希望, 看到了中国砖瓦工业发展的前景, 忧中有乐!

按照这个尚在审批中的准入政策, 我们至少知道下一步将发生的变化: (1) 今后新建砖厂可不是随心所欲的, 在沿海发达地区和省会城市, 单条生产线年产量5 000万块 (折合普通砖) 就是门槛, 其他地区和城市, 门槛的标准是年产量3 000万块; (2) 到2020年, 将全部淘汰轮窑, 也就是说已经有200多年历史的轮窑, 这时候就会光荣地退休啦; (3) 隧道窑将作为大力推广的新型窑炉, 但是, 新建的隧道窑必须宽度达到3.0 m以上, 宽度小于3.0 m的隧道窑依然在禁止之列; (4) 新建的砖厂须按照国家环保、节能标准进行设计, 准入条件对能耗指标、环保要求都作了详尽的规定。显然, 砖瓦行业准入条件一旦实施, 不仅结束了这个行业没有准入条件的历史, 而且对促进行业进步和发展意义重大!我们期盼这个好政策尽快出台。

2 急功近利的现象突出

“墙改”催生了一批非烧结墙体材料的发展, 同样也促进了烧结砖向绿色环境材料的方向发展, 总体发展是相当不错的。但是俺们在这里且不表取得的成绩, 单说说正在漫延的、看见的怪现象。

2.1“一次码烧”成为时髦

我们留意了一下, 眼前, “一次码烧”工艺在砖瓦行业中非常时髦, 不仅有“一次码烧”轮窑, 而且有各种各样的“一次码烧”隧道窑, 例如:“一烘一烧”、“一烘两烧”等等, 窑的宽度大多是2.0 m~3.0 m左右的中断面隧道窑, 小于2.0 m的也很常见, 最让人叫奇的是, 一些长度仅有60多m宽度为1.8 m的“一次码烧隧道窑”, 居然也频频出现在近年新建的砖厂中。

这种情况着实让人担忧, 因为一次码烧工艺对原料和产品的品种有比较严格的挑剔性, 严格地讲, 除一部分煤矸石和页岩以外, 大多数原料是不适合采用一次码烧工艺的, 按说应当谨慎才是。可是为什么业内许多人依然对一次码烧趋之若鹜呢?主要是相中了一次码烧工艺过程简单和投资较省的优点, 而忽视对原料的适应性、产品种类与质量以及生产单元的社会历史责任的后果不计。于是, 我们经常见到这样的砖厂, 从投产之日起, 就在不停地为“适应”一次码烧而烦恼, 在江西和浙江我们也看到由于工艺选择失误, 造成颗粒无收的惨痛教训的例子。以牺牲资源、环境、社会财富为代价换取一己之利, 形同钝刀割肉, 也必将巢毁卵破。在国家实施可持续发展战略, 发展绿色建筑兑现“北京宣言”, 履行“京都议定书”, 践行“科学发展观”, 寻求现代“大砖瓦”在绿色建筑中的重要地位与核心价值的当口上, 对这种与社会发展的不协调现象岂能置若罔闻。

2.2 低水平重复建设很严重

这几年来, 一批新砖厂如雨后春笋般建设起来, 这得益于墙材革新与建筑节能工作的推动, 促使砖瓦行业步入了一个新的发展期, 砖瓦机械制造业也借势得到快速发展, 主要特征是上隧道窑的项目多了, 采用双级真空挤出机多了, 大型项目多了, 利用页岩和煤矸石为原料的项目多了。然而在这些喜人的成绩背后, 仍然存在着许多值得思考和令人担忧的问题。那就是低水平重复建设依然是比较严重的问题。

我们仅仅对贵州、湖南、广西和江西4省 (区) 近几年新建的砖厂初步统计, 规模以上企业的数量不足10% (即:有先进的技术装备和较为完善的测试手段, 符合绿色建设标准和环保生产条件, 主要生产轻质高强利废节能绿色建筑产品, 年产量在3 000万标块以上) 。项目虚拟、虚报生产规模的问题比较突出;不仅如此, 多数企业的原料处理手段还很简陋, 缺少必要的质量检测和控制手段。还有, 就是烧砖窑炉的质量问题最为突出, 我们常看到一些最新建成的隧道窑, 薄薄的窑墙和单薄的窑拱, 一副营养不良、弱不禁风的样子, 能耗更大, 污染更重。更有搞笑的, 宽度只有1.80 m的一次码烧隧道窑, 长度还不足70 m, 却号称年产3 000万标块, 确实使人望而生恹, 啼笑皆非。任其发展下去, 莫看而今喜小利, 唯恐不日哭环境!

2.3 产品开发缺乏底气

平心而论, 我们在烧结制品的新型绿色产品开发上, 较之国外, 与其说是“跨越”, 不如说是“蜗行”, 进展是十分缓慢的。市场上依然是多孔砖、空心砖和空心砌块“老三样”唱主角, 面对建筑节能的需要, 我们需要一种单一材料达到节能65%指标又具装饰功能、多种形体变化、能满足绿色建筑构件需要的新产品, 能与非烧结的加气混凝土相抗衡, 分享绿色节能建筑这块市场, 这就是“自保温烧结空心砌块”。也许期望值太高, 以至于忽略了制造这种东西的难度。国内频频传来“搞出”自保温烧结空心砌块的好消息, 仔细分析一下, 虽然精神可嘉, 其实离真正的自保温空心砌块尚有很大差距。国内许多知名专家和学者, 把秦砖汉瓦比喻成“汉赋唐诗宋词晋文章”加以称颂, 并作为一种先进民族瑰宝进行世界文化交流。然而我们砖瓦界却无回应。难道新一代的中国砖瓦人真的就做不出具有优秀民族文化传统极富时代气息的“汉赋唐诗宋词晋文章”了吗?

建议中国砖瓦工业协会理所当然地负起责来, 组织国内科研设计、装备制造和砖瓦生产企业联合攻关, 争取在较短的时间内, 从原料处理、挤出成型、模具制造、生产工艺等方面深入研究, 找到最适合国情的生产技术, 促进自保温烧结空心砌块实现市场化。我们希望中国砖瓦人在复兴砖瓦文化上, 底气要足, 创意要新, 它山采石, 重铸砖魂。

2.4 一次码烧轮窑的沉浮

作为一种窑型, “一次码烧轮窑”历史根源上有其存在的充分理由, 这是毫无疑问的。问题是事物都存在正反两个方面, 当年推广这种轮窑的时候, 赞誉之词不绝于耳, 其实, 当初是对一次码烧轮窑的优点进行了无限放大, 而屏蔽了它许多致命的缺点。最早发现这个问题的是四川省张勋古先生, 面对轰轰烈烈的推广局面, 他大声疾呼“一次码烧轮窑应该刹车”, 可惜!张老的声音被淹没在一片不适当的赞誉声中。

我们非常佩服咱们行业里的一些“执着”之士。在四川一次码烧轮窑宣告不治之后, 又有人孜孜不倦地对一次码烧轮窑大刀阔斧地进行改进。又搞出了“新一代”的一次码烧轮窑。确实, 新轮窑在干燥送风系统和烟气管路上都作了很大的改进, 又恰逢有国内刚开发出的高压力硬塑挤出机相助, “新一代”的一次码烧轮窑可谓绝地逢生, 再次受到关注。不过这次业内人士冷静了许多, 新一代轮窑并没有达到期望中的境界, 一次码烧轮窑存在的诸多问题依然存在。

好啦, 现在关于一次码烧轮窑的话题可以结束了, 因为在即将颁布的烧结砖行业准入政策中, 轮窑已经列为落后窑型行将被淘汰, 一次码烧轮窑当然也不例外。

2.5 乱世出英雄

砖瓦行业真是个奇怪的行业, 有时候那门槛低得让你惊讶, 一切必要的技术手段和原料检测、配比、科学配方都可以简化, 似乎像一加一等于二那样简单, 仅凭“经验”就可以判定原料的好坏, 不做科学分析和理化实验就可把工艺技术路线确定下来。为了迎合一些业主贪图小便宜的心理, 一些窑炉公司和设备提供单位, 八仙过海, 各显“神通”, “主动”帮助搞起了“神仙”设计, 施展“抟土求观音, 窑炉问老君”的方术, 东西南北凑, 图纸搞成, 不亦乐乎。有的业主甚至利用这些企业竞争的机会, 无偿地占有别人的劳动成果。细细想来, 这也是正常现象, 市场化运作中不依规运作的现象, 现今仍与假冒同在之使然吧。但也应该看到, 即使目前砖瓦行业门槛再低, 技术含量再少, 也不至于低到可随心所欲、少到可不依市场规则和不按科学态度办事吧?江西万安县一家砖厂在某窑炉公司“全权负责”下, 未对原料作认真分析, 便贸然决定采用一次码烧工艺, 结果至今不能正常生产。相同的教训同样出现在“5.12”汶川大地震后的灾后重建中, 相当多的“问题砖厂”引发频频的官司。须知:烧结砖瓦发展到了今天, 它已经完全脱离了抟土作砖的原始概念, 是涵盖多学科交叉的独立的现代生态建筑系统工程体系, 是一门自然科学和应用科学完美结合的学问。天上不会掉馅饼, 这就是永远的真理!

3 砖瓦工业发展中的闪光点

3.1 大型项目渐入佳境

中国新型绿色砖瓦工业, 幸亏有电力、煤炭、化工和冶金行业的加盟, 才开始涌现出一批现代化的大型企业。这些企业拉动了中国砖瓦行业技术进步的步伐, 成为盟员中的领军力量, 不过他们的日子并不好过, 面对砖瓦行业低附加值的产品, 面对市场极低的价格, 这些巨额投资大企业大多经济效益很差。还好, 这种局面开始发生了微妙的变化, 今年以来, 国内大多数地区的砖瓦价格开始理性的上涨, 处于市场价格压力之下的大型企业终于有了一点利润空间, 尽管这还没有达到理想状态, 但毕竟是一个好兆头啊!

大型企业通常是行业的排头兵和标杆, 规模化经营是企业发展之路。所以, 借助于外行业加盟的力量, 大力发展大型企业特别是航母型企业, 会达到事半功倍的效果。单单靠砖瓦行业自身畸形发展来解决这个问题, 几乎是不可能的。因此, 排沙简金应为协会工作重中之重。

3.2 专业化分工合作形成

10年前当我们在笑谈吴仁谦背着个包到处揽活的时候, 如今人家已经是大名鼎鼎的“干燥车大王”了;说到切坯机, 我们就很自然地想到开封的欧帕;要买高压力的硬塑挤出机, 淄博功力一定会在你的采购名单上;要解决页岩的破碎问题, 成都新力的破碎机一定会让你眼睛一亮。当然还有搞自动化的成都利马、赣州天力, 搞风机的重庆况风机、专业生产多斗机淄博蔡胖姐……, 简直不胜枚举!就连很不起眼的切坯机钢丝, 李祖南都把它发挥到了极致……

这些都是中国砖瓦工业近十年出现的好现象。专业化的分工与合作是市场化的必然, 尽管目前还处于初级状态, 谁能料到今后谁是王者?但有一点是肯定的, 那就是专业化分工与整体的配套, 都是市场不可缺少的部分, 哪一个发展得更好, 市场说了算。

3.3 走进机器人时代

当我们一些项目还在研究上不上自动码坯机的时候, 山西“同煤集团同塔新型建材有限公司”的煤矸石烧结砖生产线上, 四台ABB机器人已经安装就位了, 这是我国砖瓦行业首次把机器人引入生产线, 算是技术进步又上一个新台阶吧!机器人作为自动化和智能化的标志, 其意义是深远的。目前, 我国采用与国外专业公司合作的方式, 已有淄博功力和东方公司两家开展机器人的推广配套工作, 这套装置几乎是自保温烧结空心砌块的首选设备, 相信一定会得到很好的发展。

3.4 重庆模式值得推广

“重庆模式”指的是把原本比较松散的独立企业, 通过公司法赋予的职责集约起来行使管理和运作, 将松散的砖厂整合成一个企业集团, 从而实现产供销统一管理, 不仅企业的优势资源得到合理的配置, 而且变单兵作战为集团作战, 市场的竞争能力得到大大提高。这是一件了不起的事情, 我们在佩服重庆人精明和能干的同时, 也冷静地思考一下, 是不是有我们值得借鉴的东西?

4 结束语

烧结工艺对微孔玻璃制备的影响 篇7

微孔玻璃是一种新型的无机材料产品,它集成了无机材料的大部分优良特性,如化学性能稳定、成本低廉、容易加工。微孔玻璃可以制成管、片、粉末状,作为过滤器、鼓泡器、吸收材料或乳化剂等,在机械工业、化学工业、食品工业、酿酒工业、半导体工业等方面有着广泛的应用。

目前国内外普遍采用溶胶-凝胶方法来制备微孔玻璃,而固态烧结法又称为骨料堆积法,目前应用还比较少,其利用细微颗粒利于烧结的特点,在一定温度下将骨料融化黏结,并形成微孔。这种方法的烧结工艺对最终的微孔玻璃质量有直接的影响。本文着重针对微孔玻璃烧结成核温度、造孔剂的影响、加温及温控方式等工艺和参数,开展试验对比研究,得到了一些固态烧结法制备微孔玻璃的基本规律和结论。

1 基本概念

1.1 烧结加工工艺

固相烧结是指将一种或多种(金属、氧化物、氮化物、黏土等)粉末或者粉末压坯加热到其中基本成分的熔点的温度,然后以一定的方式和速度冷却到室温的过程[1,2]。烧结的结果是粉末颗粒之间发生黏结,形成微孔,烧结工艺是本次试验的主要内容,对最终产品的微观结构和性质起到了非常重要的作用。

1.2 金属造孔剂

金属造孔剂的作用是:利用这些造孔剂在坯体中占据一定的空间,高温下燃尽或挥发后在产品中留下空隙。本实验采用的金属造孔剂有铜(其中约有10%氧化铬)、氧化铝和镍。在试验过程中运用了控制变量法思想,着重试验3种不同添加剂的影响和添加剂用量不同的影响。

2 实验研究

2.1 试验工艺方案及流程

首先研磨原料玻璃粉,用适当目数的筛子(实验采用100目)进行分离,留取有用的玻璃粉。取适量玻璃粉(实验采用5 g玻璃粉),加水搅拌混合,放入成型模具,再用万能试验机压制成玻璃坯体,然后放入程控箱式电炉加温烧结,制成微孔玻璃样品。试验不同的工艺及参数对表面微孔的影响。试验工艺流程如图1所示。

试验采用的烧结加温及温控方式有直接加热和阶梯加热两种。图2为直接加热温控方式,出于对比试验需要,直接加热采用两种温控方式,图中温控方式①为从室温A点每分钟加热2℃,直接加热到620℃,即B点,恒温保温30min到C点,再逐渐冷却至室温D点;温控方式②为从室温A点每分钟加热2℃,直接加热到680℃,即E点,恒温保温30 min到F点,再逐渐冷却至室温G点。图3为阶梯加热温控方式,同样出于对比试验需要,阶梯加热也采用两种温控方式,图中温控方式③为从室温A点每分钟升高温度为3℃到B点550℃,保温30 min到C点,再每分钟升高温度3℃到D点600℃,保温30 min到E点,再每分钟升高温度3°C到F点665°C,保温30 min到G点,之后冷却至室温H点;温控方式④为在温控方式③的G点后再每分钟升高温度3°C到I点680°C,保温15 min到J点,之后结束加热过程冷却至室温K点。

2.2 试验设备

试验需要的设备主要包括万能试验机、程控箱式电炉、显微镜,如图4所示。

1)万能试验机。采用TM2101测控系统万能试验机(见图4(a))。本实验采取的力值设定为8000 N对模具内玻璃粉坯胎进行压缩,加压3次对于100目到140目的玻璃粉能够达到完全压缩紧实的程度,实验所用压力大致为7780~7880 N之间。

2)程控箱式电炉。为Sxl-1208程控箱式电炉(见图4(b))。利用该设备对压制好的玻璃片坯体进行升温烧结,每分钟升高温度可控制调节,具有保温功能。

3)显微镜。采用上光SX-5实体显微镜(见图4(c))。试验中采用的是20倍目镜及3倍物镜,用来对微孔玻璃表面微孔进行观察。

2.3 实验结果分析讨论

按照图1制备流程,在不同工艺及参数下制成的一批微孔玻璃样品如图5所示。

用显微镜观测不同工艺及参数下制成的微孔玻璃产品的表面微孔情况,并分析如下:

1)成核温度试验。

图6(a)为采用直接加热温控方式①烧结得到的微孔玻璃表面,图中看到较粗的玻璃微粒原材料,可见并没有完全烧结好,说明620°C温度成核不充分。图6(b)为采用采用直接加热温控方式②得到的微孔玻璃表面,图中可以清晰地看到表面一个个小孔,说明当温度达到了680°C时,烧结充分,可以作为合适的成核温度。但是图6(b)中也可以看出,这时的微孔虽然成型清晰,但却有一部分有损坏的趋势,如果成核温度超过680°C之后,则产品面临报废的危险,建议选择成核温度在660~670°C之间。这一现象在采用图2阶梯加热温控方式时也同样,660~670℃之间的成核温度也适合阶梯加热温控方式。

2)造孔剂对微孔玻璃烧结成核的影响

采取直接加热烧结方式①,比较添加造孔剂和不添加造孔剂对微孔玻璃烧结成核的影响。图7(a)为未添加造孔剂在显微镜下看到的样品表面,可见其尚未完全烧结成核;图7(b)为添加了0.5 g金属铜粉(其中约有10%氧化铬,占玻璃粉总量的10%)得到的微孔玻璃,可以看到均匀分布的细孔,清晰呈现出表面凹凸不平上下起伏的构造,图中白点部分应是在烧结中造孔剂留下的微孔,分布较为均匀。

3)造孔剂份量对微孔玻璃烧结成核的影响。

采取直接加热烧结方式②,试验添加不同造孔剂份量对微孔玻璃烧结成核的影响。图8(a)为添加了0.5 g铜(其中约有10%氧化铬),即玻璃粉的10%,烧结而成的微孔玻璃,图8(b)为添加了1 g铜,即玻璃粉的20%,烧结而成的微孔玻璃。两者差别在于图8(a)的微孔数量明显比图8(b)的少,图8(b)微孔排列的非常细密,数量多。可以想象,因为添加的造孔剂多了,在烧结过程中就有更多的金属铜融化消去仅仅留下当初占有的孔径,所以所得到图像才会显示出更多的细密的微孔。

4)不同类型造孔剂对微孔玻璃的影响。

采取直接加热烧结方式②,试验比较不同类型造孔剂对微孔玻璃影响。试验添加造孔剂份量0.5 g,即玻璃粉的10%,唯一不同的是添加的造孔剂类型不一样,图9(a)为添加铜(其中约有10%氧化铬)得到的微孔玻璃,图9(b)添加的是氧化铝,图9(c)添加的是镍。这3幅图片中可见孔径大小和密集程度不同,图9(c)中孔径最大、分布最疏(添加镍),图9(b)像色泽最黯淡,孔径较小,且较为密集(添加氧化铝),图9(a)孔径和密集程度在这两者之间(添加铜)。

5)加热温控方式对微孔玻璃烧结成核的影响。

采用添加造孔剂都是0.5 g铜(其中约有10%氧化铬)的玻璃坯体,试验不同的升温及温控方式对微孔玻璃烧结成核的影响。图10(a)为阶梯式烧结法③得到的微孔玻璃,图10(b)为阶梯式烧结法④得到的微孔玻璃,图10(c)为直接升温烧结方式②得到的微孔玻璃。可以看出,图10(b)明显是光泽度更加亮一些,微孔没有图10(a)紧密密集,原因是图10(b)采用阶梯式烧结法④,最高温度和保温时间都不合适,其成核温度略高,错过了最佳温度时间,导致部分微孔损坏。图10(c)是直接升温到680°C并保温30 min而成,相比之下也没有图10(a)明晰、密集,原因正如前文所述,在680℃这个温度时,直接加热温控方式②也存在部分微孔损坏的情况。由此可见,针对试验用的特定玻璃坯体(5 g玻璃粉+0.5 g铜造孔剂)阶梯式加温温控方式③更有利于微孔玻璃微孔的形成。

3 结语

上述一系列条件和工艺参数改变,制备的微孔玻璃样品性能各有差别。可以得出以下几点结论:

1)微孔玻璃烧结成核温度选择上,不能太低也不能太高,太低的话没有充分成核,微孔不明显;成核温度太高的话,很有可能破坏已经制成的微孔。实验看来,最佳的成核温度应控制在660~670°C之间。

2)在同样条件下,添加金属造孔剂会使表面形成的微孔多且均匀。

3)在添加同种造孔剂时,添加造孔剂的越多所得到的微孔玻璃表面的微孔数量就会越多,孔径就会越小,在制备时要根据所要求得到产物的性能来添加合适的造孔剂。另外实验也发现,添加到20%原材料的造孔剂就基本上足够了,再添加反而会导致孔太小而无法达到要求。

4)所选用造孔剂材料不同,形成微孔玻璃的孔径大小和密度不同,可以结合上述第3条,通过添加不同造孔剂和造孔剂占原材料的比例来获得应用需要的最合适的微孔大小和密度。

5)不同的烧结加热温控方式对微孔玻璃烧结成核也有明显影响,对特定玻璃坯体可通过试验确定其最佳加温及控制方式。

参考文献

[1]袁启华.罗大兵.载体多孔玻璃微珠的制备及其应用[J].硅酸盐通报,2000,19(3):52-55.