1、毕 业 论 文 开 题 报 告题 目： C 4A3S 的合成及其氧化铝浸出性能 学生姓名： 楚维钦 学 号： 100605133 专 业： 冶金工程 指导教师： 孙会兰 2014 年 4 月 8 日 1 开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接
2、书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 10 篇（不包括辞典、手册） ；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 2 月 26 日”或“2004-02-26”。毕业设计（论文）开题报告 2 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：(一)、研究背景 :最初人们认为12CaO7Al 2O3的溶出性能优良 1，此后 KENNETH P.GOODBOY2提出C 4A3S的溶出性能要比12CaO7Al 2O
3、3高出三倍，但3CaO3Al 2O3CaSO4（简写C4A3S）在不同的温度以及添加剂条件下形成的量与形成温度，形成的物相性能都有所不同，因此有关C 4A3S的具体形成过程机理与溶出性能有待于进一步研究。(二)、研究现状：在C 4A3S的形成温度与影响因素上，赵改菊等 3的研究表明，C 4A3S的形成反应方程式为：CaCO3 CaO+ CO2 （1）CaO +Al2O3CaAl 4O7 （2）3CaO +5Al2O3C a3Al10O18 （3）2Ca3Al10O18+6 CaO+2 CaSO4Ca 12A14O33+2(3CaO3Al2O3CaSO4) （4） CaAl4O7+11CaO+8
4、Al2O3+3CaSO4Ca 12A14O33+3CaO 3Al2O3 CaSO4 （5）C4A3S的生成是一种固相反应，它的整个生成过程包括：反应物的混合接触、在反应物相互接触的表面进行反应、通过产物层相互扩散在颗粒内部进行反应、C4A3S晶体的生成、长大等等。1350煅烧试样的 XRD结果衍射强度表明，C 4A3S外形为棱彤多面体，大小为 0.3um0.5um的均匀小晶体，它们相互通过顶角连接成群，组成5um10um大小的六角柱体 、四方体或三角架状。当温度升至1400，晶体表面出现熔融物，包裹体外表面可以看到不同晶体以顶角连接，形成“笼子状”骨架，骨架内的“洞穴”清晰。通过对其进行XRD
5、分析可知1150-1450有C 4A3S生成，而1350 是合成C4A3S的最佳煅烧温度。由文献4可知： CaSO4、C 4A3S、2C 2SCaSO4三种含硫物相的形成与分解直接决定了水泥生料固硫效率的高与低。其中C 4A3S在1050 开始形成，1150形成量毕业设计（论文）开题报告 3 最大，1250时已经开始分解。这说明水泥生料中除CaO、Al 2O3和CaSO 4之外的其他组分MgO、Fe 2O3、SiO 2对C 4A3S的形成起到了关键作用。谢俊林等 5研究发现MgO、Fe 2O3对C 4A3S的形成起到了促进作用，路春美等 6研究发现在生成C 4A3S的过程中，不添加氧化物的时候
6、产物有：C 4A3S、CaSO 4、Ca 8Al10O18、Ca(OH) 2；添加MgO的时候产物不变，但C 4A3S的量增多；添加Fe 2O3时产物为：CaOAl2O3、 6CaOAl2O3、 2Fe2O3、少量的6CaO2Al 2O3Fe2O3、大量的C 4A3S。而SiO2则不利于 C4A3S的形成。通过分别向试样中加入MgO、Fe 2O3、SiO 2、P 2O5、TiO 2并进行XRD 与衍射图谱分析得出以下结论：（1）C 4A3S从1150开始形成，1350是合成C 4A3S的最佳温度，当温度进一步升高，生成的C 4A3S会发生部分分解；（2）改变铝的配比对C 4A3S的形成没有明显
7、影响，当铝含量低于C 4A3S理论配比时，有f-CaO存在，没有铝酸盐矿物形成，当Al 2O3过量时，有铝含量高的CaAlO4、CaAl 4O7矿物生成；（3）组分MgO和Fe 2O3的加入降低了C 4A3S的形成温度，但也使其分解温度提前，添加大量SiO 2后将不利于 C4A3S的形成；（4）李艳君等 7对比煅烧的试样块，含P 2O5的试样烧结状况优于不含P 2O5的试样，试样收缩量较大，较为致密，可见，含P 2O5对试样的烧结有利。但随P 2O5含量增加，烧结状况变差；（5）刘晓存等 8通过衍射图谱分析知TiO 2使C 4A3S的形成量减少；若高温反应充分进行，适量的TiO 2可C 4A3
8、S的形成量增加。赵改菊等 9研究了不同温度下的C 4A3S的生成过程。按理论硫铝酸钙的分子摩尔组成(CaCO 3:Al2O3:CaSO42H2O=3:3:1)配料。不同温度下煅烧式样的XRD分析，当反应温度为1050时以 CaSO4为主要矿相。同时还存在较多的Ca3Al10O18、 CaAl4O7及一定量的Ca(OH) 2(未反应的CaO潮解)和Al 2O3，而无C 4A3S。这说明高活性的铝氧四面体极易与CaO结合形成铝酸盐矿物Ca 3Al10O18和CaAl 4O7，且其形成温度明显低于C 4A3S的形成温度。1150 时，C 4A3S开始生成，而Ca(OH)2、Ca 3Al10O18及C
9、aSO 4三种矿物在1300仍存在。这说明在 1150-1300只有部分CaSO4、CaO、铝酸钙与Al 2O3发生三元复合反应生成高温稳定化合物C 4A3S。当温度上升至1350时，Ca 3Al10O18、CaO、CaSO 4均已消失，而C 4A3S的衍射峰强度增毕业设计（论文）开题报告 4 加，并出现了矿物12CaO7Al 2O3。当温度继续升至 1400，C 4A3S的衍射峰强度继续增加，出现了少量的Ca 3Al2O6。1450时，C 4A3S的衍射峰强度减小。初步推断1400时，由于温度升高，C 4A3S晶体长大，衍射峰强度增加，但此时其已发生了高温分解，Ca 3Al2O6为其分解产物
10、，Ca 12Al14O33是伴随矿物C 4A3S合成而形成的。马素花等 10的研究表明：C 4A3S 矿物分别是通过3种不同途径形成的：在煅烧温度低于1100 时，C 4A3S矿物主要是由CaO，Al 2O3，CaSO 4直接通过固相反应形成：在煅烧温度高于1100 时。C 4A3S矿物是通过中间矿相七铝酸十二钙 (C12A7)或铝酸一钙(CA)的形成而形成的。杨天华等 11对硫铝酸钙生成动力学进行过研究，具体方法是将 CaSO4 和一定比例的 CaO、Al 2O3 与 CaSO42H2O 的混合物(摩尔比为 3：3：1)升温进行热分析实验。C4A3S 生成属于固相反应，由热重曲线和 C4A3
11、S 生成质量随温度变化曲线分析得知温度升高导致固体质点的热运动增大，动能增加，化学反应能力和扩散能力都增强，从而大大促进固相反应的进行。在界面上进行的非均相反应，其接触面积不仅取决于反应物的分散度，而且随进程而变化，因此除了浓度和温度外，接触面积 F 是描述固相反应速度方程的另一个重要参数。根据固固反应动力学速度方程和球形颗粒面积随进程的变化关系可以对 C4A3S 生成反应机理函数的反应级数进行判定，即用一级反应动力学来描述，说明 C4A3S 生成属于随机成核生长机理。在确定了反应级数的基础上，可以方便地求出动力学参数，如 C4A3S 的生成过程表观活化能和指前因子等。这种研究方法对本实验课题
12、的展开具重要意义。（三） 、研究意义：利用X射线衍射分析考察温度和保温时间对合成产物 C4A3S的微观结构影响，确定不同保温时间与不同烧结温度下C 4A3S的合成量、微观结构、生成速度、以及其中Al 2O3的溶出性能的优劣。从而通过改变温度制度、烧结料成分等因素是高炉渣生成大量的C 4A3S，从而更多的溶出其中的。参考文献：1 孙会兰,涂赣峰 ,毕诗文,王波,于海燕,齐铭,耿红娟.七铝十二钙的合成及其在高碳钠铝酸钠溶液中的溶出性能J,东北大学材料与冶金学院,2007,(11)：17-19.2 Investigation of a Sinter Process for Extraction of
13、 Al2O3 From Coal WastesJ. Metallurgical Transactions B,1976,7(4):716-718. 毕业设计（论文）开题报告 5 3 赵改菊,谢峻林 ,高攀,路春美.高温固硫物相硫铝酸钙的生成机理研究J. 锅炉技术,2008,39(1):75-78.4谢峻林,赵改菊 ,罗金平,梁乃峰,邱建荣.水泥生料的燃烧固硫特性及其微观反应机理研究J.燃料化学学报,2004,32(5):622-626.5谢俊林,肖飞燕 ,赵改菊.氧化物对 3CaO3Al2O3CaSO4 形成的影响J.新世纪水泥导报,2007,1(1):14-16.6 赵改菊,谢峻林,路春美,
14、韩奎华.高温固硫物相硫铝酸钙的生成过程研究J. 燃料化学学报,2006,34(6):665-669.7李艳军,刘晓存 ,李锋.掺杂 P2O5 对无水硫铝酸钙形成及水化性能影响的研究J.山东建材学院学报,2000,14(3):193-202.8李艳军,刘晓存 ,卢燕,迟洪宇.掺杂 TiO2 对无水硫铝酸钙形成及水化性能影响的研究J. 硅酸盐学报,2000,14(1):82-85.9赵改菊,谢峻林 ,路春美,韩奎华.高温固硫物相硫铝酸钙的生成过程研究J.燃料化学学报,2006,4(6):665-669.10马素花,沈晓冬 ,黄叶平,钟白茜.无水硫铝酸钙矿物的合成及形成机制J.硅酸盐学报,2008,
15、36(1):78-81.11杨天华,李润东 ,周俊虎, 等. 高温固硫物相硫铝酸钙生成动力学J.化工学报,2006, 57(10):2327-2331.2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：所要研究的问题：（1）研究不同的熔炼温度和保温时间下 C4A3S 的微观结构；（2）研究不同浸出温度、时间、碳碱浓度等条件下，C 4A3S 的氧化铝浸出性能。研究手段及途径：（1）按照 C4A3S 的分子式进行取样，其中 CaO 由 CaCO3 代替，Ca 用CaSO42H2O 代替，并在转速为 300 转/分钟的行星式球磨机下混合均匀；（2）用手动压力机将样品压至 18MPa 制样成直径 40mm，质量 10g 的圆饼；（3）将样品在 1300，1350的温度下进行高温烧结，烧结制度：0-1000为 10/min，1000为 7/min，并分别保温 15min，30min，1h；毕业设计（论文）开题报告 6 （4）通过 XRD 定性及定量分析，确定不同温度和保温时间下所得熟料中化合物的微观结构和溶出性能。毕业设计（论文）开题报告 7 指导教师意见：论文选题符合专业培养目标，能够达到综合训练目标，题目有一定难度，工作量较大。选题具有学术参考价值，同意开题。指导教师： 孙会兰 2014 年 4 月 8 日毕业设计（论文）开题报告 8
