磁性的四氧化三铁怎么做SEMTEM

四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，俗称磁性氧化铁，是一种复杂的氧化物，其中1/3是Fe2+、2/3是Fe3+，Fe3O4可看作是由FeO、Fe2O3形成的化合物。[实质是Fe(FeO2)2，偏铁酸亚铁盐]

利用粉煤灰合成莫来石一般都要对粉煤灰进行预处理，包括除碳、除杂质、研磨等，以减少杂质含量对合成莫来石质量的影响，而研磨可以增加物料的反应活性以降低合成莫来石的烧结温度。

( 1) 除杂质效果

将粉煤灰手工除铁前后所做的化学成分分析进行对比不难看出，手工除铁效果并不明显，Fe2O3含量仅从 1. 95%降至 1. 84% ( 表 5. 4) 。但在除铁过程中我们发现明显有磁性颗粒吸附于磁铁之上，颜色为灰黑色，说明粉煤灰中磁性颗粒 ( Fe3O4) 是存在的，FESEM-EDX 的分析也证实了粉煤灰中确实含有磁铁矿。这方面的分析说明: 一是粉煤灰中的铁含量本身就不高，而且多数以赤铁矿存在二是靠手工除铁效果不理想，磁场强度过低。工业化分选粉煤灰中的氧化铁通常都采用磁选机进行，用高梯度强磁场 ( 107Gs / cm 数量级) 磁选机不仅可以从粉煤灰中分选出强磁性矿物，而且还可以分选出弱磁性矿物。如果在除碳加热过程中营造还原性气氛，还可以将部分非磁性矿物如赤铁矿 ( Fe2O3) 转化为磁性矿物如磁铁矿 ( Fe3O4) ，然后再用磁选机分选。

表 5. 4 粉煤灰除杂质前、后化学成分之对比 ( %)

粉煤灰在 800℃高温下恒温 2 h 可以达到良好的除碳效果，这一点可以从除碳前、后粉煤灰的烧失量 ( LOI) 加以判断，实验中粉煤灰的烧失量已经从原来的 2. 10% 降至1. 02% ( 表 5. 4) 。如果粉煤灰中的碳含量较高，可以相应延长恒温时间以确保大部分残余炭粒被清除。否则炭粒的存在会在加热过程中与氧气结合产生二氧化碳，降低制品的物理性能。除碳前、后粉煤灰的粒度并没有发生明显变化 ( 图 5. 7 ( a) 和 5. 7 ( b) ) ，说明粉煤灰中的炭粒与无机颗粒大小相近，分布一致。但这一情况与底灰明显不同，底灰中的炭粒数量较多、粒度较大。

用 20%浓度的盐酸处理除碳研磨后的粉煤灰，去除杂质效果比较理想 ( 表 5. 4) ，CaO 含量从 4. 22% 降至 1% 以下，说明粉煤灰中的活性 CaO 含量较高，容易与盐酸反应形成可溶盐而被清除。对 Fe2O3的去除效果一般。但值得注意的是，用酸清洗后，其他杂质K2O、Na2O、MgO 的含量也有所降低，其中 K2O、Na2O 的存在会导致合成过程中已经形成的莫来石产生分解，形成霞石质液相。整体来看，准格尔电厂粉煤灰中的杂质含量并不高 ( 9. 73%) ，经 20%盐酸处理后大部分有所降低 ( 5. 65%) ，只有 TiO2含量基本保持不变。在合成莫来石过程中有少量的杂质存在也是允许的，它可以降低烧成温度，其中的钛、铁离子还可以部分进入莫来石晶格中去 ( Johnson 等，1982) 。由杂质产生的少量液相还能够进入制品的孔隙空间，增加密度，减少体积膨胀。然而，从高纯莫来石的质量要求来看，杂质含量越少越好。

高铝粉煤灰特性及其在合成莫来石和堇青石中的应用

图 5. 7 粉煤灰、工业氧化铝及不同配料的粒度分布

( 2) 研磨效果

由于粉煤灰手工除铁效果不理想，而且粉煤灰中的 Fe2O3含量在烧结合成莫来石的允许范围内 ( 1% ～3%) ，所以在后面的实验过程中不再对粉煤灰进行除铁处理。直接将除碳粉煤灰和除碳并经酸洗的粉煤灰用于实验。经过除碳研磨的粉煤灰以 A 表示，除碳研磨后又经酸洗的粉煤灰以 B 表示，A50、A60、A70 和 B50、B60、B70 表示这两类粉煤灰中的 Al2O3含量分别为原始含量 ( 52. 72%) 以及配比后达到 60%和 70%的含量。

用 ZJM-20 型周期式搅拌球磨机，以球∶灰∶水 =5∶1∶1 配比研磨 5 h 后，粉煤灰的粒度从原来的 1 ～100 μm 降至 0. 3 ～30 μm，且 10 μm 以下的颗粒已经达到 95%以上，说明研磨效果相当理想 ( 图 5. 7 ( c) 。研磨 5 h 并经 20%盐酸清洗后的粉煤灰粒度有所下降，从0. 3 ～ 30 μm 变为 0. 2 ～ 20 μm，而且主峰位置明显转向细颗粒方向一侧，从 4. 89 μm 转至1. 27 μm ( 图 5. 7 ( d) ) ，说明粉煤灰经酸洗后粒度减小，这是因为盐酸会侵蚀粉煤灰颗粒的外表面。

工业氧化铝的原始粒度较粗，在 20 ～ 400 μm 之间 ( 图 5. 7 ( e) ) ，并且以聚合体形式存在，经 5 h 研磨后粒度变为 0. 3 ～20 μm，10 μm 以下的颗粒已经达到 98% 以上 ( 图5. 7 ( f) ) ，优于粉煤灰研磨效果。其原因是工业氧化铝的脆性比粉煤灰大，研磨时刚玉质小球的快速运动与旋转使得工业氧化铝聚合体首先分离，在撞击力与剪切力的双重作用下，氧化铝比粉煤灰更容易遭到破坏。不管是粉煤灰还是工业氧化铝，经 5 h 研磨后的粒度均从原来的单峰分布转变为双峰分布，工业氧化铝的双峰分布特征更加明显。

将研磨后的粉煤灰 ( A 系列) 和研磨并经酸洗后的粉煤灰 ( B 系列) 与研磨后的工业氧化铝按 Al2O3含量分别为 60%和 70%进行配料，然后混磨 1 h ( 让粉煤灰与氧化铝充分混合) ，混磨后的粒度分布见图 5. 7 ( g) 至 ( j) ，从图中可以看出: 混合后 A60 与 A70粒度分布基本一致，并且与未加氧化铝的粉煤灰 A50 相差也不大B60 与未加氧化铝的B50 粒度分布基本一致，但 B70 的粒度分布不同于 B60，而与工业氧化铝研磨 5 h 后的粒度分布接近，说明 B70 的粒度受加入的工业氧化铝研磨粒度影响较大。总之，粉煤灰经5 h研磨后 10 μm 以下颗粒占 95% 以上，混磨 1 h 对配料粒度影响不大 ( 图 5. 8) 。

( 3) 配料及试样成型

研磨5 h 和混磨1 h 后不同 Al2O3含量配比的粉煤灰化学成分见表5. 5。然后按照前面设计的 3 因素 3 水平正交实验设计方案压制成型，共需成型54 个试样用于合成莫来石实验。成型时，将配置好的 A、B 系列粉煤灰分别称取相同质量的物料用塑料漏斗装入模具中，在 WE-30B 型液压式万能实验机上加压成型。成型试样在压力为 100、150 和200 MPa下的平均密度分别为 1. 36、1. 40 和 1. 42 g/cm3。密度上的差异有两方面因素引起: 一是成型压力不同二是配料中 Al2O3的含量不同，随成型压力增大和 Al2O3含量的增高，试样的密度增大，但增加的幅度并不明显。试样的整体成型情况良好，仅有 3 个试样在出膜时出现轻微的破底现象，但这并不影响后面的合成莫来石实验。粉煤灰中 Fe2O3的存在使得成型试样呈现微弱的浅红色 ( 图 5. 9) 。

图 5. 8 工业氧化铝与粉煤灰粒度

表 5. 5 工业氧化铝成分及合成 M50、M60、M70 莫来石样品配料

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