煤矸石表面結(jié)合能評價法的研究現(xiàn)狀

研究現(xiàn)狀 XPS經(jīng)常用于研究不同含硅物質(zhì)（單晶硅、自然界的鋁硅酸鹽和硅酸鹽、不同組成的硅鐵合金、石英以及不同組成的玻璃等）的結(jié)構(gòu)和其結(jié)合能之間的關(guān)系。在膠凝材料領(lǐng)域的研究有：美國SkAlny等人認(rèn)為膠凝材料的水化反應(yīng)主要發(fā)生在材料表面，提出用電子能譜來分析水泥顆粒的膠凝活性；羅興華、袁潤章等曾用XPS來研究水泥、礦渣和粉煤灰顆粒表面活性，認(rèn)為O1s和Si2p2/1結(jié)合能越小的材料其活性越強，表面硅鋁總量越高的材料，活性越弱，表面鈣含量越高，材料活性越強；礦渣在不同介質(zhì)中（NaOH和KOH）的早期水化；熟料中硅酸三鈣和β-硅酸二鈣的結(jié)合能，新鮮的硅酸鹽三鈣Si2p和Ca2p結(jié)合能均小于β-硅酸二鈣；C-S-H晶體相的特征以及水化產(chǎn)物有鋁取代的托貝莫來石。徐彬曾對不同水化時期固態(tài)堿組分礦渣水泥的煤矸石粉碎機價格表面結(jié)合能進(jìn)行研究，研究表明Si結(jié)合能在水化3h之前有大幅度降低，隨著水化齡期的延長，其結(jié)合能不斷增加，Al元素結(jié)合能的變化規(guī)律和Si元素基本一致。

對于同一種物質(zhì)不同活性試驗評價未處理煤矸石Si2p電子結(jié)合能（103.24eV）大于500℃和700℃煅燒煤矸石的Si2p電子結(jié)合能，其中700℃煅燒煤矸石Si2p電子結(jié)合能較小（102.78eV）。試驗表明適當(dāng)溫度的煅燒可以降低煤矸石Si2p電子結(jié)合能。在500℃、700℃和900℃煅燒的煤矸石中，700℃煅燒煤矸石制備硅鋁基膠凝材料強度理想，而用900℃煅燒煤矸石制備的硅鋁基膠凝材料強度較低。不同煅燒溫度的煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料強度的變化和其Si2p結(jié)合能具有負(fù)線性相關(guān)性。

Si2p結(jié)合能與硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。Kiyoshi Okada等研究了不同聚合結(jié)構(gòu)的硅酸鹽XPS的結(jié)合能。研究結(jié)果表明Si2p的XPS結(jié)合能從101.3eV（具有島狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)的鎂硅鈣石）變化到103.4eV（具有架狀三維結(jié)構(gòu)的方石英）。煤矸石粉碎機對于不同聚合態(tài)結(jié)構(gòu)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)和其Si2p結(jié)合能或Si（KLL）俄歇能譜具有明顯的化學(xué)位移關(guān)系，其表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)可以從化學(xué)位移曲線上推導(dǎo)出來。煤矸石中主要礦物為高嶺石、伊利石、菱鐵礦、黃鐵礦和石英。高嶺石和伊利石為層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，高嶺石的Si2p結(jié)合能為102.09eV，石英是較為穩(wěn)定的架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，其Si2p結(jié)合能理想為103.4eV。煤矸石Si2p的表面結(jié)合能為103.24eV，其平均結(jié)合能介于架狀礦物和層狀礦物之間。不同結(jié)構(gòu)礦物復(fù)合Si2p結(jié)合能具有加權(quán)平均特性，其加權(quán)平均特性也反映在礦物結(jié)構(gòu)上。在400℃煅燒時表征高嶺石（001）和（020）的特征峰消失，即d=0.720lnm和d=0.4052nm衍射峰減弱，表明伴隨OH-的脫出高嶺石結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，高嶺石已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹蔷匦缘钠邘X石，而煅燒溫度達(dá)到600℃時，煤矸石中高嶺石的峰完全消失，高嶺石結(jié)構(gòu)破壞，因此，500℃煅燒煤矸石Si2p電子結(jié)合能由103.24eV減小到102.84eV。隨著煅燒溫度的提高，伊利石的特征峰逐漸弱化，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到800℃時伊利石的衍射峰尚有部分存在，而當(dāng)煅燒溫度達(dá)900℃時伊利石特征峰完全消失并伴隨著莫來石的形成。在700~900℃，存在一個理想煅燒溫度，高嶺石和伊利石分解成活性的氧化硅和氧化鋁，而莫來石還未形成。在試驗條件下，700℃煅燒煤矸石Si2p電子結(jié)合能低的原因是高嶺石結(jié)構(gòu)完全破壞而伴隨著部分伊利石結(jié)構(gòu)的破壞，在試驗的三個溫度下，700℃為理想活化溫度。900℃煅燒煤矸石Si2p電子結(jié)合能升高是由于莫來石的形成。

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