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    技術文章

    金相顯微鏡在水泥巖相分析的應用

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    前言

    隨著新型干法水泥的發展和熟料煅燒技術的進步,水泥工業對于生產原料的品質要求也是越來越低,各種低品質原料和工業廢物都得到了逐步利用。盡管如此,掌握原料的特性對于原料粉磨,熟料煅燒設備的設計選用以及對粉磨、煅燒制度的確定仍然十分的重要。

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    曾經對石灰石和硅質原料的礦物分析多依靠X射線衍射分析(XRD)和差熱分析(DTA),但相同條件下XRD衍射峰的強度會受到礦物含量和礦物擇優取向的影響,因此無法直接獲取礦物晶粒大小的信息,而且XRD的投資很大,很多水泥企業并不配備;DTA只能檢驗礦物的溫度變化情況,側面反映礦物的物理性質,但并不能顯示礦物晶粒大小。接下來小編將給大家闡述如何使用金相顯微鏡去觀察礦物的組成和結構。

    實驗過程

    實驗原料是一種白色的石灰石和黑色的石灰石礦,兩種礦物均是沉積巖,基本的物理性質和化學分析結果如下兩表所示:


    名稱

    顏色

    條痕

    光澤

    透明度

    解理

    比密度

    莫氏硬度

    黑色礦

    黑色

    玻璃

    不透明

    中等

    3.2

    3

    白色礦

    白色

    玻璃

    微透明

    3.0

    3

    表1 礦石的物理性質

    名稱

    Loss

    SiO2

    Al2O3

    Fe2O3

    CaO

    MgO

    K2O

    Na2O

    黑色礦

    40.06

    4.53

    1.75

    0.79

    51.57

    0.47

    0.06

    0.19

    白色礦

    41.37

    2.51

    0.96

    1.37

    53.22

    0.42

    0.17

    0.05

    表2 礦石的化學組成

    取石灰石中兩種大塊樣品并將其打碎,挑出粒度小于30mm的樣品,混合后采用四分法取樣,用于巖相分析光片制備。

    石灰石光片不采用任何物質澆注,直接在拋光機上使用600目金剛砂進行粗磨平,再使用1200目金剛砂紙磨細,最后在使用2000目砂紙拋光后觀察;在更換浸泡劑時,將觀察過的樣片在拋光機的拋光布上以小于1微米的Al2O3粉拋光后觀察。拋光光片分別采用不同的侵蝕劑浸泡,具體可以看后續的實驗過程。吹干后放在金相顯微鏡觀察礦物形態。

    實驗結果

    1、去離子水和乙醇

    兩種石灰石分別采用去離子水和乙醇進行浸泡,效果如下圖所示。


    (左圖為黑色礦使用去離子水浸泡,右圖是白色礦使用去離子水浸泡)

    (左圖為黑色礦使用乙醇浸泡,右圖是白色礦使用乙醇浸泡)

    圖1 去離子水和乙醇對石灰石礦物的浸泡效果

    從圖1巖相圖可以看出,兩種礦物的方解石都是以顆粒物存在并堆積分布的,并且礦物晶體間解理清洗堆積精密,但是無法看清礦物顆粒大小和雜質存在狀態,所以這兩者的浸泡效果并不好,原因可能是石灰石中的碳酸鈣并不能和浸泡劑發生反應,只是簡單的物理附著。

    2、硝酸酒精和氯化銨

    兩種石灰石分別采用1%硝酸酒精溶液和1%氯化銨水溶液進行浸泡,效果如下圖所示。

    (左圖為黑色礦使用硝酸酒精浸泡,右圖是白色礦使用硝酸酒精浸泡)

    (左圖為黑色礦使用氯化銨浸泡,右圖是白色礦使用氯化銨浸泡)

    圖2 硝酸酒精溶液和氯化銨溶液對石灰石礦物的浸泡效果

    從圖2可以看出,碳酸鈣和酸性物質發生了化學反應,原本礦物表面白色的方解石晶粒消失了,留下的是坑洞,即使解理層更加清晰,但是規則的礦物顏色并沒有發現,原因可能是選擇的侵蝕劑著色能力不足。

    3、燒堿和綠礬+燒堿

    兩種石灰石分別采用燒堿和綠礬+燒堿進行浸泡,效果如下圖所示。

    (左圖為黑色礦使用燒堿浸泡,右圖是白色礦使用燒堿浸泡)

    (左圖為黑色礦使用綠礬+燒堿浸泡,右圖是白色礦使用綠礬+燒堿浸泡)

    圖3 燒堿和綠礬+燒堿對石灰石礦物的浸泡效果

    從圖3可以看出,堿性物質對石灰石的著色效果并不理想,雖然能清晰看出石灰石內方解石數量,但并沒有找出和圖1的明顯差異。原因可能是堿性物質著色能力強,但是沒有按照和石灰石礦物繼續反應的思路進行。

    4、鹽酸和鹽酸+醋酸

    兩種石灰石分別采用鹽酸和鹽酸加醋酸進行浸泡,效果如下圖所示。


    (左圖為黑色礦使用鹽酸浸泡,右圖是白色礦使用鹽酸浸泡)

    (左圖為黑色礦使用鹽酸+醋酸浸泡,右圖是白色礦使用鹽酸+醋酸浸泡)

    圖4 鹽酸和鹽酸+醋酸對石灰石礦物的浸泡效果

    從圖4可以看出,受到鹽酸侵蝕后石灰石礦物出現了明顯的輪廓,顏色差異也變得十分明顯,雜質的結構也基本顯現了,進一步加入醋酸后,既可以顯現礦物粒徑又可以展現礦物組成。黑色礦碳酸鈣含量高但是結晶粗大,粒徑分布在30到70微米,白色礦中碳酸鈣粒徑基本都小于30微米;同時兩種礦石中都含有一定數量的燧石,在黑色礦中燧石的粒徑大約在20微米,而白色礦的燧石粒徑在11微米左右。除此之外,白色礦中還顯現出微量的赤鐵礦。而資料反映,碳酸鈣的結晶程度越高,晶體尺寸越大,則生料易燒性和易磨性越差。

    結語

    使用巖相分析可以快捷迅速從側面了解礦物原料特性,從而判斷水泥原料對生料粉磨和熟料鍛煉的影響。水泥原料中硬度合適的物料可以做金相顯微鏡的巖相分析,觀察礦物需要選擇合適的侵蝕劑,而這個選擇沒有普遍性規律。


    參考文獻

    [1]封培然.金相顯微鏡用于水泥原料巖相分析的研究[J].水泥,2012,(02)


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