粉石英的物相結(jié)構(gòu)及成分分析

1、 綿陽師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文題 目 酸浸粉石英的物相、結(jié)構(gòu)及成分分析 專 業(yè) 應(yīng)用化學(xué) 院 部 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 學(xué) 號 0910020119 姓 名 羅 亮 指 導(dǎo) 教 師 何登良 副教授 答 辯 時 間 二一三年五月 論文工作時間：2013年12月 至2013年5月論文題目來源：國家自然科學(xué)基金項目編號： 四川省自然科學(xué)研究項目編號： 校級自然科學(xué)研究項目編號： 羅亮 綿陽師范學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文 酸浸粉石英的物相、結(jié)構(gòu)及成分分析學(xué) 生 羅 亮指導(dǎo)教師 何登良摘 要：本文采用簡單酸浸的方法對粉石英進(jìn)行提純，分別利用X射線衍射、X射線熒光光譜儀、熱重分析儀等測試研究了酸浸粉石英的物相

2、、結(jié)構(gòu)及成分。研究結(jié)果表明：草酸可以把粉石英中Ca和Fe雜質(zhì)的部分除去，同時又有新的物質(zhì)草酸鈣生成，除雜效果不理想;鹽酸可以有效的把粉石英中的Ca和Fe雜質(zhì)去除，鹽酸處理之后的粉石英SiO2含量可達(dá)99.9%；混酸中隨著鹽酸濃度的增加可以有效的除去粉石英中的Ca和Fe雜質(zhì)。關(guān)鍵詞：酸浸粉石英；X射線衍射分析；X射線熒光光譜分析；熱重分析Study on Phase, Structure and Composition of Powder Quartz Leached by AcidUndergraduate Luo LiangSupervisor He Den LiangAbstract：Th

3、is paper introduces a simple method of purifying the powder quartz acid leaching process. X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectrometer, TGA (Thermo Gravimetric Analyzer) and other tests are used respectively to study the phase, structure and composition of picking powder quartz. The

4、research results show that: the oxalic acid can remove Ca and Fe impurities in powder quartz, but at the same time, generate a new material calcium oxalate, which leads to an unsatisfactory purifying effect. hydrochloric acid can effectively remove Ca and Fe impurities in quartz powder, and the cont

5、ent of SiO2 which has been treated with hydrochloric acid can rise up to 99.9%.Ca and Fe impurities in powder quartz can be effectively removed with the increase of concentration of hydrochloric acid.Keywords: Acid leaching of quartz powder; X ray diffraction analysis; X ray fluorescence analysis; T

6、hermogravimetric analysis目 錄前言11 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.1 粉石英的簡介11.2 X射線衍射(XRD)的簡介11.3 X射線熒光光譜(XRF)的簡介11.4 熱重法（TG）的簡介21.5 研究目的、意義22 實驗部分22.1 儀器22.2 試劑32.3 溶液配制32.4 樣品制備32.5 X射線衍射測量42.6 X射線熒光光譜的測量42.7 熱重分析的測量43結(jié)果討論43.1 提純后粉石英的物相分析43.2 提純后粉石英的成分分析103.3 提純后粉石英的熱重分析10結(jié)論12參考文獻(xiàn)13致 謝14 前言粉石英是自然界中廣泛存在的一種天然礦物，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)

7、，和傳統(tǒng)的石英晶體相比，其純度、粒度、可加工性等方面都具有一定的優(yōu)勢，可用于制備超細(xì)二氧化硅微粉或無定形二氧化硅的原料，已在橡膠、電子材料、化纖材料、陶瓷、塑料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工等領(lǐng)域應(yīng)用，且應(yīng)用范圍越來越廣，用量越來越大，具有廣闊的市場前景1-6。本文對貴州所產(chǎn)粉石英礦進(jìn)行酸浸，采用X射線衍射儀測粉石英處理前后的物相、結(jié)構(gòu)變化，通過熱分析測試處理前后的質(zhì)量變化，X射線熒光光譜分析觀察反應(yīng)前后化學(xué)成分變化，研究不同酸處理對粉石英的物相成分及結(jié)構(gòu)的影響，為貴州黔南粉石英的開發(fā)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1 粉石英的簡介粉石英是一種天然的非金屬礦，是由古石炭重疊在石英母巖上風(fēng)化而

8、形成的。受雜質(zhì)影響呈灰白色或淡黃色，提純后呈白色、白度高、能吸水，吸水后呈渾濁疏散的水樣。粉石英礦體主要分為硅粉和硅屑兩部分，主要化學(xué)式SiO2，還含有少量鐵、鋁、鈣、鉀、鈉等金屬的化合形式。1.2 X射線衍射(XRD)的簡介X射線照射晶體，電子受迫而振動產(chǎn)生相干散射，同一原子內(nèi)各電子散射波相互干涉形成原子散射波。由于晶體內(nèi)各原子周期排列，所以發(fā)生相長干涉，衍射的本質(zhì)即晶體中各原子相干散射波疊加的結(jié)果?？捎糜冢何锵喾治觯ㄎ锵喽ㄐ苑治觥⑽锵喽糠治觯┚w結(jié)構(gòu)分析（點陣常數(shù)的精確測定、宏觀應(yīng)力測定、晶體取向的測定）7-10。1.3 X射線熒光光譜(XRF)的簡介X熒光光譜儀（XRF）由激發(fā)源（X射

9、線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線（一次X射線），激發(fā)被測樣品。受激發(fā)的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線，并且不同的元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次X射線的能量及數(shù)量。然后，儀器軟件將探測系統(tǒng)所收集到的信息轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類及含量。XRF用于：定性分析（廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、礦山、電子機械、石油、化工、航空航天材料、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、建筑材料、商檢等領(lǐng)域的材料化學(xué)成分分析。）、定量分析法、進(jìn)行半定量分析11-15。1.4 熱重法（TG）的簡介物質(zhì)在溫度作用下，隨溫度的升高，會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，例如水分蒸發(fā)，失去結(jié)晶水，低分子

10、易揮發(fā)物的逸出，物質(zhì)的分解氧化等。將物質(zhì)的質(zhì)量變化和溫度變化的信息記錄下來，就得到了物質(zhì)的質(zhì)量溫度曲線，既熱重曲線。TG用于：物質(zhì)熔點、沸點測定，熱分解反應(yīng)過程分析與脫水量測定多種熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，如比熱、反應(yīng)熱、轉(zhuǎn)變熱、反應(yīng)速率和高聚物結(jié)晶度等16-20。 1.5 研究目的、意義自從人類進(jìn)入電子時代和信息時代以來，SiO2材料的使用越來越多。目前SiO2的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：通過SiO2的冶煉制備多晶硅、單晶硅用于太陽能、電子元器件、集成電路片；二是通過提純、粉碎等工藝制成各種規(guī)格的石英砂、石英粉，應(yīng)用于光纖、封裝材料、涂料、橡膠、塑料、化工等領(lǐng)域。SiO2是現(xiàn)代電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)最重要和最關(guān)

11、鍵的材料，未來將有極大發(fā)展空間。但是這些領(lǐng)域的應(yīng)用，對SiO2的純度要求較高，目前對二氧化硅提純方法主要有物理方法和化學(xué)方法。 物理法：水洗和分級脫泥、擦洗、磁選、浮選和超聲波法等?；瘜W(xué)法：單酸浸法、混合酸浸法、絡(luò)合法等。本文對貴州所產(chǎn)粉石英礦進(jìn)行酸浸，采用X射線衍射儀測粉石英處理前后的物相、結(jié)構(gòu)變化，通過熱分析測試處理前后的質(zhì)量變化，X射線熒光光譜分析反應(yīng)前后化學(xué)成分變化，研究不同酸處理對粉石英的物相、成分及結(jié)構(gòu)的影響，為貴州黔南粉石英的開發(fā)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。 2 實驗部分2.1 儀器TD-3500型X射線衍射儀(丹東通達(dá))Axios型X射線熒光光譜儀(荷蘭)SDTA851e型熱重分析儀(M

12、ettler)2.2 試劑貴州粉石英樣品草酸(分析純GR，成都市科龍化工試劑廠)鹽酸(分析純GR，成都市科龍化工試劑廠)實驗用水為二次蒸餾水2.3 溶液配制5、10、15、20的鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）5、10、15、20的草酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）20草酸和20鹽酸混合比列為1:1 1:2 1:3 1:4的混合酸（體積比）2.4 樣品制備(1)取粉石英樣品用瑪瑙研缽磨碎，產(chǎn)品用蒸餾水清洗，100 完全干燥；研磨制的石英粉體。稱取4 g粉石英放入錐形瓶中，加入20 ml的蒸餾水溶液置于50 震蕩搖床中，反應(yīng)2 h，所得樣品離心分離后，將清夜用試管接收，粉體用蒸餾水洗滌5次后在真空干燥箱100 下干燥，研磨后收集

13、，得到原固體樣品。(2)采用 5、10、15、20的鹽酸對粉石英原礦進(jìn)行酸浸處理。稱取4 g粉石英放入錐形瓶中，分別加入20 ml 5、10、15、20的鹽酸溶液置于50震蕩搖床中，反應(yīng)2 h，所得樣品離心分離后，將清夜用試管接收，粉體用蒸餾水洗滌5次后在真空干燥箱100 下干燥，研磨后收集，得到固體樣品1號2號3號4號。(3)采用 5、10、15、20的草酸對粉石英原礦進(jìn)行酸浸處理。稱取4 g粉石英放入錐形瓶中，分別加入20 ml 5、10、15、20的草酸溶液置于50 震蕩搖床中，反應(yīng)2 h，所得樣品離心分離后，將清夜用試管接收，粉體用蒸餾水洗滌5次后在真空干燥箱100 下干燥，研磨后收集

14、，得到固體樣品5號6號7號8號。(4)采用1:1、1:2、1:3、1:4的草酸/鹽酸混合溶液對粉石英原礦進(jìn)行酸浸處理。稱取4 g粉石英放入錐形瓶中，分別加入20 ml 1:1、1:2、1:3、1:4的草酸/鹽酸溶液置于50 震蕩搖床中，反應(yīng)2 h，所得樣品離心分離后，將清夜用試管接收，粉體用蒸餾水洗滌5次后在真空干燥箱100 下干燥，研磨后收集，9號10號11號12號。2.5 X射線衍射測量物相分析在丹東通達(dá)公司的TD-3500粉晶X射線衍射儀上完成。2.6 X射線熒光光譜的測量成分分析在成分測試在荷蘭帕納科儀器公司Axios型波長色散型X射線熒光光譜儀上完成。2.7 熱重分析的測量熱重分析在

15、Mettler SDTA851e熱重分析儀上完成。3結(jié)果討論3.1 提純后粉石英的物相分析圖3-1為草酸提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果明：草酸對粉石英的物相影響明顯，加入草酸處理2小時之后，29.261°處的衍射峰有所減弱，說明該處代表的雜質(zhì)化合物部分被去除，但是從圖3-1可以看到，在24.427°、27.94°出現(xiàn)了新的衍射峰，即草酸處理之后在粉石英中出現(xiàn)了新的物相，該物質(zhì)可能為草酸鈣21。 圖3-1 不同濃度草酸酸浸取粉石英的X射線衍射圖圖3-2為鹽酸提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果表明：鹽酸對粉石英的物相影響明顯，加入鹽酸處理2小時之后，29.

16、261°處的衍射峰完全消失，說明該處代表的雜質(zhì)化合物已經(jīng)被去除，同時經(jīng)過鹽酸處理之后的粉石英中沒有出現(xiàn)新的物相，測試結(jié)果表明鹽酸具有較好的除雜效果。 圖3-2 不同濃度鹽酸酸浸取粉石英的X射線衍射圖圖3-3為1:1混酸濃度提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果表明：1:1混酸對粉石英的物相影響明顯，加入1:1混酸處理2小時之后，29.261°處的衍射峰有所減弱，說明該處代表的雜質(zhì)化合物部分被去除，但是從圖3-3可以看到，在24.427°出現(xiàn)了新的衍射峰，即1:1混酸處理之后在粉石英中出現(xiàn)了新的物相，該物質(zhì)可能為草酸鈣。圖圖3-3 1:1混酸酸浸取粉石英的X射線衍射

17、圖圖3-4為1:2混酸濃度提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果表明：1:2混酸對粉石英的物相影響明顯，加入1:2混酸處理2小時之后，29.261°處的衍射峰有所減弱，說明該處代表的雜質(zhì)化合物部分被去除，但是從圖3-4可以看到，在24.427°出現(xiàn)了新的衍射峰，即1:2混酸處理之后在粉石英中出現(xiàn)了新的物相，該物質(zhì)可能為草酸鈣。圖3-4 1:2混酸酸浸取粉石英的X射線衍射圖圖3-5為1:3混酸提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果表明：1:3混酸對粉石英的物相影響明顯，加入1:3混酸處理2小時之后，29.261°處的衍射峰完全消失，說明該處代表的雜質(zhì)化合物已經(jīng)被去除

18、，同時經(jīng)過1:3混酸處理之后的粉石英中沒有出現(xiàn)新的物相，測試結(jié)果表明1:3混酸具有較好的除雜效果。圖3-5 1:3混酸酸浸取粉石英的X射線衍射圖圖3-6為1:4混酸提純粉石英產(chǎn)品的X射線衍射測試圖，結(jié)果表明：1:4混酸對粉石英的物相影響明顯，加入1:4混酸處理2小時之后，29.261°處的衍射峰完全消失，說明該處代表的雜質(zhì)化合物已經(jīng)被去除，同時經(jīng)過1:4混酸處理之后的粉石英中沒有出現(xiàn)新的物相，測試結(jié)果表明1:4混酸具有較好的除雜效果。圖3-6 1:4混酸酸浸取粉石英的X射線衍射圖3.2 提純后粉石英的成分分析采用X射線熒光光譜測試了粉石英提純后的化學(xué)成分，結(jié)果見表3-1，測試結(jié)果表明

19、草酸、混合酸、鹽酸對粉石英中的Fe雜質(zhì)具有一定的溶出性，提純之后均未檢出Fe；但是不同的是草酸對鈣雜質(zhì)的溶出性較差，提純之后鈣的含量仍達(dá)2.61%；混合酸與鹽酸對鈣雜質(zhì)具有優(yōu)異的溶出能力，提純之后均未檢出鈣雜質(zhì)。因此綜合來說，混合酸和鹽酸均可作為該地粉石英提純的溶出劑進(jìn)行使用，1:4混合酸提純的粉石英的SiO2為99.83%，20%鹽酸提純之后SiO2含量達(dá)到了99.9%。 表3-1粉石英提純前后化學(xué)成分變化名稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2BaOSUM粉石英礦95.640.10.473.73/99.9420%草酸97.150.07/2.610.050.0

20、8/0.0410020%鹽酸99.90.1/1001:4混酸99.830.08/0.09/1003.3 提純后粉石英的熱重分析圖3-7為20草酸酸浸粉石英的熱重分析圖、圖3-8為20鹽酸酸浸粉石英的熱重分析圖、圖3-9為1:4混酸酸浸粉石英的熱重分析圖，由圖3-7可以看出，加入20草酸酸浸的粉石英主要在100 到200 、400 到500 、600 到700 進(jìn)行熱分解反應(yīng)，查資料可得，這些溫度范圍與CaC2O4·H2O、CaC2O4、CaCO3熱重分解溫度相吻合。由圖3-8可以看出加入20鹽酸酸浸的粉石英失重量很少，這跟物質(zhì)中含有少量H2O相吻合。由圖3-9可以看出加入1:4混酸酸

21、浸的粉石英失重量也很少，這跟物質(zhì)中含有少量H2O相吻合。測試結(jié)果表明20草酸酸浸的粉石英有CaC2O4·H2O生成，加入20鹽酸、1:4混酸酸浸的粉石英提純效果較好。圖3-7為20草酸酸浸粉石英的熱重分析圖圖3-8為20鹽酸酸浸粉石英的熱重分析圖圖3-9為1:4混酸酸浸粉石英的熱重分析圖結(jié)論本文采用簡單酸浸的方法對粉石英進(jìn)行提純，分別利用X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀、熱重分析儀等測試研究了酸浸粉石英的物相、結(jié)構(gòu)及成分。研究結(jié)果表明：草酸可以把粉石英中Ca和Fe雜質(zhì)的部分除去，同時又有新的物質(zhì)草酸鈣生成，除雜效果不理想。鹽酸可以有效的把粉石英中的Ca和Fe雜質(zhì)去除，鹽酸處理之后的粉石

22、英SiO2含量可達(dá)99.9%。混酸中隨著鹽酸濃度的增加可以有效的除去粉石英中的Ca和Fe雜質(zhì)。三種不同酸中鹽酸對粉石英的除雜效果最好，研究結(jié)果可為貴州的粉石英的開發(fā)與利用提供一定的參考。參考文獻(xiàn)1 余志偉. 一種新型工業(yè)礦物原料粉石英J. 中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊, 1999, (1): 25-27.2 余志偉. 粉石英的特性與應(yīng)用J. 非金屬礦, 1999，22(4): 14-16.3 吳萍華. 粉石英超細(xì)研磨及其影響因素分析J. 非金屬礦, 2001, 24(6): 43-44.4 陳泉水, 徐紅梅. 宜春低品位粉石英化學(xué)漂白工工藝研究J. 非金屬礦, 2001, 24(6): 41-42.5

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