開題報(bào)告高江

陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（開題報(bào)告）PAGEPAGE2本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：利用鐵尾礦作為原料制備泡沫陶瓷姓名：高江學(xué)號(hào)：201202020418指導(dǎo)教師：白建光班級(jí)：材料124班所在院系：材料科學(xué)與工程學(xué)院

=1\*Arabic1研究目的及其意義隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，傳統(tǒng)粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式使得我國資源短缺的矛盾越來越突出，環(huán)境壓力越來越大。目前，我國工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在60%左右，而金屬尾礦的綜合利用率平均不到10%，其中鐵礦尾礦的綜合利用率更低，大多直接堆存在尾礦庫中，不僅占用大量土地，毀壞田地，而且尾礦庫存在大量的事故隱患，經(jīng)常發(fā)生人身傷亡和財(cái)產(chǎn)安全事故，尾礦已成為我國工業(yè)產(chǎn)出量最大、綜合利用率最低的大宗固體廢棄物。尾礦是礦石選別后的一種固體廢棄物，它的大量排放不僅污染環(huán)境，危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，而且還占用大量的土地、浪費(fèi)資源。因此，綜合利用尾礦資源，使之變廢為寶、變害為利,實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。泡沫陶瓷材料的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，是一種具有高溫特性的多孔材料。根據(jù)泡沫陶瓷孔的結(jié)構(gòu)可分為開孔陶瓷材料以及閉孔陶瓷材料，其中，閉孔型多孔陶瓷是一類重要的隔熱保溫材料，由于其具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性、較低的熱傳導(dǎo)率以及輕質(zhì)等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本研究以程潮鐵尾礦為主要原料，制備出以閉孔結(jié)構(gòu)為主的泡沫陶瓷，為鐵尾礦的綜合利用開辟了新途徑。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)泡沫陶瓷是一種造型上像泡沫狀的多孔陶瓷，它是繼普通多孔陶瓷、蜂窩孔陶瓷之后，最近發(fā)展起來的第三代多孔陶瓷產(chǎn)品。這種高技術(shù)陶瓷具有三維連通孔道，同時(shí)對(duì)其形狀、孔尺寸、滲透性、表面積及化學(xué)性能均可進(jìn)行適度調(diào)整變化，制品就像是“被鋼化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海綿體”。作為一種新型的無機(jī)非金屬過濾材料泡沫陶瓷，具有重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡(jiǎn)單、使用壽命長及良好的過濾吸附性能等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的過濾器如陶瓷顆粒燒結(jié)體，玻璃纖維布相比，不僅操作簡(jiǎn)單，節(jié)約能源,成本低,而且過濾效果較好。制備泡沫陶瓷一般以有機(jī)泡沫為骨架，浸漿后干燥，然后高溫?zé)桑跓沙讨?，有機(jī)物燃燒揮發(fā)，留下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的陶瓷體。泡沫陶瓷最早于1978年由美國人發(fā)明，利用氧化鋁、高嶺土之類陶瓷原料研制成功泡沫陶瓷并用于熔融鋁合金鑄造過濾。隨后，英、日、德、瑞士等國家競(jìng)相開展了研究，生產(chǎn)工藝日益先進(jìn)，技術(shù)裝備越來越向機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展。目前，已研制出多種材質(zhì)、適合于不同用途的泡沫陶瓷過濾材料，如A1203、Zr02、SiC、莫來石、堇青石及硼化物等高溫泡沫陶瓷材料，產(chǎn)品已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。我國在20世紀(jì)80年代初開展泡沫陶瓷研究工作，并取得較大進(jìn)展，部分產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。但是我國的泡沫陶瓷從整體技術(shù)水平上與國外相比尚有一定差距。目前，泡沫陶材料的制備工藝已發(fā)展出多種方法，其中應(yīng)用比較成功的有：發(fā)泡法、溶膠一凝膠法、添加造孔劑法、有機(jī)物燃燒法和有機(jī)前驅(qū)體浸漬法等，但經(jīng)過諸多研究者所證實(shí)，目前有機(jī)前驅(qū)體浸漬法是制備泡沫陶瓷最理想的方法，該方法通過控制漿料性能，優(yōu)化無機(jī)粘結(jié)體系，嚴(yán)格控制漿料浸漬工藝過程，可以制備高性能的泡沫陶瓷制品。3設(shè)計(jì)思路將鐵尾礦、助溶劑、骨科、輔助發(fā)泡劑按比例配好，放入行星球磨機(jī)中混合10min，然后將混合好的漿料放入烘箱中干燥，干燥后將其制備成粉料，接著將粉料填入特定模具中松裝燒成，最后經(jīng)切割磨削得到樣品。3.1查找資料通過查閱有關(guān)鐵尾礦泡沫陶瓷組成及性能、鐵尾礦泡沫陶瓷理化性能、陶瓷性能測(cè)試、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面的資料，了解有關(guān)鐵尾礦泡沫陶瓷的性能、用途及制備的設(shè)計(jì)法方法，了解各種測(cè)試方法及測(cè)試預(yù)期結(jié)果。3.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及制備粉煤灰泡沫玻璃3.2.1確定實(shí)驗(yàn)所用原料及設(shè)備（1）本實(shí)驗(yàn)所用藥品鐵尾礦，粉煤灰，SiC粉。（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備馬弗爐；GZX-30型恒溫干燥箱；J-Y10001型電子天平；球磨機(jī)；氮化硅研缽；氧化鋁球磨罐；液壓千斤頂?shù)取?.2.2實(shí)驗(yàn)方案（1）具體實(shí)施過程如下：本文利用鐵尾礦和粉煤灰為主要原料，SiC粉作為造孔劑，制備泡沫陶瓷。首先將廢玻璃破碎至20目以下，隨后球磨過120目篩待用。采用粒度為3.5μm的SiC粉作為發(fā)泡劑。本文鐵尾礦添加量為20、25、30、40、50%，發(fā)泡劑添加量為1%。發(fā)泡溫度在780-1050°C，隨后進(jìn)行退火工藝，一般退火速率采取0.5-0.7°C·min-1。對(duì)于采用天然原料制備泡沫陶瓷來說，退火工藝較為簡(jiǎn)單，穩(wěn)泡工藝結(jié)束后緩慢降至600°C，隨后隨爐冷卻即可。（2）工藝流程圖：圖3-1鐵尾礦泡沫陶瓷制備工藝流程3.3測(cè)試目的及方法3.3.1XRD測(cè)試（1）XRD目的本文中XRD通過對(duì)制得的鐵尾礦泡沫陶瓷樣品進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息，判斷鐵尾礦泡沫陶瓷晶體類型。（2）測(cè)試方法本實(shí)驗(yàn)通常將制得的鐵尾礦泡沫陶瓷研磨至細(xì)度應(yīng)在1微米左右，即應(yīng)過320目篩。用日本理光制造的D/max2200PC型X射線衍射儀（X-Raydiffraction,XRD）進(jìn)行測(cè)試。衍射條件為CoK輻射，管電壓為40Kv，管電流4mA，步長0.02°，掃描速度為6°/min，掃描范圍為10～80°。3.3.2DSC測(cè)試（1）DSC目的本文中通過對(duì)制得的鐵尾礦泡沫陶瓷進(jìn)行DSC測(cè)試，通過測(cè)定多種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可得到試樣在不同升溫速率下的析晶峰溫度，以確定實(shí)驗(yàn)的熱處理制度，并用于研究晶體顯微結(jié)構(gòu)中相的轉(zhuǎn)變溫度及轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的特征分析。（2）測(cè)試方法本實(shí)驗(yàn)通常將制得的粉鐵尾礦泡沫陶瓷研磨至一定粒度的粉狀，采用德國耐馳公司制造的NETZSCHSTA-409型差示掃描量熱分析儀（differentialscanningcalorimetric,DSC）進(jìn)行測(cè)試，以分析不同升溫速率下樣品析晶放熱峰溫度變化。測(cè)試條件為：升溫速率為5、10、15、20oC/min，N2氣氛，最高溫度1200oC。3.3.3體積密度及氣孔率測(cè)定（1）體積密度及氣孔率測(cè)定的目的確定單位體積材料（包含材料內(nèi)部所有氣孔）的質(zhì)量。氣孔體積占材料總體積的百分比。（2）測(cè)試方法采用幾何方法測(cè)定樣品的體積密度，將燒成制備好的泡沫陶瓷用切割機(jī)打磨成規(guī)則體積形狀的塊裝樣品，用游標(biāo)卡尺多次精確測(cè)量其長度、寬度及高度，在計(jì)算出其體積V，其中長寬高均為多次測(cè)量后取平均值。再用電子天平撐起干燥時(shí)的質(zhì)量，利用公式求出體積密度。氣孔率利用測(cè)定的采用樣品的體積密度和真密度來計(jì)算。公式為：氣孔率的測(cè)量采用如下公式：（3-1）式中，P-泡沫體氣孔率/%；ρ1-粉體密度/g·cm-3；ρ2-泡沫體積密度/g·cm-3。3.3.4抗壓強(qiáng)度測(cè)試（1）抗壓強(qiáng)度的測(cè)試目的用來確定試樣受到壓縮作用而破壞使得最大應(yīng)力，即試樣每單位面積上所承受的最大載荷。（2）測(cè)試方法抗壓強(qiáng)度測(cè)試主要是針對(duì)泡沫體而言。具體測(cè)試方法為切割后尺寸為20mm×20mm×20mm的試樣加載破壞時(shí)最大載荷與受壓面面積之比。設(shè)備為SGW工程材料強(qiáng)度綜合實(shí)驗(yàn)儀，加載速率為150（N/S）。（2-1）式中，F(xiàn)為所施加的壓力/N；S為樣品的表面積/m2；P為樣品的抗壓強(qiáng)度/KPa。4實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果（1）采用模具裝填法制得發(fā)泡較好，氣孔大小分布均勻鐵尾礦泡沫陶瓷；（2）通過對(duì)制得的樣品做DSC測(cè)試，分析熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到試樣在不同升溫速率下的析晶峰溫度，以確定實(shí)驗(yàn)的熱處理制度，并研究晶體顯微結(jié)構(gòu)中相的轉(zhuǎn)變溫度及轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的特征；（3）通過對(duì)制得的樣品做XRD測(cè)試，確定其相組成及結(jié)構(gòu)；（4）綜合分析測(cè)試結(jié)果，確定鐵尾礦泡沫陶瓷的合理配比，及在不同溫度制度下所得樣品的組成結(jié)構(gòu)及性能，得到合理的溫度制度及其它工藝參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。5論文進(jìn)度安排及完成的相關(guān)任務(wù)周次設(shè)計(jì)任務(wù)及要求第1-3周畢業(yè)實(shí)習(xí)查找、收集前期資料；第4周論文開題第5周實(shí)驗(yàn)條件籌備第6-11周試樣制備實(shí)驗(yàn)第12周性能測(cè)試第13周撰寫論文，補(bǔ)充數(shù)據(jù)第14周提交論文第15周撰寫論文、畢業(yè)答辯6試驗(yàn)中可能存在的問題與預(yù)備措施6.1試驗(yàn)中可能存在的問題（1）稱量時(shí)，可能由于主觀原因造成稱量不準(zhǔn)確。（2）鐵尾礦與粉煤灰的比例不合適，影響樣品性質(zhì)。（3）攪拌過程中，可能配合料飛濺到瓶壁上，影響配料比。（4）為了能夠發(fā)泡質(zhì)量達(dá)到最好，各種原料的加入量未知，需要探索。6.2預(yù)備方案與措施（1）稱量時(shí)，一定要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，將性能穩(wěn)定的原料先稱量。（2）在選定鐵尾礦與粉煤灰的比例時(shí)，結(jié)合文獻(xiàn)，尋求最好的配料比。（3）在攪拌過程中，嚴(yán)格控制攪拌速度。（4）文獻(xiàn)，使樣品泡沫玻璃達(dá)到最好的發(fā)泡效果。7擬解決的主要問題（1）解決采用鐵尾礦制備泡沫陶瓷基本工藝問題。（2）揭示泡沫陶瓷工藝與性能及結(jié)構(gòu)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系。參考文獻(xiàn)[1]]譚寶會(huì)，朱強(qiáng),陳瑩,等.我國尾礦綜合利用現(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