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煤矸石表面结合能评价法的实验设备和方法

时间:2014-05-09 14:53:03

作者:世邦机器

表面结合能评价法煤矸石是由不同种类、不同比例和不同结晶度硅酸盐矿物和其他矿物所组成的复杂体系,其中提供胶凝活性组分的主要是硅酸盐矿物。硅氧四面体是组成硅酸盐矿物的骨架,O对硅的化学环境起着支配作用,O离子极化度的差异是区分不同硅酸盐的基础,O离子极化度的不同会引起硅酸盐矿物Si2p结合能的变化。

根据XPS原理,表面元素的芯能级电子结合能值与该元素的原子在表面所处的化学环境有关,与结构相关;另外,胶凝材料的水硬性主要发生在颗粒表面。因此,材料的表面电子结合能与胶凝活性有一定的关系。笔者从煤矸石矿物组成和结构特性出发研究物料Si2p、A12p结合能和其胶凝材料力学性能之间的关系,煤矸石的综合利用提出用结合能来评价煤矸石活性的新方法,并用矿渣和粉煤灰来验证该方法的准确性。

试验设备及方法固体表面分析已发展为一种常用的仪器分析方法,特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。根据电子能谱原理,表面元素的能级电子结合能与该元素的原子在表面所处的化学环境(如化学态、化学价等)有关,由于X射线光电子能谱(XPS)具有很高的表面灵敏度,适合于有关涉及表面元素定性和定量分析方面的应用,同样也可以应用于元素化学价态的研究。

X射线光电子能谱基于光电离作用,当一束光子辐照到样品表面时,光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收,煤矸石磨粉机使得该电子脱离原子核的束缚,以一定的动能从原子内部发射出来,变成自由的光电子,而原子本身则变成一个激发态的离子。试验采用PHI-5300ESCA能谱仪进行XPS线性分析,采用Mg/Al阳极靶,功率为400W。分析器的通过能量统一设定为37.25eV,为提高碳能量分辨率,分析器的通能设置在17.5eV,并采用位置灵敏检测器进行检测。在XPS分析时,分析室的真空度优于6×10-8Pa,由于采用钛溅射泵系统,碳污染很校用C(1s)石墨的电子结合能进行峰位校正,取值为285eV。

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