煤矸石表面結(jié)合能評價法的實驗設(shè)備和方法

時間：2014-05-09 14:53:03

作者：世邦機器

表面結(jié)合能評價法煤矸石是由不同種類、不同比例和不同結(jié)晶度硅酸鹽礦物和其他礦物所組成的復(fù)雜體系，其中提供膠凝活性組分的主要是硅酸鹽礦物。硅氧四面體是組成硅酸鹽礦物的骨架，O對硅的化學(xué)環(huán)境起著支配作用，O離子極化度的差異是區(qū)分不同硅酸鹽的基礎(chǔ)，O離子極化度的不同會引起硅酸鹽礦物Si2p結(jié)合能的變化。

根據(jù)XPS原理，表面元素的芯能級電子結(jié)合能值與該元素的原子在表面所處的化學(xué)環(huán)境有關(guān)，與結(jié)構(gòu)相關(guān)；另外，膠凝材料的水硬性主要發(fā)生在顆粒表面。因此，材料的表面電子結(jié)合能與膠凝活性有一定的關(guān)系。筆者從煤矸石礦物組成和結(jié)構(gòu)特性出發(fā)研究物料Si2p、A12p結(jié)合能和其膠凝材料力學(xué)性能之間的關(guān)系，煤矸石的綜合利用提出用結(jié)合能來評價煤矸石活性的新方法，并用礦渣和粉煤灰來驗證該方法的準(zhǔn)確性。

試驗設(shè)備及方法固體表面分析已發(fā)展為一種常用的儀器分析方法，特別是對于固體材料的分析和元素化學(xué)價態(tài)分析。根據(jù)電子能譜原理，表面元素的能級電子結(jié)合能與該元素的原子在表面所處的化學(xué)環(huán)境（如化學(xué)態(tài)、化學(xué)價等）有關(guān)，由于X射線光電子能譜（XPS）具有很高的表面靈敏度，適合于有關(guān)涉及表面元素定性和定量分析方面的應(yīng)用，同樣也可以應(yīng)用于元素化學(xué)價態(tài)的研究。

X射線光電子能譜基于光電離作用，當(dāng)一束光子輻照到樣品表面時，光子可以被樣品中某一元素的原子軌道上的電子所吸收，煤矸石磨粉機使得該電子脫離原子核的束縛，以一定的動能從原子內(nèi)部發(fā)射出來，變成自由的光電子，而原子本身則變成一個激發(fā)態(tài)的離子。試驗采用PHI-5300ESCA能譜儀進行XPS線性分析，采用Mg/Al陽極靶，功率為400W。分析器的通過能量統(tǒng)一設(shè)定為37.25eV，為提高碳能量分辨率，分析器的通能設(shè)置在17.5eV，并采用位置靈敏檢測器進行檢測。在XPS分析時，分析室的真空度優(yōu)于6×10-8Pa，由于采用鈦濺射泵系統(tǒng)，碳污染很校用C(1s)石墨的電子結(jié)合能進行峰位校正，取值為285eV。