选矿测试技术.pdf

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1、第五部分：热分析技术ThermalAnalysis所有的分析测试技术，都基本是在一定条件下跟踪物质能量或质量等物理性质的变化过程，从而推断结构与物性之间的关系。热分析也不例外，它是在程序控制温度下，跟踪物质的物理性质与温度关系的技术，是研究物质受热或冷却过程中所发生的各种物理与化学变化的有力工具。因此，它是一类多学科的通用技术，在科研、生产以及产品开发等各个领域获得了广泛的应用。热分析技术必须满足下述三条标准1必须测量物质的某种物理性质。如：质量、热学、力学、电学、光学、磁学和声学等。因此，热分析技术所涉及的范围极其广泛。2测量的物理量必须直接或间接表示为温度关

2、系。3测量的物理量必须在程控温度下测定。表1常用热分析的仪器表1常用热分析的仪器最常用的三种热分析法1热重分析法TG(Thermogravimetry)（微商热重分析法DTG（DerivativeThermogravimetry)2差热分析DTA(DifferentialThermalAnalysis)3示差扫描量热分析法DSC(DifferentialScanningCalorimetry)1热重法(TG)热重法(Thermo-gravimetry,简称TG)是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。由TG实验获得的曲线，称热重曲线(或TG曲线

3、)。以重量为综坐标(由上到下质量减少)，以温度(或时间)为横坐标(从左到右增加)。由TG可以派生出微商热重法(DerivativeThermo-gravimetry,简称DTG)，它是TG曲线对温度(或时1间)的一阶导数。1.1基本原理自动记录热天平的结构原理（图1）。热天平的种类（图2）。热天平原理示意图（图3）图1自动记录热天平的结构原理图2热天平的种类2图3热天平原理示意图1测温热电偶；2试样坩埚支架；3炉子；4温控热电偶；5吊带；6光源；7光栏；8接收元件；9磁铁与线圈。1.2热重(TG)与微商热重(DTG)曲线理想的TG曲线为一些直角台阶;但实际上表现

4、为一个个过渡和斜坡。a．热重TG曲线（图4）图4左图为理想的热重曲线，右为K[Al3(OH)6](SO4)2的实际热重曲线。一些名词术语：AB段称热重基线，B点对应的Ti称热分解的起始温度；C点所对应的Tf是热分解反应终止温度。Tf—Ti称之为反应区间。D点（外推基线与TG曲线最大斜率切线的交点），对应的Te称为外推起始温度。b．微商热重曲线(DTG曲线)（图5）TG曲线对时间(或温度)的一次微分所得曲线即DTG曲线。它的纵坐标为dW／dt(或dW／dT)，从上到下表示减少。横坐标为温度T或时间t，自左至右表示增加。DTG曲线上出现的各种峰对应着TG曲线上的各个

5、重量变化阶段。峰的面积与样品对应的重量变化成正比。3图5DTG和TG曲线的对比DTG曲线具有以下一些特点：（1）能精确反映出起始反应温度、最大反应速率温度和反应终止温度(相对来说，TG曲线对此就迟钝的多）；（2）能精确区分出相继发生的热重变化。在TG曲线上，对应于整个变化过程中各阶段的变化相互衔接而不易区分开，而同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，可以以峰的最大值为界把一个热失重反应分成两部分。故DTG能很好地区分出重叠反应，区分各反应阶段。（3）DTG曲线的峰面积精确地对应着变化了的样品重量，因而较TG能更精确地进行定量分析。（4）能方便地为反应

6、动力学计算提供反应速率(dW／dt)数据。（5）DTG与DTA具有可比性，但前者与质量变化有关且重现性好，后者与质量变化无关且不易重现。如果DTG和DTA进行比较，能判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰，TG对此无能为力。c．影响TG曲线的因素(1)气氛：如在C02气氛中、空气中或N2气氛中，物质的反应温度会有较大变化。(2)试样量：最好的办法是根据天平的灵敏度，尽可能使用少量试样。(3)试样粒度：粒度小的比粒度大的试样热分解温度低。2差热分析(DTA)差热分析(DifferentialThermalAnalysis，简称DTA)是在程序控制温度下测量物

7、质与参比物之间温度差与温度关系的一种技术。在DTA实验中，样品温度的变化是由于相变或反应热效应引起的，比如相转变、熔化、结晶、沸腾、升华、蒸发、氧化还原反应、断裂与分解反应、脱氢反应、晶格破坏以及其它化学反应等等。功能：玻璃化转变、结晶、熔融、相变温度、相变潜热、氧化和分解等过程。2.1差热分析的基本原理（图6）试样S和参比物R分别装在两个坩埚内。在坩埚下各有一个片状热电偶，这两个热电偶相互反接。对试样和参比物同时进行程序升温，当加热到某一温度，试样发生了放热或吸热反应时，试样温度Ts就会高于或低于参比物温度TR，从而产生了温度差，该温度差T就会由上述两个反接

8、的热电偶以差热电势的形式