无机固废物超细纤维化过程物理化学特性的研究

The development of industrial products remains a large amount of wastes, including inorganic solid waste which is the most serious. So far it is failed to use sufficiently. In this project the researches on solid waste with SiO2, AL2O3 and CaCO3 oxides (e.g. fly ash) to be processed into superfine fibers is proposal. The idea of studies is as follows. The oxides from the original solid waste are melted into the microscopic dynamics molecules at high temperature, then transform to the fibrosis morphology in cooling. During this process the changes in physical and chemical properties of the oxides will be investigated and discussed to find the reasons of fibrosis. The concept of supramolecular structure will be introduce to the mixture of inorganic oxides. The model of molten SiO2 and AL2O3 and CaCO3 will be established by the concept of supramolecular structure. The aggregation, dissociation, restructuring and the redox reaction of mixed oxides, and a spontaneous aggregation to assemble an orderly superfine fiber after shearing and cooling will be detected and analyzed respectively. Based on the model, the fibrosis parameters and transition process will be deduced in mathematical equations, in order to get the factors of controlling fibrosis. It will put forward a new theory of oxides fibrosis. To verify the rationality of model the experiments by different sources of solid wastes into superfine fiber would be done. The explore on the common properties for the fibrosis of deferent inorganic solid waste is full of meaning and valuable. Such a project will provide the theoretical guidance and technical parameters for the resources of solid wastes, and provide also one of ways to solve the environmental pollution.

工业产品的开发残留下大量的废弃物，其中无机固废物最为严重，至今未能实现充分的利用。本项目以含SiO2、AL2O3和CaCO3等氧化物的固废物（首选粉煤灰）为对象，进行超细纤维化的应用基础研究，主要内容为：针对固废物中氧化物从原生态经高温熔融进入微观的分子流动态、向着纤维形态转型的物理化学性能展开探求、揭示成纤过程物质结构变化及纤化成因；将超分子结构概念引入无机氧化物中，建立熔融态下SiO2与AL2O3和CaCO3等形成超分子结构的模型，考察混合氧化物聚集、解离、重组和氧化还原的反应、以及历经剪切和降温过程自发集结组装成有序超细纤维的机制；在结构模型基础上用数学方程表达和推演成纤参数及变化过程，求取成纤的核心控制因素，提出氧化物成纤的新理论；并通过来源不同的固废物成纤实验来验证模型的合理性，提炼无机固废物成纤的共性问题，为开拓其资源化利用提供技术参数和理论指导，为环境污染的治理提供出路之一。

本项目以含SiO2、AL2O3和CaCO3/CaO等无机固废物（如工业粉煤灰、玻璃类废旧物质）为对象，进行超细纤维化的应用基础研究，主要内容为：针对固废体中无机物经高温熔融向着纤维形态转型的物化性能展开探求、揭示成纤过程物质结构变化成因；将超分子结构概念引入无机氧化物中，建立SiO2、AL2O3和CaCO3等形成超分子结构的模型，考察混合氧化物聚集组装成有序组织的机制；在结构模型基础上用数学方程表达和推演成纤参数及变化过程，求取成纤的核心控制因素，提出氧化物拓扑学理论；并通过来源不同的固废物成纤实验来验证模型的合理性，提炼无机固废物成纤的共性问题，以期工业生产残留和日常生活残留的大量废弃物能实现充分的循环利用。.具体研究过程为：原料采样和分析，确定无机固废物的低共熔区，进行热力学和析晶性能探求；再开展固废物纤维的化学稳定性研究；随后开拓无机固废物熔融结构模拟计算，为其成纤调质工艺提供基础参数，并借鉴以SiO2玻璃体系的理论模拟多元无机物体系状态，进行拓扑束缚理论的玻璃化转变温度模拟及计算，建立Ca2O-Al2O3-SiO2结构模型，推演SiO2玻璃态体系的膨胀系数、转变点、硬度等。同时展开纤化过程析晶及结晶动力学研究，探讨析晶类别以及超细纤维的热处理析晶形貌，构筑了氧化物结构拓扑束缚理论模型，运用分子动力学方法研究玻璃态转变温度等。.将模拟及其计算结果（相图、粘度、析晶等）运用到工业大炉成纤的控制，考察成纤工艺参数与计算值的对应性，试验来源不同的无机固废物的成纤工艺，探讨得到共性参数：当三组份Ca2O-Al2O3-SiO2比例一定条件下，以SiO2和Al2O3含量为主控因素，当CaO含量不超过20%，即使存在其它无机组份（不超过10%）时，超细纤维制备是明显可控的技术。最后，项目组进行了超细纤维部分应用研究，同时制备了无机纤维表面处理剂；经表面软化处理后的纤维可用于部分替代木纤维应用于造纸；可用于作为工业过滤材料等。 研究工作按计划及时完成，该项目为开拓固废物资源化利用提供技术参数和理论指导，为环境污染的治理提供出路之一。