一水硬鋁石溶出預(yù)熱套管結(jié)疤組成與表面性質(zhì)間的關(guān)系

劉桂華，劉 鵬，周秋生，齊天貴，吳海文，彭志宏，李小斌

一水硬鋁石溶出預(yù)熱套管結(jié)疤組成與表面性質(zhì)間的關(guān)系

劉桂華1，劉 鵬1，周秋生1，齊天貴1，吳海文2，彭志宏1，李小斌1

（1. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，長沙 410083；
2. 中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，平果 531400）

通過測定接觸角、X射線衍射譜和元素含量，研究預(yù)熱套管結(jié)疤組成和表面性質(zhì)間的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著預(yù)熱溫度升高，結(jié)疤相中堿（Na2O）、二氧化硅、氧化鋁和磷含量隨之升高，氧化鎂、二氧化鈦、灼減量逐漸減少，氧化鈣含量變化不明顯；鈦酸鈣量減少，鈉硅渣、水化石榴石量增多，且水化石榴石中二氧化硅系數(shù)增大，結(jié)疤的硬度增強(qiáng)；由于鈉硅渣、水化石榴石、赤鐵礦比鈦酸鈣的親水性強(qiáng)，隨著溫度的升高，套管結(jié)疤的親水性增強(qiáng)，疏水性減弱，因而，高溫下更有利于生成更致密、難清理的結(jié)疤。加入有機(jī)添加劑，可以改變渣相的表面性質(zhì)，為防止結(jié)疤提供新途徑。

結(jié)疤；預(yù)熱套管；表面性質(zhì)；鈉硅渣；鈦酸鈣；水化石榴石；有機(jī)添加劑

在我國高溫（＞250 ℃）、濃堿（Na2Ok＞200 g/L）溶出一水硬鋁石型鋁土礦的過程中，礦石中幾乎所有的雜質(zhì)均在預(yù)熱過程中發(fā)生反應(yīng)而進(jìn)入液相，在液相中許多雜質(zhì)元素可生成溶解度很小的化合物而從溶液中析出，并在預(yù)熱套管的固液界面上沉積而形成結(jié)疤［1-3］。結(jié)疤會使傳熱系數(shù)嚴(yán)重下降，管徑減小，造成能耗和生產(chǎn)成本的顯著增加［4-8］。因而，需迫切理解結(jié)疤機(jī)理，以提出延緩或消除結(jié)疤的措施。

為防止結(jié)疤，國內(nèi)外對三水鋁石、一水硬鋁石型鋁土礦或混和礦拜耳法礦漿預(yù)熱套管結(jié)疤組成、結(jié)疤動力學(xué)以及結(jié)疤對傳熱的影響做了較多的研究［9-12］。NOBUYUKI等［13］對單流拜耳廠熱交換器結(jié)疤的特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為結(jié)疤中有無定形成份的鋁硅相、Ca3Al2（OH）12、CaTiO3及漿液中的 DSP、赤鐵礦、一水軟鋁石等，它們基于復(fù)雜機(jī)理而生成結(jié)疤；顧松青［14］對含不同礦物結(jié)疤原因進(jìn)行了描述，初步論述了硅礦物、鈦礦物、鎂礦物的析出溫度和結(jié)疤組成間的關(guān)系；黃芳等［15］和袁藝等［16］對平果鋁廠結(jié)疤的性質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為預(yù)熱溫度在160 ℃以內(nèi)時，結(jié)疤中90%成份是鈉硅渣（水合鋁硅酸鈉），也有少量的羥基鈦酸鈣和赤鐵礦等；周萍等［17］對管道化加熱段結(jié)疤與傳熱規(guī)律進(jìn)行了研究，認(rèn)為結(jié)疤厚度大于0.5 mm時，傳熱速率會下降31.8%以上。同時，一些學(xué)者也提出了一些延緩、抑制結(jié)疤的方法，TIMOTHY等［18］提出可通過加入二氧化硅添加劑達(dá)到延緩結(jié)疤的目的；WU等［19］提出結(jié)疤形成速率模型，認(rèn)為增強(qiáng)攪拌、提高流速可以減緩結(jié)疤；NAWRATH等［20］研究流速對結(jié)疤增長速率的影響，提出減小礦漿量、增大其流速可抑制結(jié)疤的方法。針對特定礦石、在確定流程和產(chǎn)能的前提下，上述延緩、抑制結(jié)疤的方法均難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，主要是由于結(jié)疤不僅與結(jié)疤化合物溶解度、溫度制度、操作工藝條件等有關(guān)，而且還與結(jié)疤的物相組成、結(jié)疤中主要物相的表面性質(zhì)等密切相關(guān)，但遺憾的是這一方面的研究報道很少。

本文作者從預(yù)熱管道結(jié)疤的表面性質(zhì)入手，研究了工廠結(jié)疤組成、硬度、表面性質(zhì)，闡明了不同預(yù)熱段結(jié)疤性質(zhì)的變化規(guī)律，再通過合成純物質(zhì)，測定其表面性質(zhì)的變化規(guī)律，探索了加入添加劑改變其表面性質(zhì)的可行性，這些結(jié)果可為延緩結(jié)疤技術(shù)的開發(fā)提供新思路。

1 實驗

1.1 原料

鋁酸鈉溶液由工業(yè)級NaOH和工業(yè)級Al（OH）3配制而成，溶液組成：苛性堿c（Na2Ok）=220 g/L，苛性比ak=3.0。

結(jié)疤樣品取自廣西某氧化鋁廠不同溫度段下預(yù)熱套管里的結(jié)疤。

一水硬鋁石型鋁土礦取自廣西某氧化鋁廠，主要成分是：Al2O355.21%、SiO25.46%、TiO23.21%、Fe2O313.54%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。經(jīng)磨細(xì)后，粒度均小于 74 μm。

鈉硅渣（DSP）：15 g分析純高嶺土在鋁酸鈉溶液（Na2Ok=220 g/L，ak=3.0）中高溫（180 ℃，240 ℃）溶出5 h，漿液過濾洗滌、干燥，由X射線衍射譜進(jìn)行物相分析，物相為水合鋁硅酸鈉。

水化石榴石：高嶺土和氧化鈣按摩爾比1:3在鋁酸鈉溶液（Na2Ok=220 g/L，ak=3.0）中高溫（180 ℃，240 ℃）溶出5 h，過濾洗滌、干燥，物相經(jīng)X射線衍射分析為水化石榴石。

鈦酸鈣：二氧化鈦和氧化鈣按摩爾比1:1在鋁酸鈉溶液（Na2Ok=220 g/L，ak=3.0）中高溫（180 ℃，240 ℃）溶出5 h，過濾洗滌，干燥，物相經(jīng)X射線衍射分析為鈦酸鈣。

1.2 礦漿預(yù)熱

稱取一定量的鋁土礦和其他試劑，量取 100 mL鋁酸鈉溶液（Na2Ok=220 g/L，ak=3.0），一起加入至150 mL的鋼彈中，再加入2個d 20 mm和4個d 10 mm的鋼球以加強(qiáng)攪拌，鋼彈密封后置于已升溫至預(yù)定溫度的高壓群釜裝置（熔鹽為加熱介質(zhì)，控溫精度±1 ℃）中進(jìn)行實驗并開始計時。反應(yīng)至預(yù)定時間后，取出鋼彈并用冷水快速冷卻。漿液經(jīng)真空抽濾，用開水充分洗滌濾餅得到渣相，渣相置于干燥箱（100±5） ℃內(nèi)烘干4 h，然后進(jìn)行接觸角測試。

1.3 分析方法

結(jié)疤樣品經(jīng)鹽酸分解后，采用容量法分析其中Na2O、Al2O3濃度；采用硅鉬藍(lán)分光光度法分析其中SiO2濃度；并利用WFX-210原子吸收分光光度計（北京瑞麗分析儀器有限公司生產(chǎn)）分析其中CaO、MgO、TiO2、磷濃度。室溫下對結(jié)疤樣品進(jìn)行莫氏硬度測定［21］。利用D/MAX2500X型X射線衍射分析儀（日本株式會社理學(xué)生產(chǎn)）進(jìn)行物相分析；并在室溫下利用CL200B型接觸角測定儀（上海梭倫信息科技有限公司生產(chǎn)）采用懸滴法測定結(jié)疤和結(jié)疤主要物相的接觸角，然后用Owens二液法［22］估算出相應(yīng)的表面自由能。

表1 不同溫度下結(jié)疤的化學(xué)成分組成Table 1 Composition of scale formed at different temperatures

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)疤化學(xué)成分分析

對不同溫度段預(yù)熱套管內(nèi)的結(jié)疤樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所列。

由表1可看出：隨著礦漿預(yù)熱溫度的升高，結(jié)疤中堿（Na2O）、二氧化硅、氧化鋁和磷等含量升高；而氧化鎂、二氧化鈦、灼減量等逐漸減少；總鐵含量先升高，后降低；但氧化鈣含量變化不明顯。這與文獻(xiàn)［23］結(jié)果不同，可能與近年來該廠鋁土礦品位降低有關(guān)。

據(jù)文獻(xiàn)［13-14］報道，結(jié)疤中的物相可能為鈉硅渣、鈦酸鈣、水化石榴石等。為進(jìn)一步分析結(jié)疤中物相含量變化規(guī)律，基于表1中元素含量計算了元素間的質(zhì)量比或分子比，結(jié)果見表2。

結(jié)合表1和表2可以看出，隨著礦漿預(yù)熱溫度的升高，結(jié)疤中鋁硅質(zhì)量比降低，但氧化鋁、二氧化硅含量顯著增多，再結(jié)合結(jié)疤中Na2O含量變化，可以認(rèn)為是結(jié)疤中鈉硅渣量增多。而結(jié)疤中鈣鈦摩爾比逐漸升高，二氧化鈦含量顯著降低，表明高溫下鈦酸鈣量減少。同時，結(jié)疤中鈣硅摩爾比降低，但氧化鋁、二氧化硅含量增多，氧化鈣含量變化不明顯，也意味著水化石榴石含量增多。除此之外，結(jié)疤中鎂硅摩爾比減少，主要原因是由于高溫下氫氧化鎂溶解度減少［14］，且生成含鎂的鋁硅酸鹽［24］穩(wěn)定性可能比水化石榴石的差。

表2 不同溫度下結(jié)疤的元素質(zhì)量比和摩爾比Table 2 Mass or molar ratio of element in scale formed at different temperatures

2.2 結(jié)疤物相分析

對不同溫度段預(yù)熱套管內(nèi)的結(jié)疤樣品進(jìn)行 XRD分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同溫度區(qū)間結(jié)疤樣品的XRD譜Fig. 1 XRD patterns of scale formed at different temperatures: （a） 260 ℃； （b） 230-245 ℃； （c） 185-205 ℃； （d） 165-185 ℃

由圖1可以看出，在165～185 ℃間，結(jié)疤中主要有鈉硅渣、鈦酸鈣和含鎂石榴石等。其中鈉硅渣是以鈣霞石結(jié)構(gòu)形式存在，鎂是以類似水化石榴石（Ca0.2Mg6（SiAl）8O20（OH）4?4H2O）的形式存在。在高溫度段（約260 ℃），結(jié)疤物相中除含上述3種化合物外，還含有少量赤鐵礦、磷酸鈣和水合硅酸鈣。由于各物相特征峰可能存在重疊或有些物相特征峰十分明顯，沒有明顯發(fā)現(xiàn)水化石榴石特征峰。

結(jié)合表1結(jié)疤的化學(xué)成分含量變化結(jié)果和圖1結(jié)疤的XRD譜可以看出，在160～250℃間，隨著溫度的升高，結(jié)疤中鈉硅渣、水化石榴石和赤鐵礦含量增多，鈦酸鈣含量減少。

鈉硅渣 的化學(xué)式 一般為Na2O?Al2O3?1.7 SiO2?nH2O。假設(shè)渣中Na2O全部存在于鈉硅渣中，結(jié)疤中剩余的 Al2O3、SiO2存在于水化石榴石（3CaO?Al2O3?xSiO2?（6-2x）H2O）中，其中經(jīng)計算CaO含量是過量的，則水化石榴石中二氧化硅飽和系數(shù)估算公式是：

式中：nA、nS分別為結(jié)疤相中原有的Al2O3、SiO2的物質(zhì)的量；nADSP、nSDSP分別為鈉硅渣中Al2O3、SiO2的物質(zhì)的量。

將表1中Na2O、SiO2、Al2O3、CaO轉(zhuǎn)換成各物質(zhì)的物質(zhì)的量，水化石榴石中二氧化硅飽和系數(shù)估算結(jié)果如表3所列。

表3 結(jié)疤相中水化石榴石二氧化硅飽和系數(shù)的估算結(jié)果Table 3 Stoichiometric coefficient of SiO2in hydrogarnet for scale formed at different temperatures

表3中結(jié)果表明，隨著礦漿預(yù)熱溫度升高，水化石榴石中二氧化硅飽和系數(shù)從0.76升高到2.39，而水化石榴石穩(wěn)定性與其二氧化硅飽和系數(shù)成正相關(guān)［25］。這表明隨著溫度升高，結(jié)疤中水化石榴石的穩(wěn)定性越來越高。對比赤泥中水化石榴石二氧化硅飽和系數(shù)（0.8～1.2），結(jié)疤中水化石榴石二氧化硅飽和系數(shù)大很多，其主要原因是由于結(jié)疤中水化石榴石沉積在套管換熱面上，其表面溫度比礦漿溫度高很多。

2.3 結(jié)疤硬度分析

為了進(jìn)一步了解結(jié)疤的物理性質(zhì)，表4所列為結(jié)疤樣品硬度測試的結(jié)果。

表4 主要預(yù)熱段結(jié)疤樣品的硬度測定結(jié)果Table 4 Moh’s hardness of scale formed at different temperatures

從表4中可以看出，隨著預(yù)熱溫度的升高，結(jié)疤的硬度逐漸增大。260 ℃后其相對硬度達(dá)到9，是非常堅硬、致密的結(jié)疤，這種結(jié)疤很難清理，這與工業(yè)生產(chǎn)上低溫結(jié)疤相對易清洗、高溫結(jié)疤難清理的實際情況相一致。結(jié)疤緊密沉積在套管的換熱面上，主要與換熱面的固液界面性質(zhì)有關(guān)，因此對結(jié)疤表面性質(zhì)的研究將有助于理解結(jié)疤形成機(jī)理。

2.4 結(jié)疤表面性質(zhì)分析

如上所述，難溶化合物從鋁酸鈉溶液中析出后，由于其原始粒徑小、表面能高，因而在熱力學(xué)上有易在界面上沉積以降低能量的趨勢，從而不斷沉積形成結(jié)疤，在此過程中結(jié)疤表面性質(zhì)與親水性鋼質(zhì)表面性質(zhì)對結(jié)疤清理有密切關(guān)系。因此，可通過測定難溶物質(zhì)的接觸角并以此計算結(jié)疤的表面能，分析結(jié)疤的表面性質(zhì)，為預(yù)防結(jié)疤提供理論依據(jù)。上述主要結(jié)疤樣品表面性質(zhì)的測定結(jié)果如表5和6所列。

從表5可以看出，以非極性的二碘甲烷為測試介質(zhì)時，樣品接觸角較?。?4°～27°）。除樣品1外，較低溫度下樣品2～4結(jié)疤的接觸角較?。ǎ?2°），而樣品5的接觸角較大（26.83°）。說明低溫段結(jié)疤疏水性相對較強(qiáng)，而高溫段結(jié)疤親水性相對較強(qiáng)。

以親水性甘油測定的結(jié)果（見表6）表明：低溫段結(jié)疤的接觸角大，結(jié)疤樣品表面自由能低，疏水性相對較強(qiáng)；高溫段結(jié)疤接觸角小，表面自由能高，粘附功大，親水性相對較強(qiáng)。對比表5的結(jié)果，接觸角較大，結(jié)果更可信，且表5的結(jié)論與表6的結(jié)論基本一致。

總體來說，隨著預(yù)熱溫度的升高，結(jié)疤的表面能升高，粘附功增大，結(jié)疤的親水性增強(qiáng)。由于鋼質(zhì)套管內(nèi)壁表面以致密氧化鐵或氧化鐵水合物為主，其具有較好的親水性［28］，因而在低溫下析出疏水性的結(jié)疤相時，結(jié)疤難以致密沉積，結(jié)疤易清理；而高溫下析出的結(jié)疤相親水性強(qiáng)，易緊密吸附在親水套管內(nèi)壁上，結(jié)疤難以清洗。這些表面性質(zhì)分析結(jié)果證明結(jié)疤的生成和清理難度與其表面性質(zhì)成正相關(guān)。

表5 非極性測試介質(zhì)（二碘甲烷）下結(jié)疤的表面性質(zhì)分析結(jié)果Table 5 Surface properties of scale detected with diiodomethane

表6 極性測試介質(zhì)（甘油）下結(jié)疤的表面性質(zhì)分析結(jié)果Table 6 Surface properties of scale detected with glycerol

2.5 結(jié)疤中主要物相表面性質(zhì)分析

套管中的結(jié)疤是各物相的混和物，因而表5和表6結(jié)疤表面性質(zhì)是結(jié)疤中主要物相表面性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。又由于在不同預(yù)熱段，結(jié)疤中物相含量均是變化的，為進(jìn)一步明確結(jié)疤過程中主要物相表面性質(zhì)的變化規(guī)律，以鈉硅渣、水化石榴石、鈦酸鈣和赤鐵礦這4種物質(zhì)為研究對象，進(jìn)一步細(xì)致分析結(jié)疤表面性質(zhì)的變化規(guī)律。其中我們已研究過赤鐵礦的表面性質(zhì)［29］。同時，為了說明低溫段和高溫段結(jié)疤表面性質(zhì)差異，研究了180 ℃和240 ℃條件下生成的鈉硅渣、水化石榴石和鈦酸鈣的表面性質(zhì)（見表7）。表7中rDS指固體色散力；rPS指固體極性力。其中固體極性力越大，說明該物質(zhì)在液體中的溶劑化趨勢越大，故用極性力與色散力之比（rP/rD）來表征物相的溶劑化趨勢。

從表7中看出，以甘油為測試介質(zhì)時，3種物質(zhì)接觸角從小到大的順序是水化石榴石、鈉硅渣、鈦酸鈣，說明鈉硅渣、水化石榴石的親水性較鈦酸鈣好。且隨著溫度的升高，鈉硅渣、水化石榴石的接觸角變化不明顯；而鈦酸鈣的接觸角增大，疏水性增強(qiáng)。以二碘甲烷為測試介質(zhì)時，其結(jié)果與甘油測試結(jié)果相反，結(jié)論一致。結(jié)疤主要物相的溶劑化趨勢（rP/rD）從小到大的順序為鈦酸鈣、鈉硅渣、水化石榴石，表面自由能按水化石榴石、鈉硅渣、鈦酸鈣的順序減小。隨著溫度的升高，鈉硅渣、水化石榴石的極性力、極性力與色散力之比（rP/rD）變化較小，而鈦酸鈣的極性力降低4 mN/m，極性力與色散力之比降低0.12，說明溫度對鈉硅渣、水化石榴石溶劑化趨勢影響較小，而對鈦酸鈣溶劑化趨勢影響較大，主要原因是低溫下可生成羥基鈦酸鈣，而高溫下會生成鈦酸鈣［4］。

綜上所述，鈉硅渣、水化石榴石親水性好于鈦酸鈣，鈦酸鈣疏水性相對較強(qiáng)；溫度對鈉硅渣和水化石榴石表面性質(zhì)影響不明顯，而溫度升高促使鈦酸鈣更疏水。結(jié)合表2的結(jié)果可知：隨著溫度升高，預(yù)熱套管結(jié)疤中相對疏水性物質(zhì)鈦酸鈣含量不斷減少，而不斷增多的相對親水性的鈉硅渣和水化石榴石使結(jié)疤中粒子緊密沉積，硬度增大。由文獻(xiàn)［29］可知，鐵礦物在 260 ℃下存在形式為赤鐵礦，極性力增大 4.02 mN/m，極性力與色散力之比增大0.12，表面能增大，結(jié)疤相對親水性增大，也會導(dǎo)致結(jié)疤清洗困難。

2.6 添加劑對結(jié)疤表面性質(zhì)的影響

通過加入有機(jī)添加劑嘗試改變渣相的表面性質(zhì)，以探索延緩結(jié)疤或防止結(jié)疤的可能性。模擬礦漿組成，以鋁土礦、鋁酸鈉溶液為原料，分別在180 ℃和240 ℃預(yù)熱，測定形成渣相的表面性質(zhì)，其結(jié)果如表8所列。

從表8中可以看出，與空白（未加添加劑）樣對比，礦漿中添加B35預(yù)熱后的渣相，以甘油為測試介質(zhì)時，在 180 ℃時接觸角增大，而 240 ℃時接觸角減?。?80 ℃時的渣相極性力與色散力之比減少了0.09，表面能降低3 mN/m，而240 ℃的渣相極性力與色散力之比增大了0.14，表面能增加了4.7 mN/m，說明添加劑B35可以改變預(yù)熱渣相的表面性質(zhì)，且在低溫下使渣相疏水性增強(qiáng)，親水性減弱；在高溫下使渣相親水性增強(qiáng)，疏水性減弱。加入添加劑TSC后，以甘油為測試介質(zhì)時，180 ℃時的接觸角減小，240 ℃時的接觸角增大；180 ℃的渣相極性力與色散力之比增加了0.15，表面能增加了11 mN/m，而240 ℃的渣相極性力與色散力之比減少了0.09，表面能減少了4 mN/m，從而180 ℃相對親水性增強(qiáng)，240 ℃相對疏水性增加。這些結(jié)果說明，添加劑TSC、B35都可以改變渣相的表面性質(zhì)，且添加劑 TSC處理后的渣相的性質(zhì)改變與添加劑 B35相反。這些探索結(jié)果表明，有可能通過改變固相表面性質(zhì)來達(dá)到延緩結(jié)疤的目的，深入的研究仍在進(jìn)行中。

表7 結(jié)疤中主要物相的表面性質(zhì)測定結(jié)果Table 7 Surface properties of DSP， hydrogainet and calcium titanate

表8 添加劑對渣相表面性質(zhì)的影響Table 8 Influence of additives on the surface properties of sediments

Note: ρ（Na2OK） is 220 g/L； aKis 3.0； concentration of CaO is 8%； concentration of B35 is 0.05 g/L； concentration of TSC is 0.01 g/L.

3 結(jié)論

1） 隨預(yù)熱溫度升高，結(jié)疤相中堿（Na2O）、二氧化硅、氧化鋁和磷含量升高；而氧化鎂、二氧化鈦、灼減量逐漸減少；且總鐵含量先升高，后降低；氧化鈣含量變化不明顯。鈦酸鈣量減少，鈉硅渣、水化石榴石量增多，且水化石榴石中二氧化硅系數(shù)增大，同時，結(jié)疤的硬度增大。

2） 隨著預(yù)熱溫度的升高，套管結(jié)疤的親水性增強(qiáng)，疏水性減弱；而結(jié)疤中鈉硅渣、水化石榴石比鈦酸鈣更親水；隨溫度升高，表面能增大，鈉硅渣和水化石榴石親水性增強(qiáng)，這些物質(zhì)在套管固液界面更致密沉積，導(dǎo)致結(jié)疤硬度增大、清理更難，同時，也證實了套管內(nèi)結(jié)疤清理難度與結(jié)疤中主要物相表面性質(zhì)密切相關(guān)。

3） 加入有機(jī)添加劑B35和TSC后，預(yù)熱渣相溶劑化趨勢在180 ℃和240 ℃顯示出不同的性質(zhì)，說明添加劑可改變渣相的表面性質(zhì)。

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（編輯 王 超）

Relationship between composition of scale in pipe and surface property in preheating diasporic slurry process

LIU Gui-hua1， LIU Peng1， ZHOU Qiu-sheng1， QI Tian-gui1， WU Hai-wen2， PENG Zhi-hong1， LI Xiao-bin1
（1. School of Metallurgical and Environment， Central South University， Changsha 410083， China；
2. Guangxi Branch of Chalco， Pingguo 531400， China）

In order to inhibit scale’s formation， the relationship between composition of scale and its surface property was investigated by the analysis of contact angle， X-ray diffraction and elemental content of scale. The results show that， with the increase of preheating temperature， the contents of alkali soda， silica， alumina and phosphorus increase， but those of magnesia， titania and igloss reduces gradually， the content of calcium oxides almost remains unchangeable. Increasing temperature raises the content of sodium hydrate alumino-silicate and hydrogarnet， but reduces the content of calcium titanate in scale. Moreover， increasing preheating temperature not only increases the stoichiometric coefficient of SiO2in hydrogarnet， but also improves the Moh’s hardness of the scale. Because the hydrophilicities of sodium hydrate alumino-silicate， hydrogarnet and hematite are greater than that of calcium titanate， increasing temperature enhances scale’s hydrophilicity and declines scale`s hydrophobicity. Therefore， the elevated temperature is conducive to the formation of the compact scale due to the hydrophilicity of sodium hydrate alumino-silicate and hydrogarnet， leading to difficult removal of the scale. In addition， the surface properties of the scale can be changed by adding the organic additive， implying an available method to inhibit the formation of the scale.

scale； preheating pipe； surface property； sodium hydrate alumino-silicate； calcium titanate； hydrogarnet；organic additive

Project （51274242） supported by the National Natural Science Foundation of China； Project （2015CX001） supported by the Innovation-driven Plan of Central South University， China

date： 2015-09-16； Accepted date： 2016-01-22

QI Tian-gui； Tel: +86-731-88830453； E-mail: qitiangui@csu.edu.cn

1004-0609（2016）-05-1143-08

TF821

A

國家自然科學(xué)基金資助項目（51274242）；中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動計劃”（2015CX001）

2015-09-16；

2016-01-22

齊天貴，講師，博士；電話：0731-88830453；E-mail：qitiangui@csu.edu.cn