钙镁比例调控单硅钙石水热活性及其对托贝莫来石晶体生长的原子尺度机制研究

本文系统研究了钙镁比例（C/M）对单硅钙石（CaMgSiO4）水热活性的影响，揭示了Ca2+与Mg2+在硅酸盐网络中的竞争性溶解行为。通过分子模拟与多表征手段（XRD/SEM/FTIR/TG-DTG）证实，C/M=2时体系可获得最大堆积密度（1825.1 kg/m3）和最优抗压强度（28.3 MPa），并促进托贝莫来石（tobermorite）等层状硅酸盐矿物的形成，为固废资源化提供理论依据。

　　

Highlight

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  在1400°C烧结4小时条件下，钙镁比例（C/M）对烧结产物单硅钙石（monticellite）的形成影响微弱。
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  碱性环境中，提高C/M比例可增强Ca²⁺和Si⁴⁺的溶解效率，但过高碱度会抑制体系内离子溶解。
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  镁元素的添加对整体系统产生显著影响，在C/M=2时实现最大堆积密度（1825.1 kg/m³）和最佳抗压强度（28.3 MPa）。
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  适量镁元素促进托贝莫来石（tobermorite）等层状硅酸盐矿物的形成，其纤维状或片状形态展现出更高的热稳定性及更致密的微观结构。
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  Ca²⁺在硅酸盐网络中优先于Mg²⁺与硅酸根离子结合，形成水合硅酸钙（C-S-H）。

Conclusion

本研究系统探讨了钙镁比例（C/M）对单硅钙石（monticellite）水热活性的影响，结果表明：

1. 1.
   提高烧结温度有助于单硅钙石的形成，尤其在1400°C下烧结4小时效果显著。在此条件下，不同C/M比例均能形成单硅钙石，表明钙镁比对烧结产物的影响较小。
2. 2.
   在碱性环境中，提高C/M比例可提升离子溶解效率。