
利用粉煤灰制備堇青石微晶玻璃
發布時間: 2005-03-22 00:00 查看: 2339次
堇青石是一種硅酸鹽礦物,具有密度小、熱膨脹系數低、抗熱震性能好、化學熱穩定性能優良和紅外輻射率高等優點。廣泛應用于耐火材料、催化劑載體材料和紅外輻射材料等方面。人們多采用高嶺石、滑石等礦物原料和工業氧化鋁來合成堇青石陶瓷。國外已有報道,利用粉煤灰來合成堇青石,國內還未見到有相關報道。粉煤灰為火力發電廠排放的固體廢棄物,它占用耕地、污染空氣,是世界各國亟待解決的環境問題。據統計,2000年我國粉煤灰的排放量已達到1.6億噸,如何合理開發利用粉煤灰資源,變廢為寶,是需要深入研究的重要課題。
據悉,中國地質大學材料科學與化學工程學院課題組,日前已成功地利用粉煤灰為主要原料制備出具有優良抗熱震性能的堇青石微晶玻璃材料。為陶瓷工業合理利用粉煤灰,緩解環境污染,降低陶瓷制作成本,開辟了新途徑,具有良好的推廣應用價值,現將其具體作法簡介如下:
一、原料
所用原料有:粉煤灰、工業氧化鋁、堿式碳酸鎂等。其中粉煤灰粒度325目,工業氧化鋁180目。粉煤灰要經900℃/2h熱處理,燒掉其中的自由碳粒。
粉煤灰的化學組成(%):SiO2 53.87、TiO2 1.32、Al2O3 26.92、Fe2O3 4.02、CaO 2.49、Na2O 0.25 K2O 1.22 IL 7.1
二、堇青石微晶玻璃的制備
微晶玻璃的基礎配方為:粉煤灰:68%、工業氧化鋁:10%、堿式碳酸鎂:22%、甲基纖維素:5%、硬脂酸:1%。
按基礎配方準確稱量后,將粉煤灰、工業氧化鋁和堿式碳酸鎂的混合料入球磨機中混勻,然后添加甲基纖維素和硬脂酸,再次混勻。
取混合料加水練泥后壓制成型,壓力為15MP制成樣品。樣品干燥后在高溫電爐中燒結,采用溫度分別為:1000℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃和1300℃,保溫時間均為4小時。
三、測試與分析
燒成樣品性能測試主要是抗熱震性能測試,以高溫水冷循環不破裂次數表征。測試過程是:將試樣放入高溫爐中,于1200℃保溫15分鐘,取出投入28℃水中急冷,晾干后重新將試樣放在1200℃高溫爐中保溫15分鐘,再取出投入28℃的冷水中,如此反復,直至試樣破裂為止。所制樣品經受了37次1200℃~28℃冷水的熱沖擊,于38次破裂。
采用理學粉晶衍射儀對6個燒成樣品進行物相分析顯示:1000℃/4h燒制的樣品含有大量的玻璃相和石英、莫來石、方鎂石、頑火輝石等晶相。1100℃/4h燒制的樣品,莫來石、石英、方鎂石和頑火輝石明顯減少,同時生成堇青石和尖晶石。1150℃/4h樣品,堇青石大量形成,此時仍有少量的頑火輝石、尖晶石與一定量的玻璃相存在。隨著溫度的逐步上升,玻璃相減少,堇青石相逐漸增多,結晶程度也大大提高。1250℃/4h和1300℃/4h燒制的樣品中,堇青石的結晶程度較高,雜質相和玻璃相很少。通過電子探針對1300℃/4h燒成樣品的分析也顯示了同樣的結果。
1300℃/4h燒成樣品含有較多的氣孔,材料的視孔隙率達到了40%,氣孔孔徑較大,許多都達到了50μm。但較大的孔隙并沒有降低樣品的抗熱震穩定性,這也可能是均勻分布的大孔隙分散了材料的熱應力,并減小了樣品的厚度,使之更有利于發揮材料的抗熱震性能。這與試樣的性能測試結果1200℃~28℃水淬火循環37次不破裂相吻合。
四、結論
利用粉煤灰的主要原料,1300℃/4h燒成的微晶玻璃材料,堇青石晶粒細小,含量達到80%,它與玻璃相交織呈浸染狀均勻分布,微晶玻璃中有許多氣孔,但分布均勻且孔徑較大,具有良好的抗熱震穩定性。
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