本课题采用铝型材厂工业污泥合成堇青石材料及其应用，属于固体废弃物的综合利用和变废为宝的项目。与常规合成方法相比，具有原料和技术的创新，原料成本很低，预计经济效益和社会效益很显著。经国内外联机查新（附查新资料），至今尚未有利用铝型材厂工业污泥合成堇青石的专利和报道，属于国内外首次研究和能够建立具有自主产权的研究课题。合成原料选择和配方的研究：工业污泥是铝型材表面去污，碱洗和阳极氧化过程产生的废渣，经沉淀过滤得到的数量很大的固体废渣，其主要成分是γ-AlOOH,其中部分是晶体，部分是无定形体,粒子超细，表面积很大，活性高，固相反应和烧结推动力大，与常规方法相比可以降低反应温度，有利于堇青石的形成。实验过程用XRD法和SEM法表征各试样的晶相结构和显微结构；用内标半定量法确定各晶相的含量；用X pert plus软件确定各晶相的晶胞参数和晶胞体积。固相反应结果试样形成三种晶相：堇青石，莫来石固溶体和镁铝尖晶石，其中堇青石结构与单晶相同，具有六方晶系，p6/mcc空间群，晶胞参数发生微小变化；莫来石固溶体与也单晶相同，具有斜方晶系，pbam空间群，晶胞参数发生较大变化；镁铝尖晶石与单晶不同，空间群和晶胞参数皆发生变化。实验结果确定3#为最佳配方，其组成：污泥48%，滑石22%，粘土24%，添加剂6%。最佳反应温度和反应时间的确定：从固相反应机理与热缺陷形成原理来探讨不同反应温度和反应时间对堇青石形成与结构的影响，从中分析确定最佳反应温度为1350℃，最佳反应时间为5小时。探讨TiO2矿化剂对堇青石形成的影响：在配方中添加少量的TiO2矿化剂，在高温下能与主晶相形成固溶体，使晶体缺陷浓度增加，粒子扩散速度加快，有利于固相反应形成堇青石晶体。实验结果：堇青石含量随着TiO2含量增加而增加，确定3.0%为最佳的TiO2添加量。探讨原料杂质对堇青石形成的影响：在合成原料中添加少量的K2O，Na2O，CaO和Fe2O3等杂质，对合成堇青石的结构与性能有较大的影响。本文主要从晶体结构缺陷，固相反应机理以及液相形成对堇青石形成影响进行探讨。确定最佳原料杂质存在量，为选择其他原料和确定最佳配方提供可靠的数据。实验结果确定原料杂质最佳允许存在量：Fe2O3为0.8%，CaO为2.5%，K2O为1.1%，Na2O≤0.3%。以合成堇青石为主原料，外加矿化剂和添加剂，经过科学配方和实验，经物性分析结果：确定4＃为最佳配方，其配方组成：堇青石90％，添加剂含量为5％，矿化剂含量为5％，其抗折强度为114.81kg/cm2，1次和10次热震保持率分别为41.56％和27.62％。这种配方研制的窑具材料具有优良的高温性能，热稳定性好，使用寿命长，可作为该课题中试部分。