煤矸石是一种工业―三废‖(废气、废液、废渣)俱全的废弃物,已经带来了严重的资源浪费和环境污染问题。堇青石质多孔陶瓷既有堇青石自身较低的热膨胀系数和低的介电常数同时也具备多孔陶瓷高的比表面和孔道结构,已经广泛应用于多孔陶瓷催化剂载体,太阳能蓄热材料等。因此采用较低成本的原料-工业固体废弃物去制备多孔堇青石质陶瓷具有重要的实际意义和应用价值。本研究以煤矸石为主要原料,以铝矾土、碱式碳酸镁为配料,通过有机泡沫浸渍法制备堇青石质多孔陶瓷。探讨了浆料固相含量、烧结温度、烧结时间、酸浸时间、酸矸比及酸浸温度对所制备多孔陶瓷性能和结构的影响。采用TG/DSC热分析仪、X射线衍射仪和SEM扫描电镜等手段研究了烧结过程中的物相结构的演变及微观结构变化的特性,且通过显气孔率和抗压强度对堇青石多孔陶瓷的性能进行了表征,得出以下结论。(1)研究了烧结温度和时间对堇青石陶瓷物相形成的影响。随着烧结温度的升高,原料中各成分相互反应,在1150℃开始生成堇青石相,堇青石含量随温度逐渐增加,且堇青石与镁铝尖晶石的比值也逐渐提高;样品显气孔率随之减小,而抗压强度提高,但在1200℃时反常,这是由于天然煤矸石原料中的杂质在高温下产生大量液相造成样品表面出现液泡所导致的显气孔率异常增大。而延长烧结时间(≥2 h)对样品的物相及性能(显气孔率与抗压强度)并无显著影响。(2)研究了浆料固相含量的影响。随着浆料固相含量从45 wt.%增加至60wt.%,多孔陶瓷的显气孔率和抗压强度均增加。主要原因是浆料固相含量的增加,海绵模板孔筋上所吸附的浆料厚度增加,在后期烧结中海绵被排除后,孔筋上吸附较厚浆料的素坯在烧结过程中其骨架收缩较小,形成致密的孔筋,因而其显气孔率与抗压强度均增大。当浆料固相含量为60 wt.%时,可制备出显气孔率为73.69%、抗压强度为2.23 MPa的堇青石多孔陶瓷。(3)研究了煤矸石原料中杂质含量对多孔陶瓷样品烧结特性和性能的影响。煤矸石中杂质的存在对陶瓷的高温烧结特性有显著影响。论文通过酸浸处理条件(酸浸时间、酸矸比和酸浸温度)调控煤矸石中杂质含量,结果表明延长酸浸处理时间、提高酸矸比和提高酸浸处理温度均能提高杂质去除率,制备多孔陶瓷样品的显气孔率和抗压强度同时提高;随着杂质去除率从40.11%增加至53.73%,样品显气孔率从83.55%逐渐减小至76.40%,而抗压强度呈增加趋势。其中酸矸比对除杂率的影响最大,其次酸浸时间,最后是酸浸温度。除杂率为40.11%时所制备样品的显气孔率(83.55%)最大,其抗压强度为2.31MPa;除杂率为47.21%时所制备样品的抗压强度(3.68 MPa)最大,其显气孔率为79.31%。(4)对以煤矸石为原料烧结堇青石多孔陶瓷的机理探讨。堇青石陶瓷的形成温度一般为1300℃,而本论文中在1150℃就观察到堇青石相的形成。这是由于煤矸石原料中多种杂质成分起到助烧剂的作用,在陶瓷烧结过程中形成的液相利用自身的表面张力把参与反应的固体颗粒拉近,为堇青石的形成传递介质,促使堇青石晶核的不断产生与长大,降低堇青石烧成温度和提高坯体的致密度。此外杂质促进方镁石MgO与刚玉Al2O3的活性,在较低温度下形成的镁铝尖晶石与无定形SiO2的反应也降低了堇青石的烧结温度。