论文部分内容阅读
由于大量堆积并不断增加的各种工业固体废弃物对人类环境破坏的日益加剧，固体废弃物的处理变得越来越重要。本研究以氧化铝工业的固体废弃物赤泥为主要原料，以粉煤灰、煤矸石和页岩等为主要辅助原料，并加入一些改善材料成型及烧成性能的添加剂，分别采用半干压成型和真空挤出成型两种技术，制备了性能优良的系列赤泥质陶瓷清水砖，实现了对多种工业固体废弃物的综合开发和利用。利用TG-DTA、SEM、XRD和XRFA等测试手段，分析了工业固体废弃物赤泥、粉煤灰、煤矸石和低品位粘土页岩的特性、微观形貌和物相组成。结果表明，赤泥作为清水砖的主要原料，其组成中SiO2和Al2O3含量低而CaO含量高，不满足制砖的化学组成要求；而从化学组成上看粉煤灰、煤矸石和页岩则满足制砖的要求。采用TG-DTA、SEM、XRD和EPMA等测试方法，对赤泥质陶瓷清水砖样品的性能和微观结构进行了分析测试。结果表明，赤泥的添加量超过70％时，样品性能大幅下降。通过调节其它原料比例制备出了性能较好的赤泥质清水砖，典型配方L-4于1080℃下烧成样品的吸水率Wa为21.50％，气孔率Pa为38.56％，体积密度D为1.79g／cm3，抗折强度为σb为33.93MPa，抗压强度σc为86.95MPa（＞MU30），热导率九为1.333×10-2W·cm-1·K.（-1）(＜5×10-2W·cm-1·K-1)，抗冻融性为66.35MPa。在改进的陶瓷清水砖配方烧结法赤泥-拜耳法赤泥系统探索中，在加入了添加剂后，赤泥的含量达到了90％。典型配方BN-7于1120℃下烧成样品的Wa为15.67％（＜20％），Pa为24.69％，D为1.58g／cm3，σb为47.11MPa，σc为122.68MPa（＞MU30），抗冻融性为118.65MPa，λ为2.193×10-2W·cm-1·K-1。半干压成型制备的赤泥质陶瓷清水砖样品的各项性能参数达到或超过了烧结普通砖GB5101-2003的各项指标参数。对陶瓷清水砖进行了系统的挤出成型实验研究。重点讨论了挤出成型对坯料化学组成的基本要求、泥料的可塑性研究、空心砖坯体的干燥机理、影响空心砖保温性能的因素以及在挤出实验中遇到的问题及解决方案等问题。实验发现，陈腐时间为2d坯料的可塑性最好，可塑性指标达2.0～3.7cm·kg；加入增塑剂能提高泥料的可塑性指标，多孔砖的选型对其强度和保温性能的影响明显等，并制订了合理的赤泥质陶瓷烧结空心砖的坯体干燥温度制度和烧成制度。制备出的三孔空心砖的抗压强度达到了16.36MPa，超过了国家MU10的空心砖强度标准。对赤泥陶瓷清水砖反应机理探讨发现，在烧结法赤泥制备陶瓷清水砖系统中，由于CaO含量较高，这一系统在高温烧成中虽有Al-Si尖晶石中间相（生成莫来石的中间相）生成，但倾向优先生成含钙矿物如钙长石、硅灰石等。而在烧结法-拜耳法赤泥系统中，由于CaO含量降低，这一系统中主晶相为石英，虽也有钙长石生成，但已出现添加剂H脱水产物顽火辉石，又有倾向生成莫来石的中间相Al-Si尖晶石出现，若进一步提高烧成温度将会生成莫来石，继而生成堇青石等主晶相。烧结法赤泥系统中由于CaO含量高，由添加剂H游离出的Mg存在于系统的玻璃相中，而添加拜耳法赤泥后，系统中的Al2O3含量增加，而随着CaO含量减少，便出现添加剂H脱水生成的顽火辉石相，系统的高温反应符合Mg-K（Na）-Al-Si系统规律。