论文部分内容阅读
本研究以煅烧铝型材厂污泥、高岭土和滑石粉为主要原料,制备刚玉/莫来石/堇青石复相材料,属于固体废弃物的综合利用,在环保与经济上有重要意义。主要探讨不同配方,不同烧结工艺,不同矿化剂和两步煅烧法对复相材料结构与性能的影响。采用XRD和SEM表征各试样的晶相和微观形貌,采用Rietveld Quantification和Philips X’plus软件确定各试样的晶相含量及其晶胞参数;测试各试样的体积密度、显气孔率、吸水率、抗折强度以及热震抗折强度保持率。由实验分析结果可知:各试样主要形成α-Al2O3(刚玉)、Al4.59Si1.41O9.7(莫来石固溶体),Mg2Al4Si5O18(堇青石)和MgAl2O4(镁铝尖晶石),前三者含量较高。其中Al4.59Si1.41O9.7晶体呈针状和柱状,能构成较完整的网络结构;α-Al2O3晶体为变形的六方片状,Mg2Al4Si5O18晶体为无规则的粒状;实验前后各晶相的空间群没有改变,晶胞参数只发生微小的变化。研究结果表明:随着滑石粉含量的增加,试样的抗折强度逐渐增加,1次热震抗折强度保持率和体积密度逐渐降低;确定的相对最佳配方为:煅烧污泥34wt%,龙岩高岭土 52wt%,滑石粉14wt%。适当升高烧结温度和延长保温时间,能促进固相反应和烧结,能有效地增加试样的抗折强度和体积密度;确定的相对最佳烧结温度和保温时间分别为1380℃和3h,相应的晶相及含量:α-Al2O3为 29.54wt%,Al4.59Si1.41O9.7 为 23.66wt%,Mg2Al4Si5O18 为 43.77wt%和 Mg2(SiO4)为3.03wt%;其对应的抗折强度为58.49MPa、1次热震抗折强度保持率为57.55%、显气孔率为1.56%、吸水率为0.64%和体积密度为2.44g/cm3。在复相材料中添加TiO2和TiO2/ZrO2混合矿化剂有利于固相反应形成Mg2Al4Si5O18,能提高试样的抗折强度;添加ZrO2矿化剂有利于固相反应形成Mg2Al4Si5O18和Al4.59Si1.41O9.7,能抑制二者晶粒的生长,确定TiO2、ZrO2和TiO2/ZrO2混合矿化剂相对最佳添加量分别为2.5wt%、2.5wt%和(0.75wt%+0.75wt%)。利用两步煅烧工艺可以减小材料在烧结过程中的收缩和变形,提高材料的热稳定性;实验结果确定:相对最佳的配方为80wt%合成堇青石和20wt%煅烧污泥;相对最佳烧结温度和保温时间分别为1400℃和3h,其对应的抗折强度为51.91MPa,1次热震抗折强度保持率为72.98%。