【摘 要】
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近年来,我国矿产工业发展迅速,铁矿石的开采量不断增加,选矿厂排出的铁尾矿量也日益增多,铁尾矿堆存量也在不断上升。长此以往,不仅占用土地,而且还带来环境与安全问题,已成为制约矿产业持续发展、危及矿区周边生态环境与安全的重要因素。将铁尾矿资源化利用生产建筑陶瓷是解决铁尾矿存量的有效途径之一,不仅可以大量消耗铁尾矿,解决生态问题,还能解决建陶行业的原料匮乏,创造经济效益。本文以河北省西石门地区铁尾矿为高
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近年来,我国矿产工业发展迅速,铁矿石的开采量不断增加,选矿厂排出的铁尾矿量也日益增多,铁尾矿堆存量也在不断上升。长此以往,不仅占用土地,而且还带来环境与安全问题,已成为制约矿产业持续发展、危及矿区周边生态环境与安全的重要因素。将铁尾矿资源化利用生产建筑陶瓷是解决铁尾矿存量的有效途径之一,不仅可以大量消耗铁尾矿,解决生态问题,还能解决建陶行业的原料匮乏,创造经济效益。本文以河北省西石门地区铁尾矿为高掺量原料制备建筑陶瓷,结合预应力陶瓷增强技术,分别采用陶瓷涂层和离子交换增强铁尾矿建筑陶瓷的机械性能,并探究最佳配方组成及工艺参数。主要研究结果如下:(1)以西石门铁尾矿、钾长石、烧滑石为原料制备建筑陶瓷,以抗折强度为主要性能指标,得出性能最佳的配方组成,并探究烧成温度、保温时间、球磨时间对铁尾矿建筑陶瓷抗折强度的影响,得出最佳的工艺参数。结果表明:铁尾矿45wt%、钾长石27.5wt%、烧滑石27.5wt%,烧成温度1200℃,球磨时间4 h,保温时间0.5 h,抗折强度达到最大值,为114.92 MPa。(2)铁尾矿建筑陶瓷的烧结范围较窄,添加Zn O可有效拓宽铁尾矿建筑陶瓷的烧结范围,通过改变Zn O的添加量,探究Zn O的添加量对铁尾矿建筑陶瓷烧结范围的影响。结果表明:添加4wt%的Zn O,铁尾矿建筑陶瓷的烧结范围由30℃(1180~1210℃)拓宽至60℃(1140~1200℃),此时拓宽效果达到最大,但抗折强度降至103.23 MPa。当Zn O的添加量超过4wt%后,烧结范围不再额外拓宽,仅降低整体烧结温度。(3)利用白云石、Al2O3、Si O2制备陶瓷涂层,以铁尾矿建筑陶瓷的抗折强度为主要性能指标进行强化,得出增强效果最佳的涂层配方组成,并探究涂层厚度、保温时间、球磨时间对陶瓷涂层增强效果的影响,得出陶瓷涂层增强最佳的工艺参数。结果表明:白云石32wt%、Al2O312wt%、Si O256wt%,涂层质量百分比为5wt%(厚度为196.45μm),保温时间0.5 h,球磨时间5 h。经陶瓷涂层增强后的铁尾矿建筑陶瓷抗折强度由103.23MPa增至148.51 MPa,显微硬度由608.36kg/mm~2增至751.13 kg/mm~2,断裂韧性由1.71 MPa·m1/2增至1.82 MPa·m1/2,抗热震性由20~180℃增至20~280℃。(4)采用KNO3熔盐进行离子交换增强,利用K+离子交换铁尾矿建筑陶瓷内部的Na+离子,通过改变交换温度和时间,以交换后试样的抗折强度为主要性能指标,探究离子交换增强的最佳工艺参数。结果表明:交换温度400℃,交换时间5h。经离子交换增强后的铁尾矿建筑陶瓷抗折强度由103.23MPa增至167.81 MPa,显微硬度由608.36 kg/mm~2增至816.22 kg/mm~2,断裂韧性由1.71 MPa·m1/2增至1.86MPa·m1/2,抗热震性由20~180℃增至20~220℃。
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