川西锂辉石浮选尾矿制备陶瓷材料及其性能研究

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浮选尾矿作为一种特殊的大宗工业固废,通常在选矿后直接堆放于尾矿库中,这种处理方式会占用大量土地资源,甚至危害环境和人体健康,因而尾矿的资源化利用具有重要的现实意义。本文以锂辉石浮选尾矿为主要原料,对其综合利用方式进行了探索,主要研究了锂辉石浮选尾矿作为原料应用于陶瓷材料、多孔陶瓷材料以及低温烧结吸附材料的潜力。首先通过一系列的表征测试对锂辉石浮选尾矿的基础物理化学性质进行了分析。在尾矿制备日用陶瓷的研究中,分别探索了黏结剂质量比、烧结温度、原料配比对陶瓷材料性能的影响,筛选了较为适宜的制备条件。在多孔陶瓷制备方面,通过过氧化氢发泡法制备了高气孔率的多孔陶瓷材料,但存在高温收缩明显的问题。考虑到低熔点玻璃粉可在更低的烧结温度下产生液相,因而选用低熔点玻璃粉为原料,以期通过液相烧结降低材料烧结温度。最后,将发泡法和低温烧结结合,制备了低温烧结多孔吸附材料。本文主要结果如下:首先以高岭土为黏结剂制备了陶瓷材料。陶瓷材料致密化的原因主要为玻璃相的出现填充了颗粒间部分空隙以及高温下传质作用的加强使颗粒间颈部黏结并拉近其中心距。锂辉石尾矿中三大矿物组分(石英、长石和云母)中长石及其低共熔相的熔融为陶瓷材料致密化的主要原因;以脊性料石英为主要原料时,试样强度随着石英粒度的降低而提高;而层状白云母在高温下会发生脱羟基反应,层间距增加、晶体结构被破坏。其次,通过过氧化氢发泡法可制备出气孔率达64.14%的多孔陶瓷材料。对多孔陶瓷物理性能影响最大的两个因素为烧结温度和高岭土质量比。当烧结温度为1150℃,高岭土质量比为10%时,可制备出抗折强度、抗压强度、显气孔率和吸水率分别为2.46 MPa、4.96 MPa、52.48%和44.96%的多孔陶瓷材料。另外,选用低熔点玻璃粉(LPG)为高温黏结剂,在550℃的烧结温度下制备了力学性能良好的低温烧结材料。结果表明,当低熔点玻璃粉的质量比为30wt.%,烧结温度为650℃时样品抗折强度和抗压强度最大,分别为19.55 MPa和42.25 MPa,此时样品的平均显气孔率高达24.52%,这是由于颗粒间堆积形成堆积孔。低熔点玻璃粉熔融所导致的液相的出现为颗粒间黏结的主要原因。最后基于上述研究基础,将低温烧结和化学发泡造孔相结合,制备了低温烧结多孔吸附功能材料。所制备的材料显气孔率高于50%,抗折强度高于5.5 MPa,其线收缩率仅为1.43%,克服了多孔陶瓷高温下剧烈收缩的问题。此外,由于烧结温度的降低,使得高岭土未完全脱羟基转变为偏高岭土,这保持了高岭土的吸附性能,进而实现了多孔材料吸附性能的负载。
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