【摘 要】
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钛铁渣是采用铝热还原法冶炼钛铁合金过程中产生的固体废弃物（Ti O2含量约8～15wt.%）。随着钛铁合金市场需求量的增长,如若对随之产生的大量工业废渣不进行及时、有效地处理,不仅会因就地堆积而占用土地,亦会造成一定的环境污染,对矿产资源而言更是一种浪费。在倡导建设环境友好型社会的背景下,钛铁渣的资源化利用研究可有效地降低相关产业原料成本,通过“变废为宝”促进地方经济的可持续发展。本课题针对目前市
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钛铁渣是采用铝热还原法冶炼钛铁合金过程中产生的固体废弃物（Ti O2含量约8～15wt.%）。随着钛铁合金市场需求量的增长,如若对随之产生的大量工业废渣不进行及时、有效地处理,不仅会因就地堆积而占用土地,亦会造成一定的环境污染,对矿产资源而言更是一种浪费。在倡导建设环境友好型社会的背景下,钛铁渣的资源化利用研究可有效地降低相关产业原料成本,通过“变废为宝”促进地方经济的可持续发展。本课题针对目前市场上常用的汽车尾气颗粒过滤器材料存在的一些弊端,基于铝热还原法冶炼产生的钛铁渣矿物组成与理化特性,通过引入氢氧化铝（Al（OH）3）和二氧化钛（Ti O2）添加剂使复杂的、不稳定的钛铁渣物相转变为以六铝酸钙、钛酸铝和少量钛酸钙为主晶相的稳定结构。同时,选择淀粉、稻壳、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等造孔剂,通过控制造孔剂种类和添加量,制备了孔径分布窄、具有良好机械强度和耐高温性能的六铝酸钙-钛酸铝（CA6-AT）多孔陶瓷。以此为基础,利用钛铁渣中含有的Fe2O3、Mg O、Si O2等微量杂质可以与钛酸铝在高温下形成固溶体,以降低钛酸铝的热分解和各向异性性,探索了以钛铁渣、氧化铝与氧化钛为原料制备CA6-AT蜂窝陶瓷及其在颗粒过滤器中的应用,实现了钛铁渣的全组分、高附加值综合利用。研究结果如下:（1）钛铁渣是一种高铝质原料（Al2O3含量约为75wt.%）,烧后微粉坯料具有较高的体积密度、较小的热膨胀系数、18.5%的显气孔率和70.3MPa的抗弯强度,在多孔陶瓷原料中体现出良好的应用潜力。渣中Ti元素主要以固溶相存在,经高温热处理后会发生脱溶,选择氢氧化铝为添加剂可与之反应形成具有高熔点、低热膨胀系数、优良抗热震性及良好抗蚀性的六铝酸钙-钛酸铝复相陶瓷。（2）氢氧化铝添加剂的加入量研究显示,在1450℃氧化气氛热处理过程中,氢氧化铝与钛铁渣中游离的钛或者氧化钛发生反应生成钛酸铝,与钛铁渣中二铝酸钙反应生成六铝酸钙。二者共同作用使得钛铁渣发生物相转变形成CA6-AT复相陶瓷;同时,过量的氢氧化铝则以富余刚玉相存在。（3）六铝酸钙-钛酸铝复相陶瓷的烧结过程研究显示,随着烧结温度的提高,高温下低熔点相中的液相流动与晶粒的长大填充了陶瓷试样中的大孔隙,使得CA6-AT复相陶瓷的显气孔率降低,烧结致密化程度和强度均增加。（4）二氧化钛添加剂的加入量研究显示,Ti O2可与CA6-AT复相陶瓷中富余的刚玉相发生反应形成钛酸铝;当Ti O2加入量为5wt.%时,CA6-AT复相陶瓷中刚玉相消失,形成了以六铝酸钙、钛酸铝和少量钛酸钙为主晶相的稳定结构。过量的Ti O2加入则会使得CA6-AT复相陶瓷中出现金红石相和大量的液相,虽能一定程度地降低陶瓷试样的孔隙率、提高强度,但由于Ti O2热膨胀系数较高,使得CA6-AT复相陶瓷室温下易出现严重微裂纹化,导致其机械强度急剧降低。（5）以玉米淀粉作为造孔剂制备的六铝酸钙-钛酸铝复相多孔陶瓷中气孔分布较均匀,形状规则,气孔率较高,部分闭气孔连通起来形成大量形状不规则的贯通气孔;以稻壳作为造孔剂制备的六铝酸钙-钛酸铝复相多孔陶瓷中不规则的闭气孔较多;以PMMA作为造孔剂制备的六铝酸钙-钛酸铝复相多孔陶瓷中层状裂纹较多,气孔率较高。（6）以钛铁渣、氧化铝和氧化钛为原料制备CA6-AT复相蜂窝陶瓷的研究显示,钛铁渣的引入可以促进钛酸铝的烧结,使六铝酸钙-钛酸铝复相蜂窝陶瓷的体积密度增加,显气孔率降低;同时,钛酸铝晶粒粗化和六铝酸钙的形成均可提高蜂窝陶瓷强度。当钛铁渣添加量为20wt.%时,六铝酸钙-钛酸铝复相蜂窝陶瓷显气孔率约为30.2%,其抗弯强度达到了6.5MPa。
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