劉艷娟
(唐山學院 河北 唐山 063005)
堇青石分子式為2MgO·2Al2O3·5SiO2,它不僅具有膨脹系數(shù)小,一般為1.76×10-6~2.30×10-6,還具有良好的熱穩(wěn)定性和導熱性能,故廣泛應用于制作耐火材料、催化劑載體等。材料工作者對堇青石的合成已經(jīng)進行了大量的研究,也取得了較好的成果[1-5]。
鋁型材堿蝕渣是鋁型材加工過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后得到的固體廢棄物,因其主要組成為氫氧化鋁,加熱后制得的氧化鋁具有很高的活性,為此可作為鋁源。本研究采用鋁型材堿蝕渣(簡稱堿蝕渣)為鋁源原料,與其他物料配合制備堇青石??蓪崿F(xiàn)堿蝕渣這一固體廢棄物的綜合利用,使其可持續(xù)發(fā)展。
實驗采用主要儀器有:KM快速研磨機(湘潭湘儀儀器有限公司)、TYE-300D全自動抗折抗壓試驗機(北京路業(yè)科宇試驗儀器有限公司)、SX2箱式電阻爐(湘潭華豐儀器制造有限公司)、D/MAX2500PC型X射線衍射儀(日本)。
實驗采用主要原料有:鋁型材堿蝕渣(唐山紫天化工防腐有限公司)、滑石粉(唐山某陶瓷廠)、粘土(唐山某陶瓷廠),各種原料化學組成見表1(另外實驗使用復合外加劑FM-5)。
表1 原料化學組成(質(zhì)量%)
以堿蝕渣為主要原料制備堇青石工藝流程如圖1所示。
圖1 堿蝕渣制備堇青石工藝流程
根據(jù)堇青石組成進行配方設計,改變堿蝕渣的用量,使之在堇青石理論組成配方的高氧化鋁和低氧化鋁范圍內(nèi)變化,于1 300 ℃下保溫1 h進行燒結(jié)。其配方見表2。
表2 合成堇青石的配方(質(zhì)量%)
表2配方產(chǎn)品經(jīng)燒結(jié)后,測定試樣的抗壓強度見表3。
表3 堿蝕渣用量對合成堇青石抗壓強度的影響
由表3抗壓強度可見,M3試樣抗壓強度較高,對其進行X射線衍射分析,其X射線衍射分析圖如圖2所示。
由圖2可見,經(jīng)燒結(jié)所得的試樣中主要是堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)礦物,初步確定坯料配方(質(zhì)量%)為:堿蝕渣20、滑石33、粘土47。
在上述配方的基礎上,實驗研究燒結(jié)溫度對合成堇青石的影響。在1 300 ℃、1 350 ℃及1 400 ℃下對試樣進行燒結(jié),保溫1 h,實驗結(jié)果見表4。由表4可見,燒結(jié)溫度在1 350 ℃時,試樣燒結(jié)良好,選定燒結(jié)溫度為1 350 ℃,保溫1 h下進行燒結(jié),對燒結(jié)試樣進行X射線衍射分析,其結(jié)果見圖3。
圖2 試樣M3的X射線衍射分析
溫度(℃)N1N2N31300不致密不致密不致密1350燒結(jié)良好燒結(jié)良好燒結(jié)良好1400過燒變形過燒變形過燒變形
圖3 1 350 ℃保溫1 h時試樣X射線衍射圖
由圖3可見,合成所得試樣的主要礦相是堇青石,且衍射圖上堇青石衍射峰明顯增強,說明堇青石礦物晶體含量增加,晶格更加完善。
在配方(質(zhì)量%)為:堿蝕渣20、滑石33、粘土47。其燒結(jié)溫度為1 350 ℃時,采用不同的燒結(jié)保溫時間,試驗結(jié)果見表5。
由表5可見,保溫時間的長短關(guān)系到材料燒結(jié)的質(zhì)量。保溫時間過短,反應未完全,存在欠燒現(xiàn)象,即沒有達到較好的燒結(jié)效果;燒結(jié)保溫時間過長,將會產(chǎn)生高溫玻璃相,因為玻璃相粘度隨著溫度的提高會下降,從而導致試樣燒結(jié)變形。為此保溫時間不能太長,也不能太短,由上述實驗結(jié)果可知,選定最佳燒結(jié)保溫時間2 h。
表5 保溫時間對合成堇青石的影響
使用鋁型材堿蝕渣為原料,可實現(xiàn)堇青石的合成。以鋁型材堿蝕渣為原料,制備堇青石合理的配方為(質(zhì)量%):堿蝕渣20、滑石33、粘土47;合理的燒結(jié)溫度為1 350 ℃,保溫時間為2 h。