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本研究利用佛山新河铝业有限公司的工业废渣代替传统的工业氧化铝,同时添加片状结构的高岭土、滑石成功的合成了片状结构的堇青石,与传统合成方法相比,不仅降低了原料成本,同时也保护了环境,属于固体废弃物的综合利用和变废为宝的项目,具有极高的市场竞争力和应用推广价值。
本论文详细探讨了铝型材厂工业废渣的化学组成以及煅烧转化规律,采用XRD以及SEM等表征手段系统研究了废渣的晶相组成、微观结构以及随着煅烧温度的变化其晶相和微观结构的变化规律,采用化学成分分析仪测定废渣中各组分的百分含量,为充分利用废渣合成堇青石提供了理论依据。
以铝型材厂工业废渣为原料合成堇青石,采用的技术路线简单易行,烧成温度低,合成的堇青石纯度高,而且具有明显的片状结构。论文详细分析了原料的种类、原料的配方、烧结温度、保温时间以及添加一定量的晶核剂等对合成堇青石的影响,采用X-射线衍射(XRD)、电子显微镜(SEM)组织结构分析及热膨胀特性测试(CTE),实验结果表明:原料的纯度越高合成的堇青石效果越好;合成堇青石的不同配方中,以富含镁的配方合成的效果最佳,能够完全形成堇青石相,且其热膨胀系数最低达到2.02×10℃-1;烧成温度能够显著影响堇青石的晶相组成,微观形貌以及热膨胀系数,实验得到的最佳烧成温度为1380℃,此时已完全合成堇青石,当烧结温度低于此温度时,物相中含有镁铝尖晶石相,当烧成温度高于1380℃时,堇青石相又会分解为莫来石以及玻璃相;而随着煅烧温度的升高,片状结构越来越明显,到1380℃时,已呈现明显的片状结构,且片状结构完美的堆叠在一起,当煅烧温度高于1380℃时,出现玻璃相;在1380℃时得到的堇青石热膨胀系数最低为1.82×10-6℃-1,在此温度下得到的堇青石蜂窝陶瓷的体积密度、吸水率、气孔率分别为1.20g/cm3、42.2%、50.64%;实验最佳保温时间为4小时,此时得到的堇青石效果最佳,呈现完美的片状结构,且颗粒大小均匀,片状完美的堆叠在一起,其热膨胀系数达到最低为1.73×10-6℃-1,保温时间少于4小时时,随着保温时间的延长,得到的尖晶石逐渐转化为堇青石,片状结构越来越明显,热膨胀系数也逐渐降低,保温时间多于4小时时,堇青石又会分解为莫来石以及玻璃相;添加一定量的堇青石熟料可以起到晶核剂的作用,促进堇青石的生成,同时可以降低堇青石的热膨胀系数,实验得到的堇青石熟料最佳添加量为10%,此时堇青石热膨胀系数达到最低为1.78×10-6℃-1。