莫来石-堇青石质废窑具制备轻质隔热材料.pdf

：耐火材料 莫来石 堇青石质废窑具制备轻质隔热材料高超超徐艳恒刘明勇卫海潮周如仙刘启运王 睿闵 鑫黄朝晖中国地质大学（北京）材料科学与工程学院北京 摘要：为了规模化、高值化利用莫来石 堇青石质废窑具，以莫来石 堇青石质废窑具、黏土和铝矾土为主要原料，以十六烷基三甲基溴化铵为发泡剂，以聚乙烯醇为稳泡剂，采用发泡法制备莫来石 堇青石质轻质隔热材料，主要研究热处理温度（分别为 、和 ）对轻质隔热材料性能的影响。结果表明：）所制备的莫来石 堇青石质隔热材料的物相组成为莫来石、堇青石、刚玉和微量方石英；）在 保温 制备的莫来石 堇青石质隔热材料的综合性能最佳，其热导率为 ，体积密度为 ，显气孔率为 ，常温耐压强度为 ，常温抗折强度为 。关键词：莫来石；堇青石；窑具；固废；再利用；多孔材料；隔热材料中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：匣钵、棚板、立柱、推板、辊棒和承烧板等窑具材料是陶瓷、耐火材料和磨料等行业必不可少的高温辅助制品 ，其需求量也随着高温工业的快速发展而越来越大。用后废窑具一般按固体废弃物处置，与其他用后废弃耐火材料类似，用后废窑具也可以作为再生耐火原料被利用 ，降低耐火材料的原料成本。莫来石 堇青石复合材料具有高强度、低导热、高抗热震性等优点 ，是高档窑具普遍使用的材料。在陶瓷烧结工艺中，烧结温度显著影响烧成制品的气孔率和力学性能。烧结温度过高或者过低都不利于制品的综合性能 。为了规模化、高值化利用莫来石 堇青石质废窑具，在本工作中，以莫来石 堇青石质废窑具为主要原料，添加 （）的黏土和（）的铝矾土，采用发泡法制备轻质隔热材料，主要研究热处理温度对轻质隔热材料的体积密度、显气孔率、热导率、耐压强度和抗折强度的影响。试验 原料主要原料莫来石 堇青石质废窑具来自长沙中瓷新材料科技有限公司，经清洗、干燥、破碎、过 （目）标准筛，取筛下粉料使用。其他原料有：黏土粉（粒度 ）；铝矾土粉（粒度 ）；发泡剂十六烷基三甲基溴化铵（），纯度为 （）；稳泡剂聚乙烯醇（），醇解度为 （）。经 射线荧光光谱测试和 射线衍射测试，莫来石 堇青石质废窑具粉、黏土粉、铝矾土粉的化学组成和 图谱分别见表 和图 。由图 可知：莫来石 堇青石质废窑具细粉的主要物相为莫来石、堇青石和刚玉，铝矾土粉的主要物相为高岭石和水铝石，黏土粉的主要物相为高岭石和石英。试样制备按 （十六烷基三甲基溴化铵）（聚乙烯醇）（去离子水）的比例称取原料，置于烧杯中，放入磁珠，在恒温磁力搅拌器上加热至 搅拌成均匀的发泡母液。年 月第 卷 第 期 国家重点研发计划项目（）。高超超：男，年生，硕士研究生。：通信作者：黄朝晖，男，年生，博士，教授。：收稿日期：编辑：黄卫国 耐火材料 ：表 废窑具粉、黏土粉和铝矾土粉的化学组成原料 废窑具粉 黏土粉 铝矾土粉 图 废窑具粉、黏土粉和铝矾土粉的 图谱按 （莫来石 堇青石质废窑具粉）、（黏土粉）、（铝矾土粉）的配比配料，放于电动搅拌机的容器中预混均匀，得到混合粉。倒入混合粉质量 的发泡母液，利用电动搅拌机匀速搅拌制成泡沫浆料。将泡沫浆料注入硅胶模具中，自然干燥 后，放入鼓风干燥箱中于 干燥 ，然后以设定的升温速率（以下为 ，以上为 ）分别升温至 、和 保温 。检测与表征采用 型 射线粉末衍射仪分析烧后试样的物相组成，扫描速度 ，扫描范围 。采用 型扫描电子显微镜观察烧后试样的显微结构。采用 型热导率测试仪检测烧后试样的热导率。依据 检测烧后试样的体积密度和显气孔率。分别依据 和 ，采用万能试验机（）检测烧后试样的常温耐压强度和常温抗折强度。结果与讨论 物相组成和显微结构不同温度热处理后试样的 图谱见图 。由图 可知：各试样的物相组成均为堇青石、莫来石、刚玉和方石英。图 不同温度热处理后试样的 图谱不同温度热处理后试样的表面形貌见图 ，断口形貌见图 。由图 可知：和 热处理后试样表面的气孔较少，热处理后试样表面的气孔较多，热处理后试样表面的气孔最多。由图 可知：不同温度热处理后试样的孔道结构多数为闭孔结构，而且分布较均匀，孔径大小在几微米到几十微米之间分布；随着温度从 升高至 ，气孔孔径逐渐增大，而且气孔数量增多；烧后试样中，大量气孔结构被破坏，烧结后气孔缩小较明显。图 不同温度热处理后试样的表面形貌耐火材料 年第 卷 ：耐火材料 图 不同温度热处理后试样的断口形貌 显气孔率和体积密度不同温度热处理后试样的显气孔率和体积密度见图 。可以看出：随着热处理温度的提高，试样的显气孔率呈先增大后减小的趋势，热处理后试样的显气孔率最大，热处理后试样的显气孔率最小；体积密度的变化趋势与显气孔率的相反，热处理后试样的体积密度最小，热处理后试样的体积密度则增大至与 热处理后试样的一样大。分析认为：材料中所含杂质成分较多，热处理过程中产生的低熔点物质的量较多，发泡形成的气孔孔壁的气密性较好。随着温度从 升到 ，气孔内部气压增大，气孔膨胀，导致热处理后试样气孔率逐渐增大 。当热处理温度达到 时，低熔点相黏度降低，气孔内的气体部分排出，加上烧结致密化作用，热处理后试样的气孔率反而大幅降低。图 不同温度热处理后试样的体积密度和显气孔率 常温强度不同温度热处理后试样的常温耐压强度和常温抗折强度见图 。可以看出：在 热处理后试样的常温耐压强度为 ，常温抗折强度为 ，均相差不大；热处理后试样的常温耐压强度和常温抗折强度则分别增大至 和 。分析认为：在热处理温度从 增至 时，虽然试样致密度逐渐减小（见图 ）会导致其常温强度逐渐减小，但是由于热处理温度提高，试样中物料颗粒之间的烧结结合强度会逐渐增大，导致试样的常温强度增大。由于两种相反的作用互相抵消，最终导致在 热处理后试样的常温强度相差不大。而 热处理后试样的致密度较高（见图 ），加之物料颗粒之间的烧结结合强度最大，因此试样强度达到最大。图 不同温度热处理后试样的常温耐压强度和抗折强度 热导率不同温度热处理后试样的热导率见图 。可以看出，试样热导率随热处理温度的变化趋势与致密度随热处理温度的变化趋势大致相同，热处理后试样的热导率最小，为 。这是因为，在试样的物相组成大致相同时，试样的热导率与其致密度呈正相关。图 不同温度热处理后试样的热导率 结论（）以莫来石 堇青石质废窑具粉、黏土粉和铝矾土粉为原料，采用发泡法在不同温度热处理的莫来石 堇青石质隔热材料的物相组成为莫来石、堇青石、刚玉和微量方石英。第 期高超超，等：莫来石 堇青石质废窑具制备轻质隔热材料 年 月 耐火材料 ：（）在 保温 制备的莫来石 堇青石质隔热材料的综合性能最佳，其热导率为 ，体积密度为 ，显气孔率为 ，常温耐压强度为 ，常温抗折强度为 。参考文献 钱凡，王龙光，马渭奎，等 窑具应用现状及发展前景 ，（）：鲁兵，方昌荣，王周福，等 窑具材料的研究现状及发展趋势 耐火材料，（）：，：任鑫明，马北越，李世明，等 工业废渣制备多孔陶瓷的研究进展 耐火材料，（）：，：刘鹏程，张伟，钱凡 废匣钵粉加入量对堇青石 莫来石质耐火材料性能的影响 耐火材料，（）：，：解华婧，任耘，肖国庆，等 莫来石 堇青石质匣钵的制备及侵蚀机理 硅酸盐学报，（）：段雪珂，王新福，刘国齐，等 锂电池正极材料合成用堇青石 莫来石质匣钵研究进展 耐火材料，（）：罗金荣，汪新，徐国栋，等 添加煅烧铝型材厂污泥制备刚玉 堇青石 莫来石复合陶瓷 耐火材料，（）：许小兵，李旭，杨旭，等 烧成温度对 复合无机陶瓷微滤膜支撑体性能的影响 耐火材料，（）：，（）：?，?，（）：，（）：，（，），：；：，（），耐火材料 年第 卷