鋁型材堿蝕渣制備堇青石研究*

劉艷娟

(唐山學(xué)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(dǎo)熱性能，故廣泛應(yīng)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。可實現(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。

1 實驗儀器和原料

1.1 主要儀器

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)。

1.2 主要原料

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(xué)組成見表1(另外實驗使用復(fù)合外加劑FM-5)。

表1 原料化學(xué)組成(質(zhì)量%)

2 實驗方案

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

3 工藝因素對合成堇青石的影響

3.1 堿蝕渣用量

根據(jù)堇青石組成進行配方設(shè)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。

3.2 燒結(jié)溫度

在上述配方的基礎(chǔ)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。

3.3 保溫時間

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(yīng)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(dǎo)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

4 結(jié)論

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。