石灰岩尾矿制备多孔陶瓷及其性能研究.pdf
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1、 :耐火材料 石灰岩尾矿制备多孔陶瓷及其性能研究余 超)杨昕雨)陈 博)邓承继)吕治江)董 博)陈嵛沣)丁 军)祝洪喜)武汉科技大学 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉 )武穴市民本矿产资源开发有限公司湖北黄冈 摘要:为了研究石灰岩尾矿的再利用,以石灰岩尾矿为原料,经破碎、过筛后,加入其总质量 的水混合均匀后压制成型,再于空气气氛下分别经 、和 保温 制备多孔陶瓷试样,研究了热处理温度对试样物相组成、显微结构及物理性能的影响。结果表明,当热处理温度由 升高至 时,试样中方解石完全分解,出现石灰相及硅酸钙相,同时钙黄长石及铝酸三钙的衍射峰数量增多且相对强度增大。此外,试样中的颗粒间间隔
2、增大,显气孔率逐渐增加,而体积密度和常温耐压强度减小。随热处理温度进一步升高至 时,试样的物理性能及物相组成未发生明显变化。试样经 热处理后具有最佳的综合性能,其主物相为石英、石灰、钙黄长石、铝酸三钙及硅酸钙,在显气孔率为()时,仍具有()的常温耐压强度。关键词:石灰岩尾矿;方解石;热处理;多孔陶瓷;力学性能中图分类号:文献标识码:文章编号:():近年来,为提高资源利用率,降低工业生产成本,针对工业固废的再利用研究受到广泛关注 。根据来源可将工业固废分为工业生产废物(如金属、陶瓷、橡胶、石膏、玻璃等)及矿产废物(如尾矿、煤矸石、砂石等)。其中,尾矿是我国产出量大且利用率偏低的一种工业固废。随我
3、国环境保护和节能减排压力的逐渐增大,如何提高尾矿资源再利用率成为亟需解决的难题 。石灰岩是我国储藏丰富的优质矿产资源,其主要矿物成分为方解石(),在水泥、玻璃、纤维、合成橡胶及陶瓷等领域得到广泛应用 。目前,针对石灰岩尾矿的综合利用主要围绕在土壤调理、建筑及地质填充等领域 ,而以其为原料制备高附加值产品的相关研究仍然较少。多孔陶瓷具有高气孔率、高比表面积及低热导率等特点,在储能隔热、负载催化和分离过滤等领域得到广泛应用 。已有研究表明 ,以尾矿为原料可制备低成本及高性能多孔陶瓷。如廉晓庆等 以钼尾矿为主要原料,制备了体积密度仅为 ,常温耐压强度约为 的轻质保温隔热材料;杨洁等 以锂辉石浮选尾矿
4、、高岭土和低熔点玻璃粉为原料,制备了用于有机污水吸附的多孔陶瓷;等 以铁尾矿为原料,制备了复合相变多孔材料,其热能存储密度为 。为拓展石灰岩尾矿在多孔陶瓷领域的应用,本工作中以湖北省武穴市石灰岩尾矿为主要原料,通过高温热处理制备了多孔陶瓷,探究了高温下材料的物相及结构演变规律,分析了热处理温度对材料显气孔率、体积密度及力学性能的作用机制,为石灰岩尾矿的再利用研究提供理论参考。试验 原料石灰岩尾矿中主要为含硅及含钙物相,其化学组成()为:,灼减 。对石灰岩尾矿进行物相组成分析,结果见图 。由图可得,石灰岩尾矿主要由方解石、石英、石灰及刚玉组成。年 月第 卷 第 期 国家自然科学基金联合基金资助项
5、目();湖北省重点研发计划资助项目();大学生创新创业训练计划资助项目()。余超:男,年生,博士,副教授。:通信作者:董博,男,年生,博士研究生。:收稿日期:编辑:王海梅 耐火材料 :图 石灰岩尾矿的 图谱 试样制备与性能检测将石灰岩尾矿破碎为粉料并过 筛网,外加其总质量 的去离子水,混匀后在 的单轴压力下成型为 的圆柱试样,并在 下烘 。将干燥后生坯放置在马弗炉中,在空气气氛下以 升温至 ,再以 分别升温至 、和 保温 ,冷却至室温得到试样。使用 公司的 型热重分析仪检测石灰岩尾矿粉体在空气气氛下室温到 的质量变化规律;按 检测热处理后试样的加热永久线变化,按 检测热处理后试样的显气孔率与体
6、积密度,按 检测热处理后试样的常温耐压强度;使用 公司的 型 射线衍射仪对试样进行物相分析,使用 公司的 型扫描电子显微镜分析试样断口的显微形貌;使用热力学软件 计算主要反应的标准吉布斯自由能。结果与讨论 热重分析图示出了石灰岩尾矿粉料在室温至 时的热重分析曲线。由图 可得,石灰岩尾矿粉料的热重曲线可分为 、个阶段。在室温至 时(阶段 ),石灰岩尾矿粉料的质量损失率较小,约为 (),此时石灰岩尾矿粉料的质量变化速率未有明显变化且接近 。(阶段 )为石灰岩尾矿粉料的主要质量损失区间,其质量保持率与温度近似呈线性关系,在 时石灰岩尾矿粉料的总质量损失率约为 。石灰岩尾矿粉料的质量保持率在 阶段内快
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