铝型材碱蚀渣制备堇青石研究*
2018-07-28刘艳娟
刘艳娟
(唐山学院 河北 唐山 063005)
堇青石分子式为2MgO·2Al2O3·5SiO2，它不仅具有膨胀系数小，一般为1.76×10-6～2.30×10-6，还具有良好的热稳定性和导热性能，故广泛应用于制作耐火材料、催化剂载体等。材料工作者对堇青石的合成已经进行了大量的研究，也取得了较好的成果[1-5]。
铝型材碱蚀渣是铝型材加工过程中产生的废水经处理后得到的固体废弃物，因其主要组成为氢氧化铝，加热后制得的氧化铝具有很高的活性，为此可作为铝源。本研究采用铝型材碱蚀渣(简称碱蚀渣)为铝源原料，与其他物料配合制备堇青石。可实现碱蚀渣这一固体废弃物的综合利用，使其可持续发展。
1 实验仪器和原料
1.1 主要仪器
实验采用主要仪器有：KM快速研磨机(湘潭湘仪仪器有限公司)、TYE-300D全自动抗折抗压试验机(北京路业科宇试验仪器有限公司)、SX2箱式电阻炉(湘潭华丰仪器制造有限公司)、D/MAX2500PC型X射线衍射仪(日本)。
1.2 主要原料
实验采用主要原料有：铝型材碱蚀渣(唐山紫天化工防腐有限公司)、滑石粉(唐山某陶瓷厂)、粘土(唐山某陶瓷厂)，各种原料化学组成见表1(另外实验使用复合外加剂FM-5)。
表1 原料化学组成(质量%)
2 实验方案
以碱蚀渣为主要原料制备堇青石工艺流程如图1所示。
图1 碱蚀渣制备堇青石工艺流程
3 工艺因素对合成堇青石的影响
3.1 碱蚀渣用量
根据堇青石组成进行配方设计，改变碱蚀渣的用量，使之在堇青石理论组成配方的高氧化铝和低氧化铝范围内变化，于1 300 ℃下保温1 h进行烧结。其配方见表2。
表2 合成堇青石的配方(质量%)
表2配方产品经烧结后，测定试样的抗压强度见表3。
表3 碱蚀渣用量对合成堇青石抗压强度的影响
由表3抗压强度可见，M3试样抗压强度较高，对其进行X射线衍射分析，其X射线衍射分析图如图2所示。
由图2可见，经烧结所得的试样中主要是堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)矿物，初步确定坯料配方(质量%)为：碱蚀渣20、滑石33、粘土47。
3.2 烧结温度
在上述配方的基础上，实验研究烧结温度对合成堇青石的影响。在1 300 ℃、1 350 ℃及1 400 ℃下对试样进行烧结，保温1 h，实验结果见表4。由表4可见，烧结温度在1 350 ℃时，试样烧结良好，选定烧结温度为1 350 ℃，保温1 h下进行烧结，对烧结试样进行X射线衍射分析，其结果见图3。
图2 试样M3的X射线衍射分析
温度(℃)N1N2N31300不致密不致密不致密1350烧结良好烧结良好烧结良好1400过烧变形过烧变形过烧变形
图3 1 350 ℃保温1 h时试样X射线衍射图
由图3可见，合成所得试样的主要矿相是堇青石，且衍射图上堇青石衍射峰明显增强，说明堇青石矿物晶体含量增加，晶格更加完善。
3.3 保温时间
在配方(质量%)为：碱蚀渣20、滑石33、粘土47。其烧结温度为1 350 ℃时，采用不同的烧结保温时间，试验结果见表5。
由表5可见，保温时间的长短关系到材料烧结的质量。保温时间过短，反应未完全，存在欠烧现象，即没有达到较好的烧结效果；烧结保温时间过长，将会产生高温玻璃相，因为玻璃相粘度随着温度的提高会下降，从而导致试样烧结变形。为此保温时间不能太长，也不能太短，由上述实验结果可知，选定最佳烧结保温时间2 h。
表5 保温时间对合成堇青石的影响
4 结论
使用铝型材碱蚀渣为原料，可实现堇青石的合成。以铝型材碱蚀渣为原料，制备堇青石合理的配方为(质量%)：碱蚀渣20、滑石33、粘土47；合理的烧结温度为1 350 ℃，保温时间为2 h。
