鋁型材堿蝕渣制備堇青石研究*

劉艷娟

(唐山學院 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)定性和導熱性能，故廣泛應用于制作耐火材料、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生的廢水經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?？蓪崿F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)，各種原料化學組成見表1(另外實驗使用復合外加劑FM-5)。

表1 原料化學組成(質量%)

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

根據堇青石組成進行配方設計，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變化，于1 300 ℃下保溫1 h進行燒結。其配方見表2。

表2 合成堇青石的配方(質量%)

表2配方產品經燒結后，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，經燒結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(質量%)為：堿蝕渣20、滑石33、粘土47。

3.2 燒結溫度

在上述配方的基礎上，實驗研究燒結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，保溫1 h，實驗結果見表4。由表4可見，燒結溫度在1 350 ℃時，試樣燒結良好，選定燒結溫度為1 350 ℃，保溫1 h下進行燒結，對燒結試樣進行X射線衍射分析，其結果見圖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燒結良好燒結良好燒結良好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(質量%)為：堿蝕渣20、滑石33、粘土47。其燒結溫度為1 350 ℃時，采用不同的燒結保溫時間，試驗結果見表5。

由表5可見，保溫時間的長短關系到材料燒結的質量。保溫時間過短，反應未完全，存在欠燒現象，即沒有達到較好的燒結效果；燒結保溫時間過長，將會產生高溫玻璃相，因為玻璃相粘度隨著溫度的提高會下降，從而導致試樣燒結變形。為此保溫時間不能太長，也不能太短，由上述實驗結果可知，選定最佳燒結保溫時間2 h。

表5 保溫時間對合成堇青石的影響

4 結論

使用鋁型材堿蝕渣為原料，可實現堇青石的合成。以鋁型材堿蝕渣為原料，制備堇青石合理的配方為(質量%)：堿蝕渣20、滑石33、粘土47；合理的燒結溫度為1 350 ℃，保溫時間為2 h。