铝土矿尾矿直接烧成制备陶瓷材料及其力学性能研究

为实现铝土矿尾矿的资源化利用，以铝土矿尾矿为原料，通过直接烧成工艺制备得到刚玉-莫来石基陶瓷材料。该试验主要研究了铝土矿尾矿高温烧成过程中的物相转变行为与形貌变化规律，以及烧成温度对陶瓷力学性能的影响。结果显示，随着烧成温度的升高，样品的物相组成由一水硬铝石、高岭石和伊利石最终转变为刚玉和莫来石等，样品的形貌越来越致密直到形成大量玻璃相，样品的体积密度和抗压强度先变大后减小，当烧成温度为1 100℃时，样品的抗压强度达到最高值225 MPa。      

利用固废煤矸石制备陶粒支撑剂的研究

为了降低支撑剂的生产成本,利用煤矸石制备出莫来石基陶瓷支撑剂。实验主要涉及强力混合机内支撑剂的成球造粒工艺和后续不同温度下的烧结过程。通过研究所制备陶粒支撑剂的物相组成、微观结构、密度及破碎率发现:随着烧结温度的升高,支撑剂主要物相转变为棒状莫来石,并形成交联穿插结构,有助于提高支撑剂的致密度,从而造成在35 MPa闭合压力下支撑剂的破碎率呈下降趋势,当温度为1 450℃时,破碎率达到最低值6.76%。由于制备工艺简单,设计可行,支撑剂性能良好,因此,合理开发利用固废煤矸石制备陶粒支撑剂具有较好的应用前景。     

赤泥低温烧结制备长石—刚玉质复相陶瓷

以拜耳法赤泥为主要原料,添加铝矾土熟料、锂瓷石在低温条件下制备长石-刚玉质复相陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对陶瓷的物相组成和形貌进行分析。研究了赤泥的含量、烧结温度等对陶瓷的体积密度、收缩率、吸水率、孔隙率、抗压强度的影响。研究结果表明:当赤泥在原料中的质量分数为60%、烧结温度为1 050 ℃时,制得复相陶瓷的性能最优,其物相组成为钙长石、刚玉、赤铁矿、石英、玻璃相以及少量的莫来石相,体积密度为1.85 g/cm3,收缩率为7.34%,吸水率为19.87%,抗压强度为79.48 MPa,其有害组分的溶出试验进一步表明钠、钾、钙等有害元素均稳定固化在产物中,产品在墙体装饰、陶瓷和耐火材料等领域具有广泛的应用前景。      

锆英石原位合成氧化锆——莫来石复相材料的研究

通过锆英石与α-Al2O3、γ-Al2O3和Al(OH)3之间的原位反应制备了氧化锆—莫来石复相材料,采用XRD、SEM和EDS等手段研究了合成温度、铝源种类对氧化锆—莫来石复相材料物相组成、显微形貌和性能的影响,探讨了锆英石和不同铝源之间原位反应合成氧化锆—莫来石复相材料的烧结机制。结果表明:原位反应合成氧化锆—莫来石复相材料的优化反应温度为1 600℃,优化氧化铝源为α-Al2O3,可获得高致密度的氧化锆—莫来石复相材料。     

煤矸石高铝矾土制备单晶相莫来石材料的研究

莫来石是一种高级耐火材料,具有非常广泛的用途。研究用优质煤矸石和高铝矾土为原料用粉末烧结法生产莫来石材料,并对其烧结过程中的化学反应、相组成及显微结构进行了分析。研究表明,铝矾土和煤矸石适当配比,加入一定量的钾长石熔剂,在1 650℃烧结保温4h,制品中莫来石含量达到74.8%,玻璃相为25.2%,矿物组成中不含方石英相和刚玉相。电镜下观察,莫来石晶体发育良好,呈条状、柱状交错成连续的网状结构,与煤系高岭土加工业氧化铝制备的莫来石达到了同样的效果。     

用石英、石灰石和γ-氧化铝合成钙长石的研究

以天然石灰石、石英粉以及γ-氧化铝为原料,分别在1 400℃和1 450℃下进行烧结,成功制备了钙长石耐高温陶瓷试样。借助XRD和SEM分析方法对试样在不同温度下的物相和显微形貌进行了分析,对不同温度下试样的显气孔率、体积密度和抗折强度进行了测试,结果表明:1 450℃下试样显气孔率较低,体积密度及抗折强度较大,形成单一钙长石相。烧结温度对所合成的钙长石的力学性能有重要影响。随着烧结温度的提高,试样的显气孔率降低,体积密度增加,抗折强度从17.66MPa增加到19.52MPa。     

稀土尾矿制备多孔陶瓷及其性能

以稀土尾矿为主要原料,高岭土尾矿为黏结剂,长石为助熔剂,外掺碳化硅为造孔剂,制备多孔陶瓷材料。研究碳化硅用量及烧结温度对多孔陶瓷气孔率、抗折强度、体积密度以及吸水率的影响,并对制品的表观形貌和物相组成进行分析。结果表明,碳化硅用量与烧结温度对多孔陶瓷性能有明显影响,随着碳化硅用量的增加和烧结温度的升高,多孔陶瓷的气孔孔径明显增大。在碳化硅用量为0.5%,烧结温度为1 140℃,保温时间为20 min的条件下,可制得性能优异的多孔陶瓷材料,此时制品气孔率为73.5%,抗折强度为1.72 MPa,体积密度为438 kg/m~3,吸水率为1.5%,气孔孔径介于2～4 mm,满足T/CECS 480-2017《发泡陶瓷保温板应用技术规程》性能要求。烧结后多孔陶瓷物相组成主要为石英、白榴石和莫来石。     

烧结温度对刚玉斜锆石复相陶瓷粉体的性能影响

以ZrOCl2·8H2O和AlCl3·6H2O为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备化学成分均匀的刚玉斜锆石复合粉体,研究了不同焙烧温度对复合粉体体积密度、烧成收缩以及抗弯强度的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试手段分析了不同烧结温度下所得试样的矿物组成和微观结构.结果表明,随着烧结温度的提高,试样收缩率变大,烧结体密度不断增大,晶粒尺寸均匀,当烧成温度为1400℃时,复合粉体获得了最佳力学性能,抗弯强度达620 MPa,当烧成温度为1600℃时,其体积密度最大为5.1 g/cm3,并形成了结晶完好的刚玉斜锆石复相陶瓷粉体.     

硅线石高温莫来石化及烧结试验研究

研究了温度对硅线石的高温莫来石化过程及烧结致密化过程的影响。试验结果表明 :硅线石试样经 15 0 0℃× 2h处理 ,有 30 %的莫来石生成 ;经 175 0℃× 2h的处理 ,莫来石化过程基本结束 ,并可获得气孔率 <3%的 3/2型莫来石致密烧结体熟料。莫来石化过程中形成的硅酸盐液相 ,具有显著的致密化烧结促进作用。该烧结体熟料可用于生产高性能耐火材料及耐磨材料     

铝土矿尾矿烧结合成莫来石反应热力学计算与试验验证

在综合分析铝土尾矿物相组成基础上,基于多相平衡反应热力学原理,分析评价直接高温烧结莫来石的反应过程。结果显示,在1 100℃下,硬水铝石、高岭石等物相之间即可反应;1 600℃下,尾矿烧结过程需消耗标煤约214.7kg/t。烧结试验结果表明,在1 100℃下烧结,铝土尾矿即可反应生成莫来石,并出现中间产物刚玉、方石英与少量赤铁矿;优化烧结温度为1 600℃,最终产物的物相组成为:莫来石89.8%,铁板钛矿7.3%,硅酸钙2.3%,与计算结果相一致,其可作为生产硅莫砖原料使用。     

非金属矿制备高强石油压裂支撑剂试验研究

以铝矾土、高岭土、凝灰岩、膨润土等非金属矿为主要原料,制备高强度的石油压裂支撑剂。运用单因素法研究了主要原料铝硅比、烧结温度以及烧结时间对支撑剂性能的影响。结果表明,原料中总铝硅比为1.9∶1时,1275℃下焙烧105 min,样品具有较好的抗压裂性能。采用多晶X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对其物相组成和结构进行表征,结果表明,高温下形成的刚玉、莫来石和蓝晶石相是样品具有较高强度的主要原因。     

碳热还原法制备铁尾矿多孔陶瓷的结构与性能

以泥状细颗粒铁尾矿和石墨粉为原料，采用碳热还原法制备了铁尾矿多孔陶瓷，将尾矿中低热导率的氧化物和矿物相转变成高热导率的碳化物，克服高孔隙率多孔陶瓷热导率低的问题。采用控制变量法分析了铁尾矿多孔陶瓷的结构与性能及其影响因素。结果表明:铁尾矿多孔陶瓷的结构与性能受烧结温度和石墨含量影响较大，保温时间影响较小。通过改变试验条件，可以调控铁尾矿多孔陶瓷的性能指标，其显气孔率的变化范围是39.30%~82.30%，热导率变化范围是0.53~1.52 W/（m·K），抗压强度变化范围是0.78~15.02 MPa。热导率受孔隙率的影响远大于SiC生成量的影响，力学性能受孔隙率的影响较大。当石墨含量为25%、烧结温度为1 600℃、保温时间为2 h时，铁尾矿多孔陶瓷的综合性能最优，其显气孔率为81.07%，热导率为0.58 W/（m·K），与相同孔隙率的普通铁尾矿多孔陶瓷相比，热导率提高了6.6倍。本研究为铁尾矿的高效利用提供了一种新思路。      

烧结助剂添加对某黄金尾砂制备发泡陶瓷的影响

以黄金尾砂制备发泡陶瓷应用前景广阔，但存在烧结温度过高等问题，烧结助剂的添加可以有效降低发泡陶瓷的烧结温度。以氟硅酸钠和钠长石的混合物为烧结助剂，采用无压粉体烧结法制备黄金尾砂发泡陶瓷，研究了氟硅酸钠和钠长石添加比例对黄金尾砂发泡陶瓷微观形貌、抗压强度、体积密度及显气孔率的影响。结果表明：随着氟硅酸钠所占比例的增加，样品的抗压强度和体积密度均先上升后下降，显气孔率先减小后增大，孔径尺寸和分布的均匀性变好；当氟硅酸钠与钠长石添加比例为5∶3、烧结温度为1 050 ℃时，可以成功制备出体积密度455 kg/m3、抗压强度4.7 MPa、显气孔率21%、气孔分布均匀的黄金尾砂发泡陶瓷。适量添加钠长石可以增加气孔数量，添加过量则会因为高温下低黏度液体含量过高而导致孔结构坍塌；烧结助剂应该以氟硅酸钠为主，根据不同要求添加适量的钠长石以提高显气孔率。     

利用铁尾矿制备多相复合材料的研究

以攀枝花选钛尾矿为主要原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原氮化法,实现合成与烧结一体化,烧结制备了Fe₃Si-Ti(C,N)复合多相材料,探索了一条低成本利用尾矿合成复合多相材料的新途径。借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）对烧结体的物相、显微形貌及成分进行了分析,并对样品的力学性能进行了研究。XRD结果表明,产物主晶相为Fe₃Si和Ti(C,N)。通过SEM和EDS可知,生成的Ti(C,N)相富集在Fe₃Si相的周围。样品的体积密度和表面洛氏硬度随着温度的升高而升高。当合成温度为1 500 ℃、保温时间为4 h时,所得的烧结体具有较高的体积密度（ρ=4.331 g/cm³）和表面洛氏硬度（HR15N=85.0）。     

矾土、煤矸石烧结合成莫来石过程的相组成和显微结构研究

研究了矾土和煤矸石为原料烧结合成莫来石过程的相组成和显微结构,XRD分析表明,在1000~1700℃加热过程的相变化可分为三个阶段:(1)1000~1200℃,一次莫来石形成阶段;(2)1200~1500℃,二次莫来石化阶段;(3)1500~1700℃,液相烧结阶段。通过观察SEM可知,一次莫来石初始出现(1200℃)时,呈发育较差的片状晶体;二次莫来石化完成(1500℃)时,莫来石晶体呈发育不完善的针状或细条状;直至烧结温度(1700℃)时,莫来石晶体呈发育完善长大的柱状,并由其构成交错连锁的网络结构。     

用粉煤灰制备多孔陶瓷过滤材料的研究

以工业废弃物粉煤灰为原料, 制备多孔陶瓷过滤材料, 为优化配方和工艺参数, 采用正交试验研究了混合料水分、成型压力、粘结剂用量、造孔剂用量和烧结温度对多孔陶瓷性能的影响。研究结果表明:烧结温度和造孔剂用量对多孔陶瓷性能的影响最大, 粘结剂用量和成型压力次之, 混合料水分最小。在混合料水分24%、成型压力10.2 MPa、粘结剂用量4%、造孔剂用量35%、烧结温度1 180 ℃的条件下, 可获得以莫来石和石英为主要晶相的多孔陶瓷过滤材料, 其气孔率、抗弯强度、吸水率、体积密度和耐酸碱值分别为41.52%、9.37 MPa、36.38%、1.14g/cm³、96.15%和94.77%。SEM照片显示多孔陶瓷具有发达的气孔和很高的比表面积。     

高炉冶金矿渣特性及其在ZTA陶瓷烧结中的作用

高炉渣是由炼铁高炉产生的一种工业废渣，其中含有CaO、Al₂O₃、SiO₂等硅酸盐成分和少量Fe₂O₃、TiO₂、ZrO₂等析晶形核剂。高炉渣在855℃热处理1 h，可形核析出1 μm左右的Ca₂Al₂SiO₇微晶，这表明高炉渣具有较高的析晶活性。向ZTA中添加质量分数为4%的高炉渣，1 550℃烧结30 min，低温下ZTA陶瓷的力学性能明显提升，抗弯强度和断裂韧性分别为650 MPa和6.03 MPa·m1/2，比相同温度下未添加高炉渣时分别提高了15%和14.2%，烧结温度降低了50℃以上。颗粒细化的高炉渣掺入ZTA陶瓷基体，烧结过程中高炉渣产生的液相促进了Al₂O₃棒晶的生长，受力过程中棒晶的拔出和裂纹的偏转有利于ZTA陶瓷力学性能的提升；高炉渣在高温下的析晶增强了ZTA陶瓷的晶界强度，进一步提高了材料的力学性能。      

烧结温度对钡渣陶瓷砖结构和力学性能的影响

以钡渣和高岭土为原料,采用固相烧结法制备钡渣陶瓷砖,通过抗压强度、吸水率及X射线衍射仪(XRD)分析,研究了烧结温度对钡渣陶瓷结构和力学性能的影响。研究表明,随着烧结温度升高,钡长石相逐渐增多,晶粒尺寸增大,晶格应变减小,吸水率降低。此外,1100℃烧结的陶瓷具有最佳力学性能,此温度下十二烷基硫酸钠(SDS)添加量为0.8%的陶瓷样品与不含SDS样品相比相结构组成相似,但SDS添加量为0.8%样品抗压强度和吸水率表现更优。因此,合适的烧结温度与SDS添加量都对陶瓷材料的相结构组成、晶粒尺寸、晶格应变、抗压强度和吸水率有重要影响。