利用电瓷废料合成多孔莫来石陶瓷的研究

摘要

我国是世界上的陶瓷大国，随着行业的持续发展，产生了大量陶瓷废料，为了实现整个陶瓷业的可持续发展，进行有效的废物利用迫在眉睫。目前利用无机固体废弃物的研究大多集中在粉煤灰和煤矸石上，但是电瓷废料的产量也在与日俱增，如能利用电瓷废料制备多孔莫来石陶瓷对于响应国家节能减排、可持续发展的战略号召，实现电瓷废料的利用价值，降低合成多孔莫来石陶瓷的成本有着重要意义。 本文以电瓷废料为主要原料，通过添加羧甲基纤维素和石墨为造孔剂，采用不同的成型工艺制备了多孔莫来石陶瓷；研究了造孔剂种类及其添加量、烧结温度、保温时间、铝硅比等对制备的多孔莫来石陶瓷的结构和性能的影响；研究了凝胶注模工艺中固相含量和pH值对浆料粘度的影响；分析了胶凝机理并确定了引发剂和催化剂的用量；对比了干压成型法和凝胶注模法两种成型工艺制备的多孔莫来石陶瓷的结构和性能的优劣。得到以下结论： （1）石墨作为造孔剂制备的多孔莫来石陶瓷在结构和性能上要优于羧甲基纤维素。造孔剂含量在20wt%时，综合性能更佳。当温度达到1400℃时，试样的气孔率为45.18%，体积密度为1.89g/cm3，耐压强度为11.25MPa，试样的综合性能最佳，莫来石的物相含量最高。在保证多孔陶瓷的综合性能的条件下，加上节约能源的考虑，选取4h为最佳保温时间。随着氧化硅的加入，当铝硅比为3:2时，试样中的莫来石相含量达到最大，试样的综合物理性能最佳。 （2）在凝胶注模成型工艺中，料浆的固相含量和 pH值会影响其粘度。当固相含量由50wt%增加到60wt%时，黏度由150mPa·s增大到约340mPa·s，当固相含量超过60wt%时，黏度增大得很快，为了满足成型所需黏度以及高的固相含量，选择固相含量为60wt%。随着pH的升高，黏度先减小，当pH值达到9左右时，此时颗粒间的静电作用最强，固体颗粒分散均匀，黏度较低，浆料相对稳定。 （3）随着引发剂加入量的增加，陶瓷浆料的胶凝时间越来越短。当引发剂的加入量由0.6wt%增加到0.7wt%时，胶凝时间由25min减少到20min，变化幅度较小，综合考虑，选择胶凝时间为25min，此时的引发剂的最佳加入量为0.6wt%。随着催化剂加入量的增加，陶瓷浆料的胶凝时间越来越短。当催化剂的加入量在0.3wt%到0.5wt%之间时，胶凝时间变化幅度较小，实验易于控制。因此，综合考虑，当胶凝时间选择25min时，此时催化剂的最佳加入量为0.4wt%。 （4）在最佳参数条件下，凝胶注模法制备的试样的气孔率为51.40%，相比于采用干压成型法制备的试样的气孔率高了约10%；体积密度为1.54g/cm3，而干压成型法制备的试样的体积密度为2.01g/cm3；耐压强度为17.99MPa，两者强度相差不大。凝胶注模法制备的试样在性能上和采用干压成型法制备的试样相比更具优势，在保持高气孔率和低体积密度的情况下有着较高的强度，是一种更为理想的成型方法。

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1 绪论

1.1 国内外利用陶瓷废料的研究现状及水平

1.2 莫来石的概述

1.3 多孔陶瓷的概述

1.4 选题的意义及目的

1.5 本论文的研究内容

2 实验内容及表征方法

2.1 实验内容

2.2 表征方法

3 干压成型制备多孔莫来石陶瓷的实验结果与讨论

3.1 造孔剂选择

3.2 烧结温度对多孔莫来石陶瓷的结构及性能的影响

3.3 保温时间对多孔莫来石陶瓷的物相组成及性能的影响

3.4 铝硅比对多孔莫来石陶瓷的结构及性能的影响

3.5 本章小结

4 凝胶注模法制备多孔莫来石陶瓷的实验结果与讨论

4.1 固相含量对浆料黏度的影响

4.2 pH对浆料黏度的影响

4.3 胶凝机理

4.4 胶凝过程的控制

4.5 不同的成型方法制备的多孔莫来石陶瓷的对比分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

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