收藏本站
《中国地质大学(北京)》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷的性能及烧结反应机理

李金洪  
【摘要】: 莫来石因独特的针、柱状穿插骨架结构使其具有优良的热稳定性、化学稳定性和机械性能而被广泛应用于耐高温、防腐蚀和耐磨损等领域。由于目前粉煤灰在我国排放量大、利用率低且技术含量不高,其资源化利用问题成为近年来我国政府所面临的一大难题。本文利用高铝粉煤灰的化学及物相组成优势,采用高粉煤灰掺量,研究中低温烧制高强度、高含量莫来石陶瓷的可行性。论文对制品的性能和显微结构进行了研究,对莫来石晶体化学与晶体结构作了分析,在莫来石陶瓷烧结机理的研究基础上,深入讨论了莫来石晶化反应热力学、动力学问题,并对比研究了铝硅凝胶体系中莫来石的形成机理。 通过系统制备莫来石陶瓷的实验研究,确定了AS、AD两个系列陶瓷的制备工艺条件并获得了良好的性能指标。Al_2O_3/SiO_2(摩尔)=0.9(粉煤灰=70.1%),烧结温度为1550℃,保温时间为2~5h,获得AS90陶瓷的基本性能:吸水率为0.62~0.91%,显气孔率为1.72~2.45%,体积密度为2.76~2.82g/cm~3,抗折强度为80~98MPa。这些指标达到了《耐酸砖》GB/T 8488-2001等标准的要求。AD系列陶瓷还具有较高的抗折强度,其中M2和CF2的抗折强度分别达到了169MPa和131MPa。 AS系列陶瓷,烧结温度≤1300℃,其物相主要为玻璃相及莫来石,还有刚玉和方石英;烧结温度≥1450℃,主要是莫来石和玻璃相,在AS90陶瓷中莫来石含量约为80%。AD系列陶瓷,莫来石含量及晶粒大小受添加剂种类及其含量的影响,莫来石晶粒的长径比为4~7。AS90的抗折强度与气孔率关系符合Ryskewitsch经验公式,而与莫来石晶粒长度关系符合Orowan半经验公式。合成莫来石的氧空位系数、Al_2O_3含量与晶格常数之间的关系不明显,这与其较高的Ti~(4+)、Fe~(3+)固溶量造成八面体扭曲或畸变有关。 烧结初、中期,熔体粘度随时间延长呈指数下降,烧结反应速率常数为0.08min~(-1)(1100℃)~3.42min~(-1)(1500℃),烧结反应级数在0.29~0.52之间,烧结反应表观活化能为178~295kJ/mol。烧结中、后期,莫来石晶粒生长符合正常晶体的生长规律,其晶粒生长速率常数随温度升高而急剧增大。1300℃时,晶粒生长指数n=2.13,晶粒生长受化学位梯度扩散控制;1500℃时,n=3,晶粒生长主要受气孔迁移控制。在1100~1300℃,晶粒生长的表观活化能为226kJ/mol,在1300~1500℃,晶粒生长表观活化能为69kJ/mol。 莫来石晶化反应的4种主次形式为:Al_2O_3(liq)+SiO_2(liq)>Al_2O_3(s)+SiO_2(liq)>Al_2O_3(liq)+SiO_2(s)>Al_2O_3(s)+SiO_2(s)。AS体系莫来石晶化反应的自由能要比红柱石、夕线石、蓝晶石等矿物分解生成莫来石的自由能低约100kJ/mol,比α-Al_2O_3或γ-Al_2O_3与石英反应生成莫来石的自由能也低。晶化反应的表观活化能较低,仅为151kJ/mol,原因是体系中种晶莫来石的存在免去了成核阶段所需的界面能。添加4w_B%Na_2O后,表观活化能下降至92kJ/mol。莫来石化过程具有鲜明的“玻璃微珠球体晶粒生长”特征:莫来石首先在粉煤灰玻璃微珠球体上析晶并生长导致球体破裂,继而按α-Al_2O_3与SiO_2(liq)反应模式生成莫来石。 采用超临界CO_2一步法(形成与干燥)制备了铝硅前驱体干凝胶。经煅烧获得粒径较均一的纳米莫来石粉体。伴随着γ-Al_2O_3→δ-Al_2O_3→α-Al_2O_3的转变,干凝胶莫来石化在1200℃开始,至1400℃基本完成。 本文研究表明,高粉煤灰掺量(>70%)制备的高莫来石含量的AS系列陶瓷可以用作耐酸砖、热电厂烟囱内衬砖等。论文取得的成果为粉煤灰高效资源化利用提供了新途径,也为利用高铝煤灰低成本制备高强度莫来石陶瓷提供了实验依据和技术参考,也提供了粉煤灰物料体系烧结反应机理及莫来石晶化反应热力学和动力学的理论依据。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P575

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王立旺;王家邦;杨辉;茅宇雄;陈桂华;;硅铝凝胶制备与晶化研究[J];材料科学与工程学报;2006年03期
2 倪文,陈娜娜,赵万智,刘凤梅;莫来石的工艺矿物学特性及其应用[J];地质与勘探;1994年03期
3 何涌;张谦;吕彦杰;;粉煤灰中氧化钙和氧化铁的存在及可分离性研究[J];粉煤灰;2005年06期
4 焦景慧,陈天明;X射线法粉煤灰形成莫来石影响因素的研究[J];粉煤灰综合利用;1996年03期
5 陈震宙,陈天明,郑启祥;粉煤灰形成莫来石条件的研究[J];福州大学学报(自然科学版);1994年05期
6 李贺香;马鸿文;;高铝粉煤灰中莫来石及硅酸盐玻璃相的热分解过程[J];硅酸盐通报;2006年04期
7 朱伯铨;李雪冬;郝瑞;汪厚植;;在硫酸钠熔盐中合成莫来石的热力学研究[J];硅酸盐学报;2006年01期
8 施剑林;固相烧结——Ⅲ实验: 超细氧化锆素坯烧结过程中的晶粒与气孔生长及致密化行为[J];硅酸盐学报;1998年01期
9 王运泉,张建平,郑燕君;粉煤灰的组分特征及其系统分类[J];环境科学研究;1998年06期
10 文洪杰,苗圃,李文超;红柱石的莫来石化动力学[J];耐火材料;1995年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孔秀琴;焦洪军;李金平;汪孔照;;粉煤灰制备聚氯化铝活化预处理工艺研究[J];环境科学与管理;2008年07期
2 张丽英,郭志猛,林涛,李汶霞,吴成义,吴庆华;纳米硬质合金粉的桥接团粒对粉末成形影响[J];北京科技大学学报;2002年02期
3 杨晓光;倪文;张筝;徐丽;王亚利;杨海龙;;碱激发对粉煤灰活性的影响[J];北京科技大学学报;2007年12期
4 文洪杰,李文超,王金相,苗圃;红柱石分解过程的分形研究[J];北京科技大学学报;1998年01期
5 ;Effect of alkali-activation on aluminosilicate-based cementitious materials[J];Journal of University of Science and Technology Beijing;2008年06期
6 祝建中,蔡明招,陈烈强,谢新媛;城市垃圾焚烧炉内残渣性质及结渣形成[J];城市环境与城市生态;2002年02期
7 李达;陈沙鸥;邵渭泉;景悦林;张永成;栾伟娜;;先进陶瓷材料固相烧结理论研究进展[J];材料导报;2007年09期
8 马保国;王耀城;穆松;黄祥;;粉煤灰制品烧结过程中的微观结构变化[J];材料导报;2009年08期
9 何文;莫来石纳米粉的团聚控制[J];材料科学与工程;2001年04期
10 景晓宁 ,赵建华 ,何陵辉;固相烧结后期晶粒和气孔拓扑生长演化的二维相场模拟[J];材料科学与工程学报;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 白志民;杨静;丁浩;;硅酸盐固体废弃物应用的研究进展Ⅰ——粉煤灰应用研究新成果[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文集(二)[C];2007年
2 蔡宗英;李俊寿;李运刚;;熔盐法在材料制备中的应用[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2008年
3 张勋芳;韩跃新;印万忠;;莫来石-堇青石质球形铸造砂的研制[A];第十二届全国粉体工程及矿产资源可持续开发利用学术研讨会专辑[C];2006年
4 曹虎;丁浩;;刚玉—莫来石复相陶瓷的研究进展[A];中国硅酸盐学会非金属矿分会非金属矿产资源高效利用学术研讨会论文专辑[C];2009年
5 赵惠忠;汪厚植;顾华志;王周福;邓勇跃;;纳米材料制备及在耐火材料中的应用[A];2005年国际耐火材料技术、市场研讨会论文集[C];2005年
6 彭辉;马鸿文;谭丹君;苏双青;;粉煤灰-碳酸钠体系烧结反应的热力学分析[A];中国矿物岩石地球化学学会第11届学术年会论文集[C];2007年
7 王芳;马鸿文;徐锦明;;霞石正长岩热分解反应的热力学分析与实验[A];中国矿物岩石地球化学学会第11届学术年会论文集[C];2007年
8 吴秀文;张林涛;马鸿文;袁柯;;由粉煤灰合成铝硅介孔分子筛的可行性研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第11届学术年会论文集[C];2007年
9 李贺香;马鸿文;;高铝粉煤灰中莫来石热分解过程的研究[A];第十二届全国相图学术会议论文集[C];2004年
10 赵惠忠;马清;汪厚植;张文杰;;共沉淀-真空冷冻干燥法制备纳米镁铝干凝胶及性能表征[A];2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓泳;片状SrTiO_3模板的熔盐合成与改性及其在制备Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3织构压电陶瓷中的生长动力学[D];中南大学;2008年
2 李智伟;镍基高温合金空心球多孔材料的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 李达;纳米和亚微米氧化钛陶瓷烧结曲线及烧结机理研究[D];青岛大学;2008年
4 何顺爱;氧化锆纤维和制品的制备及烧结研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2008年
5 许峰;陶瓷固相烧结的同步辐射CT技术研究[D];中国科学技术大学;2008年
6 董应超;新型低成本多孔陶瓷分离膜的制备与性能研究[D];中国科学技术大学;2008年
7 吴传明;水介质长期作用下的粉煤灰性能研究[D];重庆大学;2009年
8 阳征会;黄钠铁矾渣提取镍铁工艺及软磁高频镍锌铁氧体的制备研究[D];中南大学;2007年
9 李石保;牙科用PMMA-ZrO_2仿生纳米复合材料的设计、制备、性能及应用研究[D];国防科学技术大学;2005年
10 李小雷;AlN陶瓷的高压烧结研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 綦亮;金属陶瓷纳米复合粉体的烧结和致密化机理[D];山东大学;2008年
2 胡凯;碱法处理粉煤灰制备无机高分子混凝剂及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 刘俊;胶东西北部金矿床成岩成矿深度及变化保存研究[D];中国地质大学(北京);2009年
4 刘春静;锰锌铁氧体纳米粉体的包覆工艺及其烧结动力学研究[D];河北工业大学;2008年
5 徐少南;准格尔矸石电厂CFB灰特征及综合利用[D];吉林大学;2009年
6 王耀城;粉煤灰烧结制品微孔调控技术[D];武汉理工大学;2009年
7 邓芳芳;基于粉煤灰的类Fenton催化处理对硝基酚废水研究[D];大连理工大学;2009年
8 徐国辉;含铝添加剂对红柱石莫来石化的影响[D];西安建筑科技大学;2009年
9 于海洋;针状TiO_2、片状Bi_4Ti_3O_(12)的熔盐法制备及表征[D];青岛大学;2007年
10 王瑞燕;道路水泥—粉煤灰混凝土配合比设计方法研究[D];重庆交通学院;2004年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林介东,莫乾凯,江潮全;电厂粉煤灰综合利用技术[J];节能与环保;2002年01期
2 罗驹华,侯贵华,张少明;高纯莫来石制备方法评述[J];材料科学与工程;2002年04期
3 马双忱;从粉煤灰中回收铝的实验研究[J];电力情报;1997年02期
4 马鸿文,白志民,杨静,王英滨,戚洪彬,白峰,章西焕;非水溶性钾矿制取碳酸钾研究:副产13X型分子筛[J];地学前缘;2005年01期
5 倪文,陈娜娜,赵万智,刘凤梅;莫来石的工艺矿物学特性及其应用[J];地质与勘探;1994年03期
6 钱觉时,吴传明,王智;粉煤灰的矿物组成(上)[J];粉煤灰综合利用;2001年01期
7 钱觉时,王智,吴传明;粉煤灰的矿物组成(中)[J];粉煤灰综合利用;2001年02期
8 陈震宙,陈天明,郑启祥;粉煤灰形成莫来石条件的研究[J];福州大学学报(自然科学版);1994年05期
9 邱龙会,王励生,金作美;钾长石矿热分解过程的研究[J];高等学校化学学报;1998年03期
10 孟霞,张旭东,何文,徐国纲,李红;莫来石超细粉体的研究进展[J];硅酸盐通报;2004年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘浩;李金洪;马鸿文;王鹏文;;利用高铝粉煤灰制备堇青石微晶玻璃的实验研究[J];岩石矿物学杂志;2006年04期
2 吴家齐;对“复杂体系动力学一种解法”一文的改进[J];中国科学技术大学学报;1983年02期
3 Ian Stewart ,姚时宗;紊乱动力学的算术[J];世界科学;1990年02期
4 昭华;;Cd-Hg-Te 系中低共熔体的显微结构[J];激光与红外;1983年11期
5 邱长春,吴冠芸;三尖杉酯碱抑制脱氧核糖核酸生物合成机制的研究——Ⅲ.三尖杉酯碱抑制作用动力学及其衍生物作用的比较[J];Acta Biochimica et Biophysica Sinica;1984年06期
6 Stavrinopoulos,J. ,王嘉玺;不需要放射性同位素的糖基化DNA探针[J];中国生物工程杂志;1983年02期
7 沈主同,杨大宇,孙帼显,陈希成;人造金刚石的显微结构[J];科学通报;1981年24期
8 陈士萍;我国宋代名瓷“建(王戋)”的显微结构[J];自然杂志;1982年12期
9 赵红潮;系统动力学的研究与发展综述[J];南京理工大学学报(自然科学版);1992年02期
10 单凤兰;佘中志;;蒸发淀积薄膜的柱状显微结构[J];电子显微学报;1989年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范锦鹏;赵大庆;董民超;;ZAO靶材烧结机理与特征的研究[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年
2 张玉军;;解动力学的五条规律[A];教研撷华——青海师大附中建校45周年论文集[C];1999年
3 刘志锋;刘家臣;邱世鹏;李益欢;李岩;;可加工ZTA/CePO_4陶瓷的强度及显微结构研究[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
4 李香庭;曾毅;高建华;钱伟君;;玻璃的显微结构研究[A];第十三届全国电子显微学会议论文集[C];2004年
5 冯伟民;;早寒武世软舌螺与软体动物显微结构的区别[A];中国古生物学会第21届学术年会论文摘要集[C];2001年
6 鲁伟;贺连龙;;高铌TiAl合金的氧化及其显微结构研究[A];第十三届全国电子显微学会议论文集[C];2004年
7 张世英;唐绍裘;李德意;;陶瓷坯体“准非反应”烧结机理的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
8 顾华志;汪厚植;洪彦若;张文杰;孙加林;侯冬枝;;不同CaO含量及显微结构的镁钙熟料抗水化性能研究[A];非金属矿物材料与环保、生态、健康研讨会论文集[C];2003年
9 陈美怡;李自德;;Gr(C)/Mg复合材料力学性能与显微结构[A];’98上海有色合金及特种铸造国际会议论文集[C];1998年
10 赫崇衡;朱志华;于筛成;徐佩若;;连续法乙醛缩合反应及其动力学的研究[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 小马;日本研制出高性能莫来石陶瓷粉末[N];广东建设报;2003年
2 卢颖石林;“海立动力学院”揭牌[N];消费日报;2007年
3 阳光;生长激素替代疗法可改善HLS患者脂动力学异常[N];中国医学论坛报;2006年
4 韦以宗;要重视中医主体在知识动力学中的地位[N];中国中医药报;2007年
5 芸;JFE开发高性能桥梁用中厚板[N];世界金属导报;2006年
6 向畅;张伟:在重大工程中探寻非线性动力学[N];光明日报;2007年
7 记者  向杰 通讯员  孙银玲;国家海洋局首个国家重点实验室获准建设[N];科技日报;2006年
8 文进;自释釉形成的动力学初步分析[N];广东建设报;2006年
9 通讯员 孙银玲;揭示海洋环境动力过程和演变奥秘[N];中国海洋报;2006年
10 北京大学考古文博学院二○○五届硕士毕业生 杨颖亮;晋侯墓地出土青铜器的合金成分、显微结构和铅同位素比值研究[N];中国文物报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李金洪;高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷的性能及烧结反应机理[D];中国地质大学(北京);2007年
2 夏雷;Nd-Al-Fe-Co大块非晶的非晶形成能力、磁性和显微结构研究[D];上海大学;2004年
3 王丽华;利用高铝粉煤灰制备聚合氯化铝的实验研究[D];中国地质大学(北京);2006年
4 顾晓利;苯酚羟基化反应新型催化剂与工程技术基础研究[D];南京工业大学;2005年
5 李旺兴;一水硬铝石生产高强度砂状氧化铝理论研究与工艺实践[D];中南大学;2005年
6 戴传波;由玉米浸渍水制取肌醇的方法研究[D];吉林大学;2005年
7 刘静;挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D];浙江大学;2005年
8 李伟;柴达木盆地沉积体系发育的动力学机制及成藏效应[D];成都理工大学;2004年
9 王连华;大跨度钢管混凝土拱桥的动力学研究[D];湖南大学;2005年
10 焦宝祥;注凝成型制备高性能氧化铝一氧化锆复相陶瓷[D];南京工业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈念信;麦草甲酸法蒸煮历程和脱木素动力学研究[D];北京林业大学;2005年
2 陈敬德;烷基糖苷的合成研究[D];浙江大学;2005年
3 张丽荣;美喹他嗪的合成研究[D];河北工业大学;2005年
4 奚朝晖;乙酸乙酯催化体系研究[D];浙江大学;2005年
5 王大尉;基于活化能指标煤的自然发火期的理论研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
6 高璟瑜;配制型膳食纤维素溶胶结构及传质特性的研究[D];中国农业大学;2005年
7 康利平;干旱胁迫对豇豆幼苗生理生化及其显微结构的影响[D];内蒙古农业大学;2004年
8 刘莉;重型履带车辆行走装置设计理论与方法研究[D];吉林大学;2005年
9 齐艳华;斯拉乌季契超硬复合体的研究[D];吉林大学;2005年
10 朱海玲;相变对γ-Al_2O_3烧结行为的影响[D];青岛大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026