粉煤灰多孔陶瓷的制备及性能研究

【摘要】：中国的粉煤灰排放量在过去8年间增加了2.5倍,已成为中国工业固体废弃物的最大单一排放源。随着工业的发展,粉煤灰的排放量将继续增长,给环境和人类健康带来严重的危害,如何大量高质处理粉煤灰是摆在我们面前的一大难题。本文研究了以粉煤灰为主要原料制备绿色环保材料——多孔陶瓷,为粉煤灰高附加值的利用提供了一种新途径。 本文采用颗粒堆积法和添加造孔剂法,选取煤粉、淀粉、碳酸钙三种造孔剂,研究了骨料粒度、造孔剂种类及用量、烧结温度、保温时间、成型压力对多孔陶瓷显气孔率、抗弯强度、吸水率、容重的影响,并通过XRD、SEM对样品的晶相组成、显微结构等性质进行了分析。 研究结果表明,以煤粉制备的多孔陶瓷综合性能最好。以煤粉作造孔剂制备多孔陶瓷,随着造孔剂用量的增多,显气孔率和吸水率增大,抗弯强度和容重降低,都与造孔剂的用量呈线性相关。随着烧结温度、保温时间、成型压力的提高,显气孔率和吸水率降低,抗弯强度和容重增大。 对不同造孔剂含量制备的粉煤灰多孔陶瓷进行XRD分析,其主晶相均为莫来石和钙长石,此外还有少量的石英和Fe2O3,说明造孔剂的含量对于多孔陶瓷的物相形成没有明显影响。对多孔陶瓷断面进行SEM形貌分析,结果表明,多孔陶瓷气孔间的连通性好,气孔形状和分布不规则,孔径大小从几微米到几十微米呈梯度分布。 通过正交试验分析了造孔剂用量、烧结温度、保温时间、骨料粒度、成型压力对粉煤灰多孔陶瓷显气孔率、抗弯强度、吸水率、容重的影响。对多孔陶瓷性能影响最大的因素为造孔剂用量和烧结温度,保温时间其次,成型压力、骨料粒度影响最小。经过对实验结果的分析,确定粉煤灰多孔陶瓷制备的优化方案为：造孔剂添加量30%、烧结温度1050℃、保温时间60min、成型压力9MPa、骨料粒度160～180μm。在此条件下制备的多孔陶瓷性能指标为：气孔率54.36%、抗折强度6.63MPa、吸水率45.21%、容重0.908g/cm3。