收藏本站
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。


知网文化
【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
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978