添加金属氧化物对煤矸石制备莫来石晶须增强刚玉耐火材料的影响

摘
要： 基 于低成本和废料资源化利 用的 目的， 以质量分数 分别为 ３ １ ． ８ ％的煤矸石 ， ６ ８ ． ２ ％ 的氢氧化铝 ， 外加
ห้องสมุดไป่ตู้
３ ％ 的金 属 氧化 物 （ Ｖ Ｏ Ｍｎ Ｏ 或 Ｍｇ Ｏ） 为添 加剂 ， 于１ ５ ０ ０ ｏ Ｃ保 温 １ ｈ煅烧后 制 备 了莫 来石 晶须增 强 刚 玉耐 火 材料 试样 ， 并 与 未添加金 属氧 化 物的试 样 对 比。采 用 Ｘ Ｒ Ｄ、 Ｓ Ｅ Ｍ 等 对 试样 物 相 及 显微 结 构 进行 了分 析 ， 并探 讨
热震 性大 幅度 提高 。
按试 验 配 方 配 料 后 ， 快 速干 法球 磨 ２ ０ ｍｉ ｎ ， 过 ０ ． １ ２ ５ ｍ ｍ（ １ ２ ０目） 筛， 造粒 ， 陈腐 ， 在 １ ０ Ｍ Ｐ ａ干压 成型 为５ ０ ｌ ｎ － ｌ ｎ×１ ０ ｍ ｍ×８ ｍ ｌ ｎ试样 ， 将 坯 体放 入 氧 化 铝坩 埚中， 密封 烧 成 。烧 成 制 度 为 ： 以 ３℃ ・ ｍ ｉ ｎ 的升 温
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—１ ９ ３ ５ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ４
在 众 多 的 复合 耐 火 材 料 中 ， 刚玉 一 莫 来 石 基 耐火
材 料是 最有 发 展潜 力 的一 种 高 温 耐 火 材 料 。因 为
响最大。 当添加金属氧化物 Ｍ ｎ Ｏ ，时， 试样具有最大的抗折 强度 ， 这主要是 由于试样 中莫来石 晶须长径 比合
适（ １ ３ ． ５ ） ， 以及 莫 来石是 主 晶相 ， 刚 玉是 次晶相 所致 。
关键词 ： 金属氧化物 ； 煤矸石； 莫来石晶须； 抗折强度； 刚玉耐 火材料
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １— １ ９ ３ ５ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６— ０ ４ １ ６一 （ 】 ４
１ 试 验
１ ． １ 原料
试 验所用 主要原 料有 氢氧 化 铝 、 煤矸 石 和 金 属 添
原 材料 比较 丰 富 ， 同时它 既具有 高 抗热 冲击性 能 又具 有 较高 的力 学性 能 ， 高温 强度 高 ， 抗 蠕 变 性 能好 等优
点 而受 到 了普遍 重视 。 目前 ， 研 究 主要 是 从 外部 向基
５ ０ ％～ ６ ０ ％， Ａ １ ： Ｏ 。 约４ ０ ％ 。全 国堆 放 量 和 年平 均 排
放煤矸石都在 增加 ， 利用煤矸石 可制备莫来 石等材
料 。基 于低成 本 和废料 资 源 化利 用 的 目的 ， 在 本
采用 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ３ ０ ０ １ －２ ０ ０ ７将 试样 在 １ ０ ｋ Ｎ微 机 控制
６ ８ ． ２ ％， 金 属氧 化 物 （ Ｖ Ｏ 、 Ｍｎ Ｏ ：或 Ｍｇ Ｏ） ３ ％（ 外 加） 。并 与未添 加金 属氧 化 物 的试 样 做对 比。
以克服外加 晶须难以分散 均匀 ， 对人体有害等缺陷 ，
利 用相 界 面清 晰 以及热 膨 胀 失 配 来 提 高 材 料 的高 温 力 学性 能 。如 Ｃ ｅ ｍａ ｉ ｌ ＿ ４ 采 用 莫 来 石 原 位 生 长 制 备 的 莫 来 石一 刚玉质 复合 耐火 材料 ， 相对 于单 一 相来 讲 ， 通 过合 理控制 刚 玉和莫 来 石 的 比例 及 其颗 粒 尺 寸 ， 其 抗
国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５ １ ４ ６ ２ ０ １ ６） 。 董伟霞 ： 女， １ ９ ７ ７年 生 ， 博士， 副教 授 。
煤矸 石是 煤炭 生 产 和加 工 过 程 中产 生 的一 种 固
速率从室温升到 ９ ５ ０℃ ， 保温 １ ｈ ； 再以３ ｏ Ｃ・ ｍ ｉ ｎ 的 升温速率升到 １ ５ ５ ０℃ ， 保温 １ ｈ 后随炉冷却至室温。
１ ． ３ 表征
体废弃物， 煤 矸石 的主要化学组 成 （ Ｗ） 为： Ｓ ｉ Ｏ ：
了添加 不 同金 属 氧化 物对 莫来 石 晶须生 长和 长径 比及试 样 性能 的影 响 。 结果表 明 ： 添加金 属氧 化 物后 ， 莫 来石 晶须 的长径 比都 出现 了下降 ， 其 中添加 Ｖ Ｏ 的试样 对 晶须 长径 比的影 响 最 小 ， Ｍｎ Ｏ ２次之 ， 添 加 Ｍｇ Ｏ的 试样 影
１ ． ２ ４％ ， Ｋ２ ０ ３． １ ６ ％ ， Ｎａ ２ Ｏ ０． ４ ３％ ， Ｃａ Ｏ ０． ５ ３ ％ ， Ｆｅ ３ Ｏ４ １ ． ７ ５ ％ ， Ｍｇ Ｏ ０． ６１ ％ 。
１ ． ２ 试 样制 备 试验 配 方 （ Ｗ） 为： 煤矸 石 ３ １ ． ８ ％， 氢 氧 化 铝
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熬
２ 第 ０ １ ５ ６ ０ 卷 年１ 第 ２ ６ 期 月
添 加金属氧 化物对煤 矸石制备 莫来石晶须增 强刚 玉耐火 材料的影响
董伟 霞 顾幸 勇 李鑫 浩 杨静威 罗 婷
景 德镇 陶瓷 大学 材料科 学与 工程 学院 江 西景德 镇 ３ ３ ３ ０ ０ １
加物 Ｖ Ｏ 、 Ｍｎ Ｏ ： 、 Ｍ ｇ Ｏ。其 中 ： 氢 氧化 铝 和 金 属 氧 化
物 添加 剂均 为 工 业 纯 ， 纯 度 均 ≥９ ９ ％（ Ｗ） ； 煤 矸 石 的
体材料 中引入晶须 ， 其 中莫来石晶须多采用Ａ １ （ Ｏ Ｈ ） ，
和 高岭 土为 前驱 体制 备 Ｊ ， 即通 过外 加法 对 材料 进 行 增 韧补 强 。该方 法虽 然效 果显 著 ， 但 同 时也 存在 一 系
列 的缺 点 ， 如 晶须分 布均 匀性差 ， 晶须 较 难 分散 ， 较 难 烧结 ， 对人 体健 康 有 害 等 Ｊ 。利 用 原位 生 长技 术 ， 可
化学组 成 （ Ｗ） 为： Ａ １ ２ Ｏ ３ ２ ６ ． ６ ８ ％， Ｓ ｉ Ｏ ２ ６ ５ ． ６ ０ ％， Ｔ ｉ Ｏ ２