煤矸石合成堇青石及其复相材料

关键词： 煤矸石，堇青石，多孔，复相，性能
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北京科技大学硕士学位论文
Preparation of cordierite and composites from coal gangues Abstract
It is the aim of present works that making good use of the ingredients in the solid wastes which include coal gangue and the used refractory. This could provide a new method to improve the comprehensive utilization of the solid waste. In present work, the coal gangue, used slide gate from Capital Steel Ltd. and used magnesia carbon brick from Capital Steel Ltd. were used as raw materials. Under the atmosphere pressure, cordierite and cordierite-mullite could be prepared. If the raw materials combined with the pore–forming agent, the porous cordierites were prepared. According to the chemical composition of coal gangue, used slide gate, used magnesia carbon brick and the different target products, Based on the phase diagram of MgO-Al2O3-SiO2, the appropriate proportion of different raw materials were determined. And the different target products were synthesised successfully. The synthesis condition effects on the properties of prepared cordierite material from solid wastes were discussed here. At 1380 ℃, the purity of material is relative high. The content of cordierite was larger than 95%. Long sintering time at this temperature could increase the bending strength and porosity and decrease the density of the material. But 3 hours more sintering time may lead the bending strength, porosity and the density of the material reach stable. The synthesis condition effects on the properties of prepared cordierite-mullite composite material from solid wastes were discussed also. The high temperature is good for cordierite synthesis. But the content of cordierite in the composite material affects the bending strength little. With the increase of content of cordierite, the porosity decrease, the density increase, and the property of thermal expansion decrease. As mentioned before, if the raw materials combined with the pore –forming agent, the porous cordierites were prepared. Synthesis Conditions, especially different pore–forming agents include graphite, starch and complex pore–forming agents, effects on the properties of prepared porous cordierite were discussed. The pore–forming agents affect the properties great. After the comprehensive analysis, complex pore–forming agent is the best among the 3 types. With the increase of content of pore–forming agent, the porosity increase, the density and the bending strength decrease. The large size of cordierite-mullite bricks and porous cordierite bricks were prepared at the optimized synthesis condition. They are neat appearance and good comprehensive performance, and All bricks can meet the demands of the kiln. Key Words： Gangue， Cordierite， Porous， Composite， performance
指 导 教 师： 指导小组成员：
郭敏 副教授 张梅 教授
单位： 单位：
冶金与生态工程学院 冶金与生态工程学院
论文提交日期：2009 年 12 月 24 日 学位授予单位：北 京 科 技 大 学
北京科技大学硕士学位论文
致 谢
本文是在导师郭敏老师和张梅老师的悉心指导下完成的。本文从选题、 实验方案的制定到实验和理论分析的整个过程无不凝结着两位老师的心血。 他们渊博的知识，敏捷的思维，开阔的视野和严谨的治学态度，以及他们宽 广的胸怀和对学生无私的关爱，都给我留下了深刻的印象，使我终生受益。 在此，向两位老师表示最衷心的感谢！ 李文超老师、王习东老师，对我的论文工作、学习和生活给予了诸多指 导和帮助。李文超老师渊博的知识、严谨的学风和诲人不倦的精神令我非常 敬佩；王习东老师的谆谆教导也让我受益匪浅，在此表示忠心感谢。 在实验期间，岳昌盛博士、王亚丽博士、李玉祥博士给了我详尽的指导， 陆璇硕士、周媛硕士、王荣硕士等实验室同学给予了我热情的帮助；感谢刘 桂荣老师、王连伟老师在试验结果的检测和分析上给了我指导性的意见；在 此向他们表示衷心的感谢！ 感谢所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友们！同时，向参与本论文 评阅和答辩的各位专家和老师致以崇高的敬意！ 感谢我的父母能对我多年的养育之恩！ 感谢 973 计划 （2007CB613608） 、 国家科技支撑计划 （2006BAC21B02-1） 、 国家自然科学基金（50332010）的支持！ 彭 犇 2009 年 12 月
煤 矸 石 合 成 堇 青 石 及 其 复 相 材 料
彭 犇
北 京 科 技 大 学
论文题目：煤矸石合成堇青石及其复相材料
学 作
S20070406 号：_________________________ 彭 犇 者：_________________________
冶金物理化学 专 业 名 称：_________________________ 2009 年 12 月 24 日
分类号：____________
666 ＵＤＣ：____________
TQ175
密
公开 级：______________
１０００８ 单位代码：______________
北京科技大学硕士学位论文
论文题目：
煤矸石合成堇青石及其复相材料
彭 犇 作者：_________________________
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北京科技大学硕士学位论文
摘 要
为了充分利用煤矸石和用后耐火材料等固体废弃物中的有价成份，提高 其利用率，本文以煤矸石、首钢用后滑板砖和首钢用后镁碳砖为原料，复合 添加剂为造孔剂，常压下合成出堇青石材料、堇青石—莫来石复相材料以及 多孔堇青石材料，为固体废弃物的综合利用提供新的途径。 以 MgO-Al2O3-SiO2 三元相图为研究基础，根据煤矸石、用后滑板砖和 用后镁碳砖的化学成分和目标产物的化学成分进行设计，确定出合适的原料 比例，合成了相应的目标产物。 利用煤矸石、用后滑板砖和用后镁碳砖为原料，研究了不同实验条件下 对于合成堇青石材料性能的影响。结果表明：高温下（1380℃）合成了纯度 较高的堇青石材料，其含量在 95%以上。随着保温时间的延长，合成材料的 抗折性能、气孔率增加，体积密度降低，保温时间超过 3h 后，保温时间的延 长对材料的抗折性能、气孔率、体积密度等性能影响不大。 利用煤矸石、用后滑板砖和用后镁碳砖为原料，研究了不同实验条件下 合成的堇青石—莫来石复相材料性能的影响。结果表明：合成温度的升高对 堇青石的生成有利。合成的复相材料随着莫。 利用煤矸石、用后滑板砖和用后镁碳砖为原料，复合添加剂为造孔剂， 研究了不同实验条件以及不同造孔剂对合成的多孔堇青石材料性能的影响。 结果表明：利用不同造孔剂（石墨、淀粉或复合添加剂）可以合成多孔堇青 石材料，造孔剂种类对材料性能的影响较大，综合分析表明复合添加剂为最 佳造孔剂。随着造孔剂添加量的增加，合成的材料的抗折强度降低，体积密 度降低，显气孔率增加。 采用同样工艺参数制备的大尺寸堇青石-莫来石复相砖、多孔堇青石砖， 性能测定表明其形貌规整，综合性能良好，满足窑具使用要求。