煤矸石合成莫来石晶须工艺的研究

出来 的 固体 废 弃物称 为 洗矸 （ 泥状 物 为煤 泥 ） 。我 国是
世 界产 煤大 国 ， 排放 的煤 矸石 数量 相 当巨 大 ， 煤 矸石 排
放 量也 会 随 着 煤 炭产 量 逐 年 增 长 而 增 长 。截 至 ２ ０ ０ ４
年， 全 国煤 矸石 的 累计 生 产 量 为 ４ Ｏ多亿 ｔ 。形 成 的矸
晶须 通 常被定 义 为在人 工 控制 条件 下生 长成 的具
有 一定 长 径 比的一 种单 晶纤 维材 料 ， 其直 径非 常小 ， 以
致 于难 以容纳 在大 晶 体 中经 常 出 现 的缺 陷 ， 其 原 子 高 度有 序 ， 强 度接 近于 完整 晶体 的理 论值 ， 因而具 有优 良 的 耐腐蚀 性 能 、 良好 的机 械强 度 、 电绝 缘性 、 轻量 、 高强
文章编号 ： １ ０ ０ ２ —２ ８ ７ ２ ｆ ２ ０ １ ７ ） ０ ： ＴＱ１ ７ ４ 文献标识码 ： Ａ
度、 高 弹性模 量 、 高硬 度 等 特 性 ， 作为塑料、 金属 、 陶瓷
１ 课 题 背 景 及 意 义
１ ． １ 煤 矸石 现状
陶 瓷 Ｃ ｅ ｒ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ
（ 研究与开发） ２ ０ １ ７ 年０ ８ 月
煅烧法、 矿物 分解 法 、 氧化物掺杂法 、 原 位 生 长 法 和 熔
盐法 等 。
２ ． １ 实 验 用 原 料
本 实验 采用 熔盐 法 合成 莫 来 石 晶须 ， 这是 一 种 近
采 用煤 矸 石合 成 莫 来 石 晶 须 时 ， 由于 在 莫 来 石 的
力学 性 能优 于多 晶莫 来 石 ， 它具 有 耐 高 温 、 耐磨损 、 抗 氧化、 热 膨胀 系数 较 小 、 高 温 强度 较大 、 抗热 震 性 能较 好及 具有 高 温蠕 变小 等优 异性 能 ， 因此 ， 是一 种优 异 的
陶瓷 基复 合材 料补 强 剂 ， 它 的开 发 应 用必 将 促 进 陶瓷
石 山规 模 较 大 的就 有 １ ６ ０ ０多 座 ， 按 照 煤 矸 石 占地 系
数 ０ ． ５亩 ／ 万 ｔ 计， 占用 土地 约 １ ． ５万 公 顷 ＿ １ ］ 。 因此 ，
开发 利用 煤矸 石 资源 是一个 刻 不容 缓 的社会 问题 。
１ ． ２ 莫 来 石 晶 须 研 究 意 义
至１ ８ ５ ０。 Ｃ时才完 全熔 融 ］ 。莫 来 石 的 晶体 结 构 是 由 ［ Ａ １ ０ ］ 和Ｅ ｓ ｉ ｏ ］ 四面体 沿 Ｃ 轴 无 序 排列 组 成 双链 ， 双 链 间 由Ｅ ａＪ ｏ ］ 八 面体连接 ； 因此， 莫 来 石 晶粒 易 沿 Ｃ 轴 方 向生长 ］ 。莫 来 石 晶须 为 针 状 的 莫来 石 单 晶 ， 其
（ 研 究与 开发） ２ ０ １ ７ 年０ ８ 月
陶瓷 Ｃ ｅ ｒ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ
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煤 矸 石 合 成 奏 来 石 晶 须 工 艺 硇 研 夯
董军 乐 萧礼 标 霍 荣铨 。
（ １蒙 娜 丽莎集 团股份 有 限公 司 广 东 佛 山 ５ ２ ８ ２ １ １ ） （ ２蒙 娜丽 莎集 团国家认 定企 业 技术 中心 广 东 佛 山 ５ ２ ８ ２ １ １ ）
（ ３蒙 娜丽 莎集 团工程技 术 中心 广 东 佛 山 ５ ２ ８ ２ １ １ ）
摘 要 以 煤 矸 石 和 硫 酸 铝 为 原 料 ， 硫 酸钠 为反 应介 质 ， 采 用 烧 结 法 制 备 莫 来 石 晶须 。 利 用 Ｘ Ｒ Ｄ、 Ｓ Ｅ Ｍ、 Ｄ Ｓ Ｃ 等 测 试 方
法， 研 究 了煅 烧 温 度 和保 温 时 间 对 莫 来 石 晶须 的影 响 。研 究 结 果 表 明 ： 温 度 过 低 时熔 融 性 差 不 利 于 莫 来 石 晶 须 形 成 ； 而 温
年来 受 到关 注 的粉 体制 备 方 法 ， 它采 用 一 种 或几 种 低
熔 点 的盐 类 作 为反应 介 质 ， 在 高 温熔 融 盐 中完 成 合 成 反 应 。反应 结束 后 ， 采 用合适 的溶剂 将盐 类 溶解 ， 经 过 滤、 洗 涤后 即可 得 到合成 粉体 产 物 。近年 来 ， 随着 研 究 的不断 深入 ， 熔 盐合 成法 的优 势 逐渐 显示 出来 ， 应 用 范
条件 下具 有 良好 的热 稳 定性 且 无 多 晶转 变 ， 较 低 的热 膨胀 系数 和导 热 系数 ， 良好 的高 温抗 蠕变 性 ， 较 高 的高
温机 械强 度 ， 是 一种 性 能优异 的高温结 构 陶瓷材 料 。
莫 来石 加 热到 １ ８ ０ ０℃ 以 上会 有 微 量 液 相 生 成 ，
度过高 时 ， 已合成 的莫来石 晶须 相发生二次分解 ， 均使 莫来石产率降低 。经过实验 ， 得 出最佳 条件 ： １ １ ０ ０ ℃保 温 ３ ｈ时 ， 合
成莫来 石晶须长为 ３ ～４ ｍ、 直径 为 ５ Ｏ ～１ ０ ０ ｎ ｍ。 关 键 词 煤 矸 石 莫 来 石 晶须
等 的改性 增 强材 料 时显 示 出极 佳 的 物理 、 化学 性 能 和 优 异 的力学 性能 ］ 。
莫来 石也 称 富铝 红柱石 ， 是 硅铝 酸盐 矿物 ， 自然存 在 的较少 ， 迄 今 还 未发 现具 有 工 业 价 值 的 矿床 ＿ ３ ］ 。它
的化 学计 量式 为 ３ Ａ１ Ｏ。・ ２ Ｓ ｉ Ｏ 。高纯 莫来 石 在有 氧
煤矸 石是 聚煤 盆 地 煤 层 沉积 过 程 的产 物 ， 是 成 煤 物 质 与其 他物 质相 结合 而成 的 可燃性 矿 石 。煤矸 石从 来 源 主要 分 为采矸 和洗 矸两 类 。伴 随着 煤炭 开采 过程 排 放 的 固体废 弃物 称 为 采 矸 ； 煤 炭 在 洗 选过 程 中分 离
基复 合材 料 的研究 和发 展Ｅ ５ ３ 。
１ ． ３ 研 究 现 状
莫 来石 晶须 的 主要 合 成 方 法 有 凝 胶煅 烧法 、 粉 末
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作者简介 ： 董军乐（ １ ９ ８ ７ 一） ， 本科 ； 主要从事粉煤灰 、 陶瓷薄板 、 建筑陶瓷铺贴应用的研究与应用。
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