利用铝型材厂含铝污泥和叶腊石制备莫来石耐火材料,属于固体废料和矿物资源的综合利用项目,具有实际应用意义。本研究首先确定制备莫来石材料的最佳配方与工艺,然后在此基础上分别探讨添加Na2SiF6与BaF2矿化剂对莫来石形成的影响。用XRD和SEM法表征各试样的晶相与显微结构;用Rietveld quantification法计算确定各晶相的含量;用轻工部标准测试各试样的性能。通过研究得到如下实验结果:
1、原料配比、制备工艺对莫来石结构和性能的影响结果表明,制备莫来石的最佳原料配比(铝厂污泥与叶腊石的质量比)为3:1、烧结温度为1500℃、烧结时间为4h、原料球磨时间为1h。用该工艺制备的莫来石A3S 2含量为87.3%、抗压强度为22.28MPa、气孔率为31.4%、体积密度为2.05 g/cm3、吸水率为15.7%。正交试验结果表明,原料配比和烧结温度对莫来石的性能影响比较大,而烧结时间、原料粒度的影响较小。
2、矿化剂能够促进莫来石晶相形成,对显微结构和性能有重要影响。在烧结温度为1500℃和1550℃下,Na2SiF6和BaF2形成莫来石固溶体Al4.59Si1.41O9.7 、Al2O3 和SiO2三种晶相,其中Al4.59Si1.41O9.7是主晶相。二种矿化剂都能促进柱状莫来石的形成和生长,提高试样中莫来石固溶体的含量;添加Na2SiF6矿化剂实验结果表明,最佳Na2SiF6添加量为2%,其对应的莫来石含量为96.8%;莫来石固溶体晶粒呈较长的柱状,互相交错地构成致密的网络结构。添加BaF2矿化剂实验结果表明,最佳BaF2添加量为0.5%。其对应的莫来石含量为95.8%,莫来石固溶体晶粒呈短柱状,互相交错地构成致密结构。
3、莫来石的形成机理如下:铝厂污泥和叶腊石反应形成带有结构缺陷的莫来石Al2O3•SiO2,反应过程过剩的α-Al2O3中的Al3+取代莫来石中[SiO4]四面体中Si4+形成置换固溶体Al4.59Si1.41O9.7。矿化剂Na2SiF6和BaF2在高温时形成少量液相,从而促进莫来石固溶体的形成。研究结果表明,Na2SiF6和BaF2都是莫来石固溶体形成的较强矿化剂,其中Na2SiF6矿化能力更强,作用更加明显。