تطبيق شوائب الفحم في مجال المواد الخزفية الكثيفة
شوائب الفحم هي الصخور المحاصرة في طبقات الفحم ، وهي أيضًا النفايات في عملية تعدين الفحم وغسل الفحم. في الوقت الحاضر ، تصل شوائب الفحم المتراكمة في البلاد إلى عدة مليارات من الأطنان ، مما تسبب في أضرار جسيمة للبيئة البيئية. كمورد قابل لإعادة التدوير ، فقد تم استخدام شوائب الفحم على نطاق واسع في العديد من المجالات.
من خلال البحث ، وجد أن المكونات الرئيسية في شوائب الفحم هي الألومينا والسيليكا ، وهذه المركبات شائعة الاستخدام كمواد خام لإنتاج السيراميك. تحتوي شوائب الفحم نفسها أيضًا على عدد كبير من المسام الدقيقة ومساحة سطح محددة عالية. لذلك ، يمكن استخدام شوائب الفحم لتحضير السيراميك والمواد الأخرى ذات الخصائص الممتازة مثل القوة الميكانيكية العالية ، ومقاومة التآكل الحمضي والقلوي ، والعمر الطويل.
1. موليت كثيف ومواده المركبة
الموليت (3Al2O3 · 2SiO2) مادة حرارية عالية الجودة بخصائص كثافة عالية ، مقاومة جيدة للصدمات الحرارية ، مقاومة جيدة للزحف ، معامل تمدد منخفض وتركيب كيميائي ثابت. في بلدي ، هناك القليل من احتياطيات الموليت الطبيعية ، ومعظم الموليت مصنوع صناعياً. بشكل عام ، يتم استخدام مسحوق الكاولين والألومينا كمواد خام ، ويتم تحضير مواد الموليت بالتلبيد أو بالصهر الكهربائي. نظرًا لأن محتوى الكاولين في شوائب الفحم يمكن أن يصل عمومًا إلى أكثر من 90٪ ، يمكن تحضير المواد المركبة الموليت والموليت ذات الأداء الممتاز عن طريق خلط الشوائب مع المواد المساعدة مثل Al2O3 والتكلس في درجة حرارة عالية. كما أحرزت بلادي بعض التقدم في تحضير الموليت ومواده المركبة من شوائب الفحم.
باستخدام البوكسيت عالي الألومينا كمادة خام رئيسية ، جنبًا إلى جنب مع شوائب الفحم وكمية صغيرة من Al2O3 لتحضير كلنكر الموليت ، وجد البحث أن كلنكر الموليت ذو الأداء الممتاز يمكن إطلاقه عند 1700 درجة مئوية ، والمسامية الظاهرة أقل من 25٪ ، الكثافة الظاهرية ≥ 2.75 جم / سم 3.
تم استخدام شوائب الفحم المخلل كمواد خام رئيسية ، والتي تم خلطها بالتساوي مع الألومينا ، وتم تحضير الموليت عن طريق تلبيد الحالة الصلبة. سوف يزداد أولاً ثم ينخفض قليلاً ، لذلك يجب التحكم في وقت الاحتفاظ لتحضير الموليت في غضون ساعتين.
باستخدام البوكسيت وشوائب الفحم كمواد خام رئيسية ، خامس أكسيد الفاناديوم (V2O5) وفلوريد الألومنيوم (AlF3) كإضافات ، تم تحضير البلورة التي يكون طورها البلوري الرئيسي هو طور الموليت عن طريق تفاعل الحالة الصلبة. يظهر البحث أنه عندما يتم خلط الألمنيوم عند خلط البوكسيت والسيليكون – الألومينا في شوائب الفحم بنسبة مولارية 2: 3.05 ، فإن قوة وصلابة مادة الموليت المحضرة قد تحسنت بشكل كبير ، والأداء هو الأفضل. كثافة حجمه تصل إلى 2.3 جم / سم 3 ، والمسامية الظاهرة 23.6٪ ، ومعدل امتصاص الماء 10.55٪ ، وقوة الانحناء 114 ميجا باسكال.
تم تصنيع المادة المركبة من زجاج السيليكا عالية الموليت بنجاح باستخدام شوائب الفحم والكاولين كمواد خام وإضافة الفلسبار البوتاسيوم. وجدت الدراسة أن درجة حرارة التلبيد للخليط بدون إضافة فلسبار البوتاسيوم أعلى من 1590 درجة مئوية ، بينما يمكن تقليل درجة حرارة التلبيد للخليط بنسبة K2O 1.5٪ وإضافة الفلسبار البوتاسيوم إلى 1530 درجة مئوية. لذلك ، فإن إضافة كمية معينة من الفلسبار البوتاسيوم إلى الخليط يمكن أن يقلل من درجة حرارة التلبيد.
باستخدام شوائب الفحم كمادة خام ، يتم تنشيط الشوائب عن طريق إزالة الشوائب ، التكليس والعمليات الأخرى ، ويتم تحضير مادة المسحوق المركب النانوي موليت عن طريق التبلور الحراري المائي. أظهرت النتائج أنه تم تحضير الطور المركب النانوي موليت من مسحوق شوائب الفحم المنشط تحت ظروف تركيز 2-4 مول / لتر من محلول هيدروكسيد الصوديوم ، ودرجة حرارة تقليب من 80-90 درجة مئوية ، والحفاظ على الحرارة لمدة 3 ساعات ، ونسبة سائلة صلبة 10 مل / جم. المسحوق ، مسحوق النانو موليت المركب له تأثير تبلور جيد ، معظمها بلورات عمودية ، وطول الحبوب 50 نانومتر ، ومتوسط نسبة العرض إلى الارتفاع 3.5.
2. سيالون كثيف ومواده المركبة
باستخدام شوائب الفحم عالية الألومينا ، ومسحوق تركيز الحديد ، ومسحوق الكوك كمواد خام ، تم تحضير مادة Fe-Sialon المركب الكثيفة بطريقة نيترة الاختزال الكربوني الحراري عند 1400-1550 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. وجد أن محتوى فحم الكوك يتجاوز 10٪ 1. مادة Fe-Sialon كثيفة المحضرة عند 1500 ℃ لمدة 4 ساعات لها توزيع الحبوب الأكثر اتساقًا وأفضل أداء.
باستخدام شوائب الفحم والطين الطبيعي كمواد خام رئيسية ، تم استخدام عملية التشكيل الغرواني لتشكيل الجسم الأخضر ، وتم تصنيع مادة السيراميك الكثيفة المركبة β-Sialon / SiC بنجاح من خلال عملية النيترة الحرارية الكربونية. وجدت الدراسة أن العملية المثلى للقولبة الغروية يمكن استخدامها لإنتاج جسم أخضر بكثافة تصل إلى 1.12 جم / سم 3 ، ويمكن إنتاج مادة مركّبة كثيفة β-Sialon / SiC بعد التلبيد.