Yoğun seramik malzemeler alanında kömür gang uygulaması
Kömür gangı, kömür damarında hapsolmuş kayadır ve aynı zamanda kömür madenciliği ve kömür yıkama sürecindeki atıktır. Şu anda ülkede birikmiş kömür gangı birkaç milyar ton kadar yüksek ve bu da ekolojik çevreye ciddi zararlar veriyor. Geri dönüştürülebilir bir kaynak olarak, kömür gang birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yapılan araştırmalar sonucunda kömür gangının ana bileşenlerinin alümina ve silis olduğu ve bu bileşiklerin seramik üretiminde yaygın olarak kullanılan hammaddeler olduğu tespit edilmiştir. Kömür gangının kendisi de çok sayıda mikro gözeneklere ve yüksek bir spesifik yüzey alanına sahiptir. Bu nedenle, kömür gang, yüksek mekanik dayanım, asit ve alkali korozyon direnci ve uzun ömür gibi mükemmel özelliklere sahip seramik ve diğer malzemeleri hazırlamak için kullanılabilir.
1. Yoğun müllit ve kompozit malzemeleri
Mullit (3Al2O3·2SiO2), yüksek yoğunluk, iyi termal şok direnci, iyi sürünme direnci, düşük genleşme katsayısı ve kararlı kimyasal bileşim özelliklerine sahip yüksek kaliteli bir refrakter malzemedir. Benim ülkemde çok az doğal mullit rezervi vardır ve mullitin çoğu yapay olarak sentezlenir. Genellikle hammadde olarak kaolin ve alümina tozu kullanılmakta olup, mullit malzemeler sinterleme veya elektrofüzyon yöntemiyle hazırlanmaktadır. Kömür gangındaki kaolinit içeriği genel olarak %90’ın üzerine çıkabildiğinden, gangı Al2O3 gibi yardımcı malzemelerle karıştırarak ve yüksek sıcaklıkta kalsinasyon yaparak mükemmel performansa sahip mullit ve mullit kompozit malzemeler hazırlanabilir. ülkem de kömür gangından mullit ve kompozit malzemelerinin hazırlanmasında bazı ilerlemeler kaydetti.
Müllit klinker hazırlamak için ana hammadde olarak yüksek alümina boksit, kömür gang ve az miktarda Al2O3 ile birlikte kullanılan araştırma, mükemmel performansa sahip mullit klinkerin 1700 °C’de pişirilebileceğini ve görünür gözenekliliğinin 1700 °C’den daha az olduğunu buldu. %25, kütle yoğunluğu ≥ 2,75g/cm3.
Ana hammadde olarak, alümina ile eşit olarak karıştırılan asitlenmiş kömür gang kullanılmış ve katı hal sinterleme ile mullit hazırlanmıştır. Önce artacak ve sonra biraz azalacaktır, bu nedenle mulliti hazırlamak için bekletme süresi 2 saat içinde kontrol edilmelidir.
Ana hammadde olarak boksit ve kömür gang, katkı maddesi olarak vanadyum pentoksit (V2O5) ve alüminyum florür (AlF3) kullanılarak, katı hal reaksiyonu ile ana kristal fazı mullit fazı olan bir kristal hazırlandı. Araştırma gösteriyor ki: alüminyum Kömür gangındaki boksit ve silikon-alümina 2:3.05 molar oranında karıştırıldığında, hazırlanan mullit malzemesinin mukavemeti ve sertliği önemli ölçüde iyileştirildi ve performans en iyisi oldu. Hacim yoğunluğu 2,3 g/cm3 kadar yüksek, görünür gözeneklilik %23,6, su emme oranı %10,55 ve bükülme mukavemeti 114MPa’dır.
Hammadde olarak kömür gang ve kaolen kullanılarak ve potasyum feldspat ilave edilerek mullit-yüksek silika cam kompozit malzeme başarıyla sentezlendi. Çalışmada, karışımın potasyum feldspat eklenmeden sinterleme sıcaklığının 1590°C’nin üzerinde olduğu, K2O oranı %1,5 olan ve potasyum feldspat eklenmiş karışımın sinterleme sıcaklığının 1530°C’ye düşürülebildiği tespit edilmiştir. Bu nedenle karışıma belirli miktarda potasyum feldispat eklenmesi sinterleme sıcaklığını düşürebilir.
Kömür gangını hammadde olarak kullanarak gang, safsızlık giderme, kalsinasyon ve diğer işlemlerle aktive edilir ve nano-mullite kompozit toz malzeme hidrotermal kristalizasyon ile hazırlanır. Sonuçlar, nano-mullite kompozit fazın, 2-4 mol/L sodyum hidroksit çözeltisi konsantrasyonu, 80-90°C karıştırma sıcaklığı, 3 saat ısı koruma koşulları altında aktif kömür gang tozundan hazırlandığını göstermektedir. ve 10mL/g sıvı-katı oranı. Toz, nano-mullit kompozit tozu, çoğu sütun kristalleri olan iyi bir kristalleşme etkisine sahiptir, tane uzunluğu 50nm’dir ve ortalama en boy oranı 3.5’e ulaşır.
2. Yoğun sialon ve kompozit malzemeleri
Hammadde olarak yüksek alümina kömür gang, demir konsantresi tozu ve kok tozu kullanılarak Fe-Sialon kompozit yoğun malzeme karbotermal indirgeme nitrürleme yöntemi ile 1400-1550°C’de 4 saat süreyle hazırlandı. Kok içeriğinin %10’u aştığı bulundu 1. 1500°C’de 4 saat hazırlanan Fe-Sialon yoğun malzeme, en düzgün tane dağılımına ve en iyi performansa sahiptir.
Ana hammadde olarak kömür gang ve doğal kil kullanılarak, yeşil gövdeyi şekillendirmek için kolloidal kalıplama işlemi kullanılmış ve karbotermal indirgeme nitrürleme işlemi ile β-Sialon/SiC kompozit yoğun seramik malzeme başarıyla sentezlenmiştir. Çalışma, optimize edilmiş koloidal kalıplama işleminin, 1,12 g/cm3 kadar yüksek yoğunluğa sahip ham bir gövde üretmek için kullanılabileceğini ve sinterlemeden sonra yoğun bir β-Sialon/SiC kompozit malzemenin üretilebileceğini buldu.