赤泥质保温陶瓷砖的制备及其性能研究

论文摘要

赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的固体废弃物。随着氧化铝生产规模的日益扩大,赤泥已成为一种主要的环境污染源,它的处理变得越来越重要。本研究以烧结法赤泥和拜尔法赤泥为主要原料,以页岩等为主要辅助原料,并加入一些改善材料成型及烧成性能的添加剂,分别采用半干压成型和挤出成型两种技术,制备了性能优良的赤泥保温陶瓷砖,并在此基础上成功进行了中试试验,实现了赤泥的资源化及综合利用。烧结法赤泥组成中SiO2和Al2O3含量低而CaO含量高,拜尔法赤泥CaO含量低,Al2O3含量高,二者都不满足单独作为主要原料制备烧结砖的化学组成要求,利用其性能互补将二者复合使用,可以获得较为可靠的制备陶瓷保温砖的原料。采用TG-DTA、SEM、XRD和EPMA等测试方法,对赤泥质保温陶瓷砖样品的性能和微观结构进行了测试分析,分析了坯体烧成过程中的反应机理及它的保温机理。结果表明,典型配方A-4中烧结法赤泥添加量为30%,拜尔法赤泥含量为30%,在1060℃下烧成样品的吸水率为24.18%,气孔率为42.68%,体积密度为1.77g/cm3,烧成抗折强度为19.78MPa,烧成抗压强度为45.76MPa,热导率为0.88×W·m-1·K-1,抗冻融性为36.74MPa;其主晶相为SiO2、Fe2O3、Ca3Fe2Si3O12和Ca2MgSi2O7。在挤出成型实验中,主要讨论了泥料的可塑性、坯体干燥制度、烧成制度、影响空心砖保温性能的因素等。实验发现,增塑剂木质素磺酸钠能显著提高坯料的可塑性指标;原料越细可塑性越好;赤泥掺量越高、页岩掺量越少,可塑性越差;最佳的陈腐时间为2d。典型配方J-1中烧结法赤泥含量为20%,拜尔法赤泥含量为30%;其在1060℃烧成样品吸水率为25.36%,气孔率为41.89,体积密度为1.68g·cm-3,抗压强度23.87MPa,抗冻融性为21.70MPa,热导率为0.58W·m-1·K-1。进行了赤泥质保温陶瓷砖的中试试验,并成功解决了在中试过程中出现的问题,为赤泥质陶瓷保温砖投入大生产奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 保温陶瓷砖的成型方法简介
• 1.3.1 半干压成型
• 1.3.2 挤出成型
• 1.4 本课题研究的目标和主要内容
• 第2章 压制成型法制备保温陶瓷砖研究
• 2.1 实验
• 2.1.1 保温陶瓷砖的制备工艺
• 2.1.2 样品的制备
• 2.2 坯体及样品的性能和微观结构测试
• 2.2.1 坯体的干燥性能
• 2.2.2 样品的Wa、Pa、D及σ测试
• 2.2.3 样品的导热系数测试
• 2.2.4 样品的抗压强度和抗冻融测试
• 2.2.5 坯料的TG-DTA分析
• 2.2.6 样品的相组成分析
• 2.2.7 样品的SEM研究
• 2.2.8 样品的EPMA分析
• 2.3 分析与讨论
• 2.3.1 影响样品吸水率、气孔率的因素
• 2.3.2 影响样品强度的因素
• 2.3.3 样品的TG-DTA分析
• 2.3.4 样品的抗冻融性分析
• 2.3.5 影响样品导热系数的因素
• 2.3.6 样品的物相组成分析及显微结构分析
• 2.3.7 样品的EPMA分析及烧成反应机理分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 挤出成型法制备保温陶瓷砖的研究
• 3.1 实验
• 3.1.1 气孔形成剂和增塑剂
• 3.1.2 坯料配方及化学组成
• 3.1.3 样品制备
• 3.1.4 坯体干燥制度的确定
• 3.2 坯料及样品的性能和微观结构测试
• 3.2.1 坯料可塑性指标测试
• 3.2.2 样品的Wa、Pa、D测试
• 3.2.3 样品的抗压强度和抗冻融测试
• 3.2.4 样品的导热系数测试
• 3.2.5 样品的XRD测试
• 3.2.6 样品的SEM测试
• 3.2.7 样品的EPMA测试
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 影响坯料可塑性的因素
• 3.3.2 影响赤泥质保温砖坯体的干燥性能的因素
• 3.3.3 烧成制度的确定
• 3.3.4 影响赤泥质保温砖的保温性能的因素
• 3.3.5 样品的XRD分析
• 3.3.6 样品的SEM分析
• 3.3.7 样品的EPMA分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 赤泥质保温陶瓷砖的中试研究
• 4.1 压制成型法制备赤泥质保温陶瓷砖的中试试验
• 4.1.1 坯料准备
• 4.1.2 压制成型
• 4.1.3 坯体的干燥
• 4.1.4 烧成
• 4.2 挤出成型制备赤泥质保温砖的中试试验
• 4.2.1 坯料准备
• 4.2.2 挤出成型
• 4.2.3 坯体的干燥
• 4.2.4 烧成
• 4.3 中试样品性能及显微结构测试
• 4.3.1 Wa、Pa、D测试
• 4.3.2 样品的抗压强度和抗冻融测试
• 4.3.3 样品的导热系数
• 4.3.4 显微结构分析
• 4.4 中试试验中出现的问题分析机解决方法
• 4.4.1 压制成型中试过程中的问题及解决途径
• 4.4.2 挤出成型中试过程中的问题及解决途径
• 4.5 本章小结
• 第5章 全文结论及展望
• 5.1 全文结论
• 5.2 本文创新点
• 5.3 进一步展开研究工作的思路
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间作者发表的论文及参与的科研项目