粉煤灰基多孔陶瓷材料的研制

论文摘要

粉煤灰的排放严重占用土地,污染环境,如何很好地处理和利用粉煤灰已经成为新世纪所面临的一大课题。本文探讨了以粉煤灰为陶瓷骨料,采用添加造孔剂法制备具备固-液、气分离功能的、性能优异的多孔陶瓷成型材料,开创了用简单工艺实现粉煤灰高附加值综合利用的新途径。本文通过选择合适的粘结剂和造孔剂、设计合适的陶瓷配方、优化制备工艺控制粉煤灰基多孔陶瓷的气孔率和抗弯强度。研究了造孔剂和粘结剂的种类及用量、粉煤灰的粒度组成、混合料水份、成型压力、烧结温度、保温时间等因素对多孔陶瓷气孔率、抗弯强度、体积密度和吸水率的影响。研究发现,烧结温度、造孔剂用量对多孔陶瓷抗弯强度、气孔率、体积密度和吸水率的影响最大,最合适的造孔剂是QM煤粉。随着造孔剂用量的增多,气孔率和吸水率增大,体积密度和抗弯强度降低,随着烧结温度的提高,气孔率和吸水率降低,体积密度和抗弯强度增大;其次是保温时间、粘结剂用量以及骨料粒度组成。最合适的粘结剂是膨润土加少量PA粘结剂,最佳骨料粒度范围为74～66μm;再次是混合料水份和成型压力。通过对粉煤灰基多孔陶瓷配方及制备工艺的优化,得到实验室条件下的优化工艺参数为:混合料水份为24%,膨润土用量4%,PA粘结剂用量1%,造孔剂用量35%,成型压力为10.2MPa,烧成温度为1180℃,保温时间为60min。在此试验条件下制得了抗弯强度9.37MPa,气孔率41.52%,体积密度1.14g/cm3,吸水率36.38%,耐酸值96.15%,耐碱值94.77%,透气度3.7m3·m-2·h-1,热振性能达到900℃的粉煤灰基多孔陶瓷。XRD分析结果表明,粉煤灰基多孔陶瓷中的晶相组成以石英（SiO2）、莫来石（3Al2O3·2SiO2）为主,此外还含有少量的赤铁矿（Fe2O3）和钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）。形貌分析表明,粉煤灰基多孔陶瓷具有大量三维网状微孔,以煤粉颗粒燃烧构成了孔径约为40～70μm的孔洞,粉煤灰颗粒本身的孔隙及堆积形成了孔径约为1～20μm的微孔,这种高孔隙率多孔陶瓷具有非常发达的微孔结构和高比表面积。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 粉煤灰的基本性质及环境危害
• 1.1.1 粉煤灰的物理特性
• 1.1.2 粉煤灰的化学特性
• 1.1.3 粉煤灰的矿物特征
• 1.1.4 粉煤灰的环境危害
• 1.2 粉煤灰综合利用的研究动态
• 1.2.1 国外对粉煤灰综合利用的研究动态
• 1.2.2 国内对粉煤灰综合利用的研究动态
• 1.3 多孔陶瓷成型机理及制备工艺
• 1.3.1 多孔陶瓷分类
• 1.3.2 多孔陶瓷的成型机理
• 1.3.3 多孔陶瓷的制备工艺
• 1.4 多孔陶瓷的研究概况
• 1.4.1 国外多孔陶瓷的研究概况
• 1.4.2 国内多孔陶瓷的研究概况
• 1.4.3 粉煤灰制备多孔陶瓷的研究概况
• 1.5 研究目的及意义
• 第二章 原料性能及研究方法
• 2.1 原料性能
• 2.1.1 粉煤灰
• 2.1.2 造孔剂
• 2.1.3 粘结剂
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 粉煤灰基多孔陶瓷的制备
• 2.2.2 粉煤灰基多孔陶瓷性能的表征
• 第三章 造孔剂及骨料粒度对多孔陶瓷性能的影响
• 3.1 造孔剂的反应过程及其机理
• 3.2 造孔剂对多孔陶瓷性能的影响
• 3.2.1 造孔剂对多孔陶瓷气孔率的影响
• 3.2.2 造孔剂对多孔陶瓷抗弯强度的影响
• 3.2.3 造孔剂对多孔陶瓷吸水率的影响
• 3.2.4 造孔剂对多孔陶瓷体积密度的影响
• 3.3 骨料和造孔剂颗粒的激光粒度分析
• 3.4 骨料粒度对多孔陶瓷性能的影响
• 3.4.1 骨料粒度对抗弯强度和气孔率的影响
• 3.4.2 骨料粒度对体积密度和吸水率的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 不同粘结剂的粘结作用及机理研究
• 4.1 膨润土的影响及作用机理研究
• 4.1.1 膨润土对多孔陶瓷性能的影响
• 4.1.2 膨润土的作用机理研究
• 4.1.3 多孔陶瓷的显微结构及物相分析
• 4.2 PA粘结剂的影响及作用机理研究
• 4.2.1 PA粘结剂对多孔陶瓷性能的影响
• 4.2.2 PA粘结剂的作用机理研究
• 4.3 复合粘结剂对多孔陶瓷性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 多孔陶瓷成型压力及烧结机理研究
• 5.1 成型压力对多孔陶瓷性能的影响
• 5.2 烧结温度对多孔陶瓷性能的影响
• 5.3 保温时间对多孔陶瓷性能的影响
• 5.4 烧结机理研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 多孔陶瓷制备工艺的优化及性能研究
• 6.1 多孔陶瓷制备工艺优化试验
• 6.2 多孔陶瓷的结构与性能研究
• 6.2.1 多孔陶瓷的孔径分布
• 6.2.2 多孔陶瓷的耐酸碱性能
• 6.2.3 多孔陶瓷抗弯强度与气孔率的关系
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果