煤矿固体废弃物泡沫隔热陶瓷的组成及制备参数与性能关系研究

发布时间：2020-06-08 01:42

【摘要】：煤矸石和煤炭伴生页岩是煤矿固体废弃物,排放量巨大,污染周边的土地、水源和空气,造成严重的环境问题。另一方面,可用于建筑围护结构具有良好力学和保温性能的自保温材料品种较少,亟需开发新型自保温墙体材料。本研究以煤矸石和伴生页岩为主要原料,抛光渣和滑石为造孔剂和助熔剂,制备泡沫隔热陶瓷。本研究借鉴三元相图的分析方法,设计了SiO_2-Al_2O_3-MgO三元系统进行试验研究,解决不同矿区、不同取材点的原材料组成成分波动大时的材料设计和制备问题。利用XRD测定泡沫隔热陶瓷的矿物组成,以Image J软件分析孔结构及分布,采用Matlab软件绘制孔隙率、表观密度和吸水率的SiO_2-Al_2O_3-MgO三元关系相图,研究化学组成对泡沫隔热陶瓷的矿物组成、孔隙结构、孔隙率、表观密度、吸水率、抗压强度和导热系数等的影响规律,以此优化材料的组成配比范围。研究表明:泡沫隔热陶瓷的主要矿物组成为堇青石和顽火辉石,且堇青石和顽火辉石的生成量主要与MgO量有关;适宜的原材料化学组成范围为SiO_272%~75%、Al_2O_3 16%~19%、MgO 9%~12%,此时泡沫隔热陶瓷的主要物相为堇青石,孔径分布均匀,平均孔径为0.55~0.65 mm,孔隙率70%,吸水率0.8%,抗压强度10.0 MPa,导热系数0.36 W/(m·k)。以烧成温度、保温时间和球磨时间等工艺参数为因素,研究其对泡沫隔热陶瓷物理力学性能和导热性能的影响规律,并确定制备泡沫隔热陶瓷的最佳工艺参数。研究表明:制备工艺参数满足烧成温度≥1200℃、保温时间≥30 min和球磨时间≥40 min时较为适宜,此时泡沫隔热陶瓷的性能良好。且当烧成温度、保温时间和球磨时间等工艺参数分别为1220℃、30 min和40 min时,泡沫隔热陶瓷的孔分布均匀,孔隙率82%,抗压强度6 MPa,导热系数0.17 W/(m·k)。
【图文】：

技术路线图,泡沫

泡沫隔热陶瓷的研究技术路线图

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第 2 章研究方案第 2 章研究方案2.1 试验原材料煤矸石和煤炭伴生页岩取自江西丰城曲江煤矿，，为制备泡沫隔热陶瓷的要原料。抛光渣取自江西省高安陶瓷基地，作为造孔剂。当陶瓷抛光渣温度高1100 ℃时与 O2反应产生 CO 或 CO2，在材料中造成孔隙[59]。滑石购自原料场，作为助熔剂。4 种原材料如图 2.1 所示。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU551;X752

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