电厂粉煤灰制备莫来石晶须.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 2 5 电厂粉煤灰制备莫来石晶须 谭宏斌 陕西理工学院材料学院，陕西汉中7 2 3 0 0 3 摘要用略阳电厂的粉煤灰和硫酸铝为原料，焦磷酸钠为反应介质。研究了反应时间对试样产物的影响。 结果表明在13 0 0 ℃保温6h 和1 2h 试样的主要物相均为莫来石和玻璃相，莫来石含量分别为4 0 ．1 ％ 和4 1 ．9 ％。在l3 0 0 ℃保温1 2h 试样中晶须的直径在0 ．1 ～o ．4 , a m 左右，最大长度大于3 “m 。 关键词粉煤灰；制备；莫来石晶须 中图分类号T B 3 4文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 3 - - 0 0 2 5 - - 0 2 P r e p a r a t i o no fM u l l i t eW h i s k e r sb yC o a lF l y a s h T A NH o n g b i n S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，S h a a n x iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 。H a n z h o n g ，S h a a n x i7 2 3 0 0 3 。C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c to fr e a c t i o nt i m eo np r o d u c tp h a s ei ss t u d i e d ，u s i n gc o a lf l y a s ha n da l u m i n u ms u l f a t ea s r a wm a t e r i a l si nm o l t e ns o d i u mp y r o p h o s p h a t e ．T h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h em a i np h a s ew a sm u l l i t ea n d g l a s sa t13 0 0 ℃f o r6ha n d1 2h ．T h em u l l i t ec o n t e n tw a s4 0 ．1 ％a n d4 1 ．9 ％，r e s p e c t i v e l y ．T h em u l l i t e w h i s k e r sa r eo b s e r v e da t13 0 0a 1 2f o r1 2h 。w h i c hd i a m e t e rr a n g e df r o m0 ．1 ／z mt o0 ．4 ／z ma n dt h el e n g t hi s m o r et h a n3 肛m ． K e y w o r d s C o a lf l y a s h ；P r e p a r a t i o n ；M u l l i t ew h i s k e r 莫来石也称富铝红柱石，为硅铝酸盐矿物【1 ] ，自 然存在的莫来石较少，迄今未见有工业价值的矿 床‘引。莫来石的化学计量式为3 A I O 。2 S i O 。[ 引。 高纯莫来石在有氧条件下仍然具有良好的热稳定性 且无多晶转变，莫来石加热到18 0 0 ℃以上有微量液 相生成，至18 5 0 。C 时莫来石才完全熔融L 4 ] 。莫来石 具有高的弹性模量和高温强度，还具有抗热冲击性 和抗氧化的特点，因此莫来石陶瓷可以用作工程材 料和高级耐火材料L l J 。 莫来石的晶体结构是由[ A 1 0 ；] 和[ S i O 。] 四面 体沿c 轴无序排列组成双链，双链间由[ - A I O 。] 八面 体连接；因此，莫来石晶粒易沿C 轴方向生长L 1 ] 。莫 来石晶须为针状的莫来石单晶，其机械性能优于多 晶莫来石。莫来石晶须可用于金属基复合材料和陶 瓷基复合材料，以提高材料的机械性能。 莫来石晶须合成一般采用微区液相烧结法，即 作者简介谭宏斌 1 9 7 7 一 。男，四川武胜人。讲师。硕士． 在前躯体中加入微量的低熔点物质，在高温条件下 为莫来石晶须生长提供液相，煅烧后将非莫来石相 用氢氟酸溶解掉，得到莫来石晶须。如K i m 等人[ 5 ] 在高岭土中加入N H 。A l S O 。 2 1 2 H 。O 和 N a i l P O 。2 H 2 0 在14 0 0 ℃烧结1 5h ，制备了直径 在0 ．5 口m 长径比 1 7 的莫来石晶须。Y o o n 等 人[ 6 ] 在莫来石粉体中加入氧化钛，在16 0 0 ℃煅烧 1 5h 制备了莫来石晶须。本文以粉煤灰和硫酸铝 为原料，焦磷酸钠为反应介质，合成莫来石晶须。 l实验 1 ．1 原材料和设备 1 ．I ．I 原材料、化学试剂 粉煤灰化学成分 ％ 灼减3 ．6 7 、A 1 z O 。2 7 ．8 3 、 S i 0 25 1 ．5 3 、C a O3 ．3 8 、M g O0 ．7 7 、F e 2 0 36 ．3 5 、K 2 0 0 ．9 9 、N a z O0 ．7 0 、其他4 ．7 8 。矿物物相为石英、莫来 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 石和硅铝酸盐玻璃相，粉煤灰的粒径分布曲线示于图 1 。化学试剂主要有分析纯硫酸铝和焦磷酸钠。 图1 粉煤灰粒径分布曲线 F i g ．1 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o n c u r v eo fc o a la s h 1 ．1 ．2 设备 D X 一2 5 0 0 型X 射线衍射仪；S 一2 7 0 0 型扫描 电镜；3 0 0 0 H S 型粒度分析仪。 1 ．2 实验 将硫酸铝 A I z S O ． 。1 8 H O 与粉煤灰混 合，使体系中A l O 。／S i 0 的比例为0 ．4 摩尔比 ， 再加入2 ％焦磷酸钠，将该混合物置于刚玉行星球 磨罐中，加入适量刚玉球，以2 5 0r ／m i n 转速在行星 球磨机上研磨3 0r a i n 。将混合物置于刚玉坩埚内， 在高温炉中设定温度保温一定时间后，取出试样，水 冷，用衍射仪对试样的物相进行分析。将试样用 1 0 ％氢氟酸溶液浸泡3h 溶液温度5 0 ℃ ，过滤，用 蒸馏水洗涤后，用扫描电镜观察其形貌。 2 结果与分析 图2 为粉煤灰、硫酸铝和焦磷酸钠相混合均匀 的试样，在13 0 0 ℃条件下分别保温6h 和1 2h 后 的X R D 图谱。从图2 可以看出，在13 0 0 ℃保温6h 和1 2h 后，试样的主要物相为莫来石和玻璃相。延 长反应时间，试样中莫来石的含量增加，保温6h 和 1 2h 试样的莫来石含量分别为4 0 ．1 ％和4 1 ．9 ％。 可能因为粉煤灰的颗粒较大，粉煤灰颗粒在微区熔 盐中溶解较慢，影响莫来石生长的速度。 1 02 03 04 05 06 07 0 2 0 ／ 。 图2 不同煅烧时间试样的X R D 图谱 F i g ．2X R Dp a t t e r so ft h ep r o d u c t s i n t e r e da td i f f e r e n tt i m e 以焦磷酸钠为反应介质，粉煤灰为主要原料在 较低温度得到莫来石的原因为焦磷酸钠的熔点为 8 9 0o C ，硫酸铝的熔点为8 6 5 ℃；又由于粉煤灰中含 有其它氧化物 如N a 2 0 、K 2 0 、F e 2 0 3 等，N a O - K Ds i 0 2 体系的最低共熔点为5 4 0 ℃[ 5 ] ，使混合 物熔化时的熔点和黏度降低。烧结温度13 0 0 ℃时， 在试样的局部区域有液相的存在，为莫来石提供了 自由的生长环境。莫来石晶粒沿c 轴方向生长的能 量较低，在自由的生长环境中，易得到莫来石晶须。 13 0 0 ℃保温1 2h 的试样用氢氟酸溶液浸泡、蒸 馏水洗涤后，试样的S E M 图示于图3 ，晶须为棒状， 直径0 ．1 ～O ．4 弘m 左右，最大长度大于3 弘m 。用氢 氟酸浸泡的原因为试样中含有过量的S i 0 2 ，粉煤灰 中含有较多的其它氧化物 如饬O 、M g O 、F e 20 3 ，使 煅烧后的试样中含有这些元素的玻璃相，氢氟酸浸泡 可使其溶于溶液中，从而得到较纯的莫来石晶须。 图3 莫来石晶须的S E M 照片 F i g ．3S E Mi m a g e so ft h em u l l i t ew h i s k e r 下转第4 1 页 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 4 I 扩散生成致密的外层氧化物C u O 或C u 。0 。这样， 随着氧化物的生成而不断有金属向表面扩散，生成 的金属氧化膜能够与1 0 N i O - N i F e 。O 。陶瓷牢固结 合。氧化膜的形成不利于氧化反应的继续进行，从 而使得1 7 C u ／ 1 0 N i - N i F e 2 0 。 金属陶瓷的高温抗 氧化性得以增强，也有可能有效阻挡氟化物熔盐的 侵蚀。 3结论 1 1 7 M 1 0 N i O - N i F e 0 4 金属陶瓷材料气氛 控制制得的样品在8 0 0 、9 0 0 和10 0 0 ℃抗氧化增重 都比冷压一烧结技术制得的样品要小； 2 1 7 C u ／ 1 0 N i O - N i F e 2 0 。 金属陶瓷材料氧化 层中的C u 的质量分数占到3 7 ．5 8 ％，比过渡层中的 1 1 ．2 8 ％要高，说明C u 有向表面迁移后再氧化的现 象。 参考文献 [ 1 3 刘业翔．铝电解惰性阳极与可湿润性阴极的研究与开 发进展[ J ] ．轻金属，2 0 0 1 5 2 6 2 9 ． [ 2 ] P a w l e kRP ．I n e r ta n o d e s a nu p d a t e [ A ] ．S c h n e i d e r W ．L i g h tM e t a l s [ C ] ．W a r r e n d a l e ，P a T M S ，2 0 0 2 4 4 9 4 5 6 ． [ 3 ] O l s e nE ，T h o n s t a dJ ．T h eb e h a v i o ro fi n e r tn i c k e lf e r r i t ec e r m e tm a t e r i a l sa si n e r ta n o d e [ A ] ．／／H a l eW ． L i g h tm e t a l s [ C ] ．W a r r e n d a l e ，P a T M S ，1 9 9 6 2 4 9 2 5 7 ． [ 4 ] 田忠良，赖延清，李劫，等．N i F e 0 。基金属陶瓷的高温 抗氧化性研究[ J ] ．中南大学学报，2 0 0 4 。3 5 6 9 0 2 9 0 6 ． [ 5 3 田忠良．赖延清，张刚，等．铝电解用N i F e 。0 4 一C u 金属 陶瓷惰性阳极的制备[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 3 ，1 3 6 1 5 4 0 一1 5 4 5 ． [ 6 ] 张雷，周科朝，李志友，等．气氛对N i F e 。0 4 陶瓷烧结致 密化的影响[ J ] ．中国有色金属学报．2 0 0 4 ，1 4 6 1 0 0 2 一1 0 0 6 ． [ 7 ] 张刚，李劫，赖延清，等．C a O 掺杂对1 0 N i O - N i F e O 。复 合陶瓷致密化及导电性能的影响[ J ] ．材料与冶金学报， 2 0 0 7 ，6 3 2 1 4 2 1 9 ． 上接第2 6 页 从上面的分析可看出，降低粉煤灰的粒径，有利 于粉煤灰在液相中溶解，提高莫来石晶须生长的速 度。关于在粉煤灰、焦磷酸钠和硫酸铝体系中，粉煤 灰的粒径、液相量、液相黏度、反应时间和反应温度 对莫来石晶须生长行为的影响，还需进一步研究。 3结论 用略阳电厂的粉煤灰和硫酸铝为原料，焦磷酸 钠为反应介质，在l3 0 0 C 保温6h 和1 2h 试样的 主要物相均为莫来石和玻璃相，莫来石含量分别为 4 0 ．1 ％和4 1 ．9 ％。在1 3 0 0 ℃保温1 2h 试样中晶须 的直径在0 ．1 ～o ．4p m 左右，最大长度大于3 弘m 。 参考文献 [ I ] S c h n e i d e rH ，S c h r e u e rJ ，H i l d m a n n ＆S t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e so fm u l l i t e Ar e v i e w [ J ] ．J o u r n a lo ft h eE u - r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y ，2 0 0 8 ，2 8 3 2 9 3 4 4 ． [ 2 ] 谭宏斌．奠来石物理性能研究进展[ J ] ．山东陶瓷， 2 0 0 8 。 4 1 5 1 8 ． [ 3 3Z h a n gY a b i n ，D i n gY a p i n g ，G a oJ i q i a n g ，e ta 1 ．M u l l i t e f i b r e sp r e p a r e db ys o l - g e lm e t h o du s i n gp o l y v i n y lb u ‘ t y r a l [ J ] ．J o u r n a lo ft h eE u r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y ， 2 0 0 9 ，2 9 1 1 0 1 1 1 0 7 ． [ 4 ] S c h m u c k e rM a r t i n ，S c h n e i d e rH a r t m u t ，M a u e rT h o m a s ， e t a 1 ．T e m p e r a t u r e d e p e n d e n t e v o l u t i o no f g r a i n g r o w t hi nm u l l i t ef i b r e s [ J ] ．J o u r n a lo ft h eE u r o p e a n C e r a m i cs o c i e t y ，2 0 0 5 ，2 5 3 2 4 9 3 2 5 6 ． [ 5 ] K i mB ．M ．，C h oY ．K ．，Y o o nS ．Y ．，e ta 1 ．M u l l i t e w h i s k e r sd e r i v e df r o mk a o l i n [ J ] ．C e r a m i c sI n t e r n a t i o n - a l ，2 0 0 9 ，3 5 5 7 9 5 8 3 ． [ 6 ] Y o o nW ．，S a r i nP ．。K r i v e nW ．M ．．G r o w t ho ft e x t u r e d m u l l i t ef i b e r su s i n gaq u a d r u p o l el a m pf u r n a c e [ J ] ． J o u r n a lo ft h eE u r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y ，2 0 0 8 ，2 8 4 5 5 4 6 3 ． 万方数据