ما إذا كان من الممكن استخدام نفايات السيراميك الكهربائي النقي لتصنيع سيراميك الموليت？

تبين أن بعض المخلفات الصناعية مفيدة في إنتاج السيراميك الموليت. هذه النفايات الصناعية غنية ببعض أكاسيد المعادن مثل السيليكا (SiO2) والألومينا (Al2O3). وهذا يعطي النفايات إمكانية استخدامها كمصدر مادة أولية لتحضير سيراميك الموليت. الغرض من ورقة المراجعة هذه هو تجميع ومراجعة طرق تحضير سيراميك الموليت المختلفة التي تستخدم مجموعة متنوعة من النفايات الصناعية كمواد أولية. تصف هذه المراجعة أيضًا درجات حرارة التلبيد والمواد المضافة الكيميائية المستخدمة في التحضير وتأثيراتها. تم أيضًا تناول مقارنة كل من القوة الميكانيكية والتمدد الحراري لسيراميك الموليت المحضر من النفايات الصناعية المختلفة في هذا العمل.

الموليت، والذي يُشار إليه عادةً بـ 3Al2O3∙2SiO2، هو مادة خزفية ممتازة نظرًا لخصائصها الفيزيائية غير العادية. له نقطة انصهار عالية، ومعامل تمدد حراري منخفض، وقوة عالية عند درجات الحرارة العالية، ويمتلك مقاومة للصدمات الحرارية والزحف [1]. تتيح هذه الخصائص الحرارية والميكانيكية غير العادية استخدام المادة في تطبيقات مثل الحراريات، وأثاث الفرن، وركائز المحولات الحفازة، وأنابيب الفرن، والدروع الحرارية.

يمكن العثور على الموليت فقط كمعدن نادر في جزيرة مول، اسكتلندا [2]. ونظرًا لندرة وجوده في الطبيعة، فإن جميع أنواع السيراميك الموليت المستخدمة في الصناعة هي من صنع الإنسان. تم إجراء الكثير من الأبحاث لتحضير سيراميك الموليت باستخدام سلائف مختلفة، بدءًا من المواد الكيميائية الصناعية/المختبرية [3] أو معادن سيليكات الألومنيوم الموجودة بشكل طبيعي [4]. ومع ذلك، فإن تكلفة هذه المواد الأولية باهظة الثمن، حيث يتم تصنيعها أو استخراجها مسبقًا. لسنوات عديدة، ظل الباحثون يبحثون عن بدائل اقتصادية لتصنيع سيراميك الموليت. ومن ثم، تم الإبلاغ عن العديد من سلائف الموليت المشتقة من النفايات الصناعية في الأدبيات. تحتوي هذه النفايات الصناعية على نسبة عالية من السيليكا والألومينا المفيدة، وهي المركبات الكيميائية الأساسية اللازمة لإنتاج سيراميك الموليت. الفوائد الأخرى لاستخدام هذه النفايات الصناعية هي توفير الطاقة والتكلفة إذا تم تحويل النفايات وإعادة استخدامها كمواد هندسية. علاوة على ذلك، يمكن أن يساعد ذلك أيضًا في تقليل العبء البيئي وتعزيز فائدته الاقتصادية.

من أجل التحقق مما إذا كان من الممكن استخدام نفايات السيراميك الكهربائي النقي لتصنيع سيراميك الموليت، تمت مقارنة نفايات السيراميك الكهربائي النقي الممزوجة بمساحيق الألومينا ونفايات السيراميك الكهربائي النقي كمواد خام. تمت مقارنة تأثيرات تكوين المواد الخام ودرجة حرارة التلبيد على البنية المجهرية والفيزيائية تم دراسة خواص السيراميك الموليت. تم استخدام XRD وSEM لدراسة تكوين المرحلة والبنية المجهرية.

أظهرت النتائج أن محتوى الموليت يزداد مع زيادة درجة حرارة التلبيد، وفي نفس الوقت تزداد الكثافة الظاهرية. المواد الخام هي نفايات السيراميك الكهربائية النقية، وبالتالي يكون نشاط التلبيد أكبر، ويمكن تسريع عملية التلبيد، وزيادة الكثافة أيضًا. عندما يتم تحضير الموليت فقط بواسطة نفايات السيراميك الكهربي، تكون الكثافة الظاهرية وقوة الضغط أكبر، وتكون المسامية أصغر، وستكون الخصائص الفيزيائية الشاملة هي الأفضل

انطلاقًا من الحاجة إلى بدائل منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة، استخدمت العديد من الجهود البحثية مجموعة متنوعة من النفايات الصناعية كمواد أولية لإنتاج سيراميك الموليت. تمت مراجعة طرق المعالجة ودرجات حرارة التلبيد والمواد المضافة الكيميائية. كانت طريقة معالجة المسار التقليدية التي تضمنت الخلط والضغط والتلبيد التفاعلي لسلائف الموليت هي الطريقة الأكثر استخدامًا نظرًا لبساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة. على الرغم من أن هذه الطريقة قادرة على إنتاج سيراميك موليت مسامي، إلا أن المسامية الظاهرة لسيراميك الموليت الناتج تظل أقل من 50%. من ناحية أخرى، تبين أن الصب بالتجميد قادر على إنتاج سيراميك موليت عالي المسامية، مع مسامية واضحة تبلغ 67٪، حتى عند درجة حرارة تلبيد عالية جدًا تبلغ 1500 درجة مئوية. تم إجراء مراجعة لدرجات حرارة التلبيد والإضافات الكيميائية المختلفة المستخدمة في إنتاج الموليت. ومن المرغوب فيه استخدام درجة حرارة تلبيد أعلى من 1500 درجة مئوية لإنتاج الموليت، بسبب ارتفاع معدل التفاعل بين Al2O3 وSiO2 في المادة الأولية. ومع ذلك، فإن محتوى السيليكا المفرط المرتبط بالشوائب في السلائف يمكن أن يؤدي إلى تشوه العينة أو الانهيار أثناء تلبيد درجات الحرارة العالية. أما بالنسبة للمضافات الكيميائية، فقد تم الإبلاغ عن CaF2 وH3BO3 وNa2SO4 وTiO2 وAlF3 وMoO3 كمساعد فعال لخفض درجة حرارة التلبيد بينما يمكن استخدام V2O5 وY2O3-doped ZrO2 و3Y-PSZ لتعزيز التكثيف لسيراميك الموليت. ساعد التطعيم بالمضافات الكيميائية مثل AlF3 وNa2SO4 وNaH2PO4·2H2O وV2O5 وMgO على النمو متباين الخواص لشعيرات الموليت، مما عزز فيما بعد القوة البدنية والمتانة لسيراميك الموليت.