Ορισμένα βιομηχανικά απόβλητα αποδεικνύεται ότι είναι χρήσιμα για την παραγωγή κεραμικών μουλλίτη. Αυτά τα βιομηχανικά απόβλητα είναι πλούσια σε ορισμένα οξείδια μετάλλων όπως το πυρίτιο (SiO2) και η αλουμίνα (Al2O3). Αυτό δίνει στα απόβλητα τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως πηγή πρώτης ύλης για την παρασκευή κεραμικών μουλλίτη. Ο σκοπός αυτού του εγγράφου ανασκόπησης είναι να συγκεντρώσει και να αναθεωρήσει διάφορες μεθόδους παρασκευής κεραμικών mullite που χρησιμοποίησαν μια ποικιλία βιομηχανικών αποβλήτων ως πρώτες ύλες. Αυτή η ανασκόπηση περιγράφει επίσης τις θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης και τα χημικά πρόσθετα που χρησιμοποιούνται στο παρασκεύασμα και τα αποτελέσματά του. Σε αυτή την εργασία εξετάστηκε επίσης μια σύγκριση τόσο της μηχανικής αντοχής όσο και της θερμικής διαστολής των αναφερόμενων κεραμικών mullite που παρασκευάζονται από διάφορα βιομηχανικά απόβλητα.
Ο μουλλίτης, που συνήθως δηλώνεται ως 3Al2O3∙2SiO2, είναι ένα εξαιρετικό κεραμικό υλικό λόγω των εξαιρετικών φυσικών του ιδιοτήτων. Έχει υψηλό σημείο τήξης, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και διαθέτει αντίσταση τόσο σε θερμικό σοκ όσο και σε ερπυσμό [1]. Αυτές οι εξαιρετικές θερμικές και μηχανικές ιδιότητες επιτρέπουν στο υλικό να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπως πυρίμαχα υλικά, έπιπλα κλιβάνων, υποστρώματα για καταλυτικούς μετατροπείς, σωλήνες κλιβάνων και ασπίδες θερμότητας.
Ο Μουλίτης μπορεί να βρεθεί μόνο ως σπάνιο ορυκτό στο νησί Mull της Σκωτίας [2]. Λόγω της σπάνιας ύπαρξής του στη φύση, όλα τα κεραμικά mullite που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία είναι ανθρωπογενή. Έχει γίνει πολλή έρευνα για την παρασκευή κεραμικών μούλιτης με χρήση διαφορετικών πρόδρομων ουσιών, ξεκινώντας είτε από χημικά βιομηχανικής/εργαστηριακής ποιότητας [3] είτε από φυσικώς απαντώμενα αργιλοπυριτικά ορυκτά [4]. Ωστόσο, το κόστος αυτών των πρώτων υλών είναι ακριβό, τα οποία συντίθενται ή εξορύσσονται εκ των προτέρων. Για χρόνια, οι ερευνητές αναζητούν οικονομικές εναλλακτικές λύσεις για τη σύνθεση κεραμικών mullite. Ως εκ τούτου, έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία πολυάριθμες πρόδρομες ουσίες μουλλίτη που προέρχονται από βιομηχανικά απόβλητα. Αυτά τα βιομηχανικά απόβλητα έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε χρήσιμο πυρίτιο και αλουμίνα, που είναι οι βασικές χημικές ενώσεις που απαιτούνται για την παραγωγή κεραμικών μουλλίτη. Άλλα οφέλη από τη χρήση αυτών των βιομηχανικών αποβλήτων είναι η εξοικονόμηση ενέργειας και κόστους εάν τα απόβλητα εκτρέπονταν και ξαναχρησιμοποιούνταν ως μηχανολογικό υλικό. Επιπλέον, αυτό θα μπορούσε επίσης να συμβάλει στη μείωση της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης και στην ενίσχυση του οικονομικού του οφέλους.
Προκειμένου να διερευνηθεί εάν τα καθαρά απόβλητα ηλεκτροκεραμικών θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση κεραμικών mullite, συγκρίθηκαν τα καθαρά απόβλητα ηλεκτροκεραμικών αναμεμειγμένων με σκόνες αλουμίνας και τα καθαρά απόβλητα ηλεκτροκεραμικών ως πρώτες ύλες. Οι επιπτώσεις της σύνθεσης των πρώτων υλών και της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης στη μικροδομή και τη φυσική Οι ιδιότητες του κεραμικού μουλλίτη διερευνήθηκαν. XRD και SEM χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της σύνθεσης φάσης και της μικροδομής.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η περιεκτικότητα σε μουλλίτη αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης και ταυτόχρονα κλιμακώνεται η χύδην πυκνότητα. Οι πρώτες ύλες είναι τα καθαρά απόβλητα ηλεκτροκεραμικών, επομένως η δραστηριότητα πυροσυσσωμάτωσης είναι μεγαλύτερη και η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης μπορεί να επιταχυνθεί και η πυκνότητα αυξάνεται επίσης. Όταν ο μουλλίτης παρασκευάζεται μόνο από τα απόβλητα ηλεκτροκεραμικών, η χύδην πυκνότητα και η αντοχή σε θλίψη είναι μεγαλύτερες, το πορώδες είναι μικρότερο και οι ολοκληρωμένες φυσικές ιδιότητες θα είναι οι καλύτερες
Με γνώμονα την ανάγκη για χαμηλού κόστους και φιλικές προς το περιβάλλον εναλλακτικές λύσεις, πολλές ερευνητικές προσπάθειες έχουν χρησιμοποιήσει μια ποικιλία βιομηχανικών αποβλήτων ως πρώτες ύλες για την παραγωγή κεραμικών mullite. Οι μέθοδοι επεξεργασίας, οι θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης και τα χημικά πρόσθετα έχουν αναθεωρηθεί. Η παραδοσιακή μέθοδος επεξεργασίας διαδρομής που περιελάμβανε ανάμιξη, συμπίεση και πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης του προδρόμου μουλλίτη ήταν η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος λόγω της απλότητας και της οικονομικής αποδοτικότητάς της. Αν και αυτή η μέθοδος είναι ικανή να παράγει πορώδη κεραμικά μουλλίτη, τα φαινόμενα πορώδες του προκύπτοντος κεραμικού μουλλίτη αναφέρθηκε ότι παραμένουν κάτω από 50%. Από την άλλη πλευρά, η χύτευση με κατάψυξη αποδείχθηκε ότι είναι ικανή να παράγει εξαιρετικά πορώδες κεραμικό μουλλίτη, με φαινομενικό πορώδες 67%, ακόμη και σε πολύ υψηλή θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης 1500 °C. Πραγματοποιήθηκε μια ανασκόπηση των θερμοκρασιών πυροσυσσωμάτωσης και των διαφόρων χημικών πρόσθετων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μουλλίτη. Είναι επιθυμητή η χρήση θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης άνω των 1500 °C για την παραγωγή μουλλίτη, λόγω του υψηλότερου ρυθμού αντίδρασης μεταξύ Al2O3 και SiO2 στον πρόδρομο. Ωστόσο, η υπερβολική περιεκτικότητα σε πυρίτιο που σχετίζεται με ακαθαρσίες στον πρόδρομο μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση ή τήξη του δείγματος κατά τη σύντηξη σε υψηλή θερμοκρασία. Όσον αφορά τα χημικά πρόσθετα, τα CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 και MoO3 έχουν αναφερθεί ως αποτελεσματικό βοήθημα για τη μείωση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης, ενώ τα V2O5, Y2O3 με πρόσμειξη ZrO2 και 3Y-PSZ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προώθηση της πύκνωσης για τα κεραμικά μουλλίτη. Το ντόπινγκ με χημικά πρόσθετα όπως τα AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 και MgO βοήθησε την ανισότροπη ανάπτυξη των μουστών του μουλίτη, η οποία στη συνέχεια ενίσχυσε τη φυσική δύναμη και τη σκληρότητα των κεραμικών μουλίτη.
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-29-2023