Mõned tööstusjäätmed on osutunud kasulikuks mulliitkeraamika tootmisel. Need tööstusjäätmed sisaldavad rohkelt teatud metallioksiide, nagu ränidioksiid (SiO2) ja alumiiniumoksiid (Al2O3). See annab jäätmetele võimaluse kasutada mulliitkeraamika valmistamise lähteaineallikana. Käesoleva ülevaateartikli eesmärk on koostada ja läbi vaadata mitmesugused mulliitkeraamika valmistamise meetodid, mille lähtematerjalina kasutati mitmesuguseid tööstusjäätmeid. Selles ülevaates kirjeldatakse ka paagutamistemperatuure ja valmistises kasutatud keemilisi lisandeid ning selle mõjusid. Selles töös käsitleti ka erinevatest tööstusjäätmetest valmistatud mulliitkeraamika nii mehaanilise tugevuse kui ka soojuspaisumise võrdlust.
Mulliit, mida tavaliselt tähistatakse kui 3Al2O3∙2SiO2, on oma erakordsete füüsikaliste omaduste tõttu suurepärane keraamiline materjal. Sellel on kõrge sulamistemperatuur, madal soojuspaisumise koefitsient, kõrge tugevus kõrgetel temperatuuridel ning sellel on nii termiline šokk kui ka roomamiskindlus [1]. Need erakordsed termilised ja mehaanilised omadused võimaldavad materjali kasutada sellistes rakendustes nagu tulekindlad materjalid, ahjumööbel, katalüüsmuundurite substraadid, ahjutorud ja soojuskilbid.
Mulliiti leidub Šotimaal Mulli saarel vaid vähese mineraalina [2]. Haruldase looduses esinemise tõttu on kogu tööstuses kasutatav mulliitkeraamika inimese valmistatud. Mulliitkeraamika valmistamiseks on tehtud palju uuringuid, kasutades erinevaid lähteaineid, alustades kas tööstuslikust/laboratoorsest kemikaalist [3] või looduslikult esinevatest alumosilikaatmineraalidest [4]. Nende algmaterjalide maksumus on aga kallis, mis sünteesitakse või kaevandatakse eelnevalt. Teadlased on aastaid otsinud säästlikke alternatiive mulliitkeraamika sünteesimiseks. Seetõttu on kirjanduses kirjeldatud mitmeid tööstusjäätmetest saadud mulliidi lähteaineid. Nendes tööstusjäätmetes on palju kasulikku ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi, mis on mulliitkeraamika tootmiseks vajalikud keemilised ühendid. Muudeks tööstusjäätmete kasutamise eelisteks on energia- ja kulude kokkuhoid, kui jäätmed suunataks mujale ja kasutataks uuesti insenerimaterjalina. Lisaks võib see aidata vähendada keskkonnakoormust ja suurendada selle majanduslikku kasu.
Uurimaks, kas puhtaid elektrokeraamika jäätmeid saab kasutada mulliitkeraamika sünteesimiseks, võrreldi alumiiniumoksiidi pulbritega segatud puhtaid elektrokeraamika jäätmeid ja toorainena puhtaid elektrokeraamika jäätmeid. Tooraine koostise ja paagutamistemperatuuri mõju mikrostruktuurile ja füüsikalisele struktuurile Uuriti mulliitkeraamika omadusi. Faasi koostise ja mikrostruktuuri uurimiseks kasutati XRD-d ja SEM-i.
Tulemused näitavad, et paagutamistemperatuuri tõustes suureneb mulliidi sisaldus ja samal ajal suureneb puistetihedus. Toormaterjalid on puhtad elektrokeraamikajäätmed, seega on paagutamisaktiivsus suurem ja paagutamisprotsessi saab kiirendada ning tihedust suurendada. Kui mulliiti valmistatakse ainult elektrokeraamika jäätmetest, on puistetihedus ja survetugevus suurimad, poorsus väikseim ja kõikehõlmavad füüsikalised omadused on parimad
Ajendatuna vajadusest odavate ja keskkonnasõbralike alternatiivide järele, on paljudes teadusuuringutes kasutatud mulliitkeraamika tootmise lähtematerjalina mitmesuguseid tööstusjäätmeid. Läbi on vaadatud töötlemismeetodid, paagutamistemperatuurid ja keemilised lisandid. Traditsiooniline marsruudi töötlemismeetod, mis hõlmas mulliidi lähteaine segamist, pressimist ja reaktsiooniga paagutamist, oli selle lihtsuse ja kulutasuvuse tõttu kõige sagedamini kasutatav meetod. Kuigi selle meetodi abil on võimalik toota poorset mulliitkeraamikat, jäi saadud mulliitkeraamika näiv poorsus alla 50%. Teisest küljest näidati, et külmvalu abil on võimalik toota väga poorset mulliitkeraamikat, mille näiv poorsus on 67%, isegi väga kõrgel paagutamistemperatuuril 1500 °C. Viidi läbi ülevaade mulliidi tootmisel kasutatavatest paagutamistemperatuuridest ja erinevatest keemilistest lisanditest. Mulliidi tootmiseks on soovitav kasutada paagutamistemperatuuri üle 1500 °C, kuna lähteaine Al2O3 ja SiO2 vaheline reaktsioonikiirus on suurem. Kuid prekursori lisanditega seotud liigne ränidioksiidi sisaldus võib kõrgel temperatuuril paagutamise ajal põhjustada proovi deformatsiooni või sulamist. Mis puudutab keemilisi lisandeid, siis CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 ja MoO3 on teatatud tõhusa abivahendina paagutamistemperatuuri alandamiseks, samas kui V2O5, Y2O3-ga legeeritud ZrO2 ja 3Y-PSZ saab kasutada mulliitkeraamika tihendamise soodustamiseks. Doping keemiliste lisanditega, nagu AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 ja MgO, soodustas mulliitvurrude anisotroopset kasvu, mis suurendas hiljem mulliitkeraamika füüsilist tugevust ja sitkust.
Postitusaeg: 29. august 2023