Certains déchets industriels se révèlent utiles dans la production de céramiques mullite. Ces déchets industriels sont riches en certains oxydes métalliques comme la silice (SiO2) et l'alumine (Al2O3). Cela donne aux déchets le potentiel d’être utilisés comme source de matière première pour la préparation de céramiques mullite. Le but de cet article de synthèse est de compiler et d’examiner diverses méthodes de préparation de céramiques mullite utilisant divers déchets industriels comme matières premières. Cette revue décrit également les températures de frittage et les additifs chimiques utilisés dans la préparation ainsi que leurs effets. Une comparaison de la résistance mécanique et de la dilatation thermique des céramiques mullite préparées à partir de divers déchets industriels a également été abordée dans ce travail.
La mullite, communément appelée 3Al2O3∙2SiO2, est un excellent matériau céramique en raison de ses propriétés physiques extraordinaires. Il a un point de fusion élevé, un faible coefficient de dilatation thermique, une résistance élevée à haute température et possède à la fois une résistance aux chocs thermiques et au fluage [1]. Ces propriétés thermiques et mécaniques extraordinaires permettent au matériau d'être utilisé dans des applications telles que les réfractaires, les meubles de four, les substrats pour convertisseurs catalytiques, les tubes de four et les écrans thermiques.
La mullite ne peut être trouvée que sous forme de minéral rare à Mull Island, en Écosse [2]. En raison de sa rareté dans la nature, toutes les céramiques mullite utilisées dans l’industrie sont fabriquées par l’homme. De nombreuses recherches ont été effectuées pour préparer des céramiques de mullite en utilisant différents précurseurs, à partir soit de produits chimiques de qualité industrielle/de laboratoire [3], soit de minéraux aluminosilicates naturels [4]. Cependant, le coût de ces matières premières, qui sont préalablement synthétisées ou extraites, est élevé. Depuis des années, les chercheurs recherchent des alternatives économiques pour synthétiser les céramiques mullite. Par conséquent, de nombreux précurseurs de mullite dérivés de déchets industriels ont été rapportés dans la littérature. Ces déchets industriels ont une teneur élevée en silice et en alumine utiles, qui sont les composés chimiques essentiels nécessaires à la production de céramiques mullite. Les autres avantages de l'utilisation de ces déchets industriels sont les économies d'énergie et de coûts si les déchets étaient détournés et réutilisés comme matériau d'ingénierie. En outre, cela pourrait également contribuer à réduire le fardeau environnemental et à accroître les avantages économiques.
Afin d'étudier si les déchets électrocéramiques purs pouvaient être utilisés pour synthétiser des céramiques mullites, les déchets électrocéramiques purs mélangés à des poudres d'alumine et les déchets électrocéramiques purs comme matières premières ont été comparés. Les effets de la composition des matières premières et de la température de frittage sur la microstructure et les propriétés physiques Les propriétés de la céramique mullite ont été étudiées. XRD et SEM ont été utilisés pour étudier la composition des phases et la microstructure.
Les résultats montrent que la teneur en mullite augmente avec l’augmentation de la température de frittage, et en même temps la densité apparente augmente. Les matières premières sont des déchets électrocéramiques purs, donc l'activité de frittage est plus grande, le processus de frittage peut être accéléré et la densité est également augmentée. Lorsque la mullite est préparée uniquement à partir des déchets électrocéramiques, la densité apparente et la résistance à la compression sont les plus grandes, la porosité est la plus petite et les propriétés physiques globales seront les meilleures.
Poussés par le besoin d’alternatives peu coûteuses et respectueuses de l’environnement, de nombreux efforts de recherche ont utilisé divers déchets industriels comme matières premières pour produire des céramiques mullite. Les méthodes de traitement, les températures de frittage et les additifs chimiques ont été revus. La méthode de traitement traditionnelle qui impliquait le mélange, le pressage et le frittage par réaction du précurseur de mullite était la méthode la plus couramment utilisée en raison de sa simplicité et de sa rentabilité. Bien que ce procédé soit capable de produire des céramiques mullite poreuses, les porosités apparentes de la céramique mullite résultante restent inférieures à 50 %. D'autre part, la coulée par congélation s'est avérée capable de produire de la céramique mullite très poreuse, avec une porosité apparente de 67 %, même à une température de frittage très élevée de 1 500 °C. Une revue des températures de frittage et des différents additifs chimiques utilisés dans la production de mullite a été réalisée. Il est souhaitable d’utiliser une température de frittage supérieure à 1 500 °C pour la production de mullite, en raison de la vitesse de réaction plus élevée entre Al2O3 et SiO2 dans le précurseur. Cependant, une teneur excessive en silice associée aux impuretés présentes dans le précurseur pourrait entraîner une déformation ou une fusion de l'échantillon lors du frittage à haute température. En ce qui concerne les additifs chimiques, CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 et MoO3 ont été signalés comme une aide efficace pour abaisser la température de frittage, tandis que le V2O5, le ZrO2 dopé à Y2O3 et le 3Y-PSZ peuvent être utilisés pour favoriser la densification des céramiques mullite. Le dopage avec des additifs chimiques tels que AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 et MgO a favorisé la croissance anisotrope des moustaches de mullite, ce qui a ensuite amélioré la résistance physique et la ténacité des céramiques de mullite.
Heure de publication : 29 août 2023