શું શુદ્ધ ઈલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરાનો ઉપયોગ મુલાઈટ સિરામિક્સનું સંશ્લેષણ કરવા માટે થઈ શકે?

કેટલાક ઔદ્યોગિક કચરો મ્યુલાઇટ સિરામિક્સના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગી હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. આ ઔદ્યોગિક કચરો સિલિકા (SiO2) અને એલ્યુમિના (Al2O3) જેવા ચોક્કસ ધાતુના ઓક્સાઇડથી સમૃદ્ધ છે. આનાથી કચરાને મુલ્લાઇટ સિરામિક્સની તૈયારી માટે પ્રારંભિક સામગ્રી સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગમાં લેવાની સંભાવના મળે છે. આ સમીક્ષા પેપરનો ઉદ્દેશ્ય વિવિધ મુલ્લાઇટ સિરામિક્સ તૈયારી પદ્ધતિઓનું સંકલન અને સમીક્ષા કરવાનો છે જેમાં વિવિધ પ્રકારના ઔદ્યોગિક કચરાને પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ સમીક્ષા સિન્ટરિંગ તાપમાન અને તૈયારીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા રાસાયણિક ઉમેરણો અને તેની અસરોનું પણ વર્ણન કરે છે. આ કાર્યમાં વિવિધ ઔદ્યોગિક કચરામાંથી તૈયાર કરાયેલા અહેવાલ મુલ્લાઇટ સિરામિક્સના યાંત્રિક શક્તિ અને થર્મલ વિસ્તરણ બંનેની તુલના પણ કરવામાં આવી હતી.

મુલીટ, જેને સામાન્ય રીતે 3Al2O3∙2SiO2 તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે તેના અસાધારણ ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે એક ઉત્તમ સિરામિક સામગ્રી છે. તે ઉચ્ચ ગલનબિંદુ ધરાવે છે, થર્મલ વિસ્તરણનો નીચો ગુણાંક ધરાવે છે, ઉચ્ચ-તાપમાન પર ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવે છે અને થર્મલ આંચકો અને સળવળાટ પ્રતિકાર [1] બંને ધરાવે છે. આ અસાધારણ થર્મલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મો સામગ્રીને પ્રત્યાવર્તન, ભઠ્ઠા ફર્નિચર, ઉત્પ્રેરક કન્વર્ટર માટે સબસ્ટ્રેટ, ભઠ્ઠી નળીઓ અને હીટ શિલ્ડ જેવા કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગમાં લેવા માટે સક્ષમ કરે છે.

મુલ્લાઇટ માત્ર મુલ આઇલેન્ડ, સ્કોટલેન્ડ ખાતે દુર્લભ ખનિજ તરીકે મળી શકે છે [2]. કુદરતમાં તેના દુર્લભ અસ્તિત્વને કારણે, ઉદ્યોગમાં વપરાતી તમામ મુલીટ સિરામિક્સ માનવસર્જિત છે. ઔદ્યોગિક/લેબોરેટરી ગ્રેડ કેમિકલ [3] અથવા કુદરતી રીતે બનતા એલ્યુમિનોસિલિકેટ ખનિજો [4] થી શરૂ કરીને, વિવિધ પૂર્વગામીઓનો ઉપયોગ કરીને મુલાઇટ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. જો કે, આ પ્રારંભિક સામગ્રીની કિંમત મોંઘી છે, જે અગાઉથી સંશ્લેષણ અથવા ખાણકામ કરવામાં આવે છે. વર્ષોથી, સંશોધકો મુલ્લાઇટ સિરામિક્સના સંશ્લેષણ માટે આર્થિક વિકલ્પો શોધી રહ્યા છે. આથી, ઔદ્યોગિક કચરામાંથી મેળવેલા અસંખ્ય મુલ્લાઇટ પુરોગામી સાહિત્યમાં નોંધવામાં આવ્યા છે. આ ઔદ્યોગિક કચરામાં ઉપયોગી સિલિકા અને એલ્યુમિનાનું પ્રમાણ વધુ હોય છે, જે મ્યુલાઇટ સિરામિક્સ બનાવવા માટે જરૂરી રાસાયણિક સંયોજનો છે. આ ઔદ્યોગિક કચરાનો ઉપયોગ કરવાના અન્ય ફાયદાઓ ઊર્જા અને ખર્ચની બચત છે જો કચરાને ઇજનેરી સામગ્રી તરીકે વાળવામાં આવે અને પુનઃઉપયોગ કરવામાં આવે. વધુમાં, આ પર્યાવરણીય બોજ ઘટાડવામાં અને તેના આર્થિક લાભને વધારવામાં પણ મદદ કરી શકે છે.

શુદ્ધ ઈલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરો મુલાઈટ સિરામિક્સને સંશ્લેષણ કરવા માટે વાપરી શકાય છે કે કેમ તેની તપાસ કરવા માટે, એલ્યુમિના પાઉડર સાથે મિશ્રિત શુદ્ધ ઈલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરો અને કાચા માલ તરીકે શુદ્ધ ઈલેક્ટ્રોસિરામિક્સ કચરાની સરખામણી કરવામાં આવી હતી. કાચા માલની રચના અને સિન્ટરિંગ તાપમાનની અસરો માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને ભૌતિક પર પડે છે. મુલાઇટ સિરામિકના ગુણધર્મોની તપાસ કરવામાં આવી હતી. XRD અને SEM નો ઉપયોગ તબક્કાની રચના અને માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.

પરિણામો દર્શાવે છે કે સિન્ટરિંગ તાપમાનમાં વધારો સાથે મ્યુલાઇટની સામગ્રીમાં વધારો થાય છે, અને તે જ સમયે બલ્ક ઘનતા વધે છે. કાચો માલ એ શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરો છે, આમ સિન્ટરિંગ પ્રવૃત્તિ વધારે છે, અને સિન્ટરિંગ પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવી શકાય છે, અને ઘનતા પણ વધે છે. જ્યારે મુલાઈટ માત્ર ઈલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે જથ્થાબંધ ઘનતા અને સંકુચિત શક્તિ સૌથી મોટી હોય છે, છિદ્રાળુતા સૌથી નાની હોય છે, અને વ્યાપક ભૌતિક ગુણધર્મો શ્રેષ્ઠ હશે.

ઓછા ખર્ચે અને પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પોની જરૂરિયાતને ધ્યાનમાં રાખીને, ઘણા સંશોધન પ્રયાસોએ વિવિધ પ્રકારના ઔદ્યોગિક કચરાનો ઉપયોગ મ્યુલાઇટ સિરામિક્સ બનાવવા માટે પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે કર્યો છે. પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ, સિન્ટરિંગ તાપમાન અને રાસાયણિક ઉમેરણોની સમીક્ષા કરવામાં આવી છે. પરંપરાગત રૂટ પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ જેમાં મુલીટ પૂર્વગામીનું મિશ્રણ, દબાવવું અને પ્રતિક્રિયા સિન્ટરિંગ સામેલ હતું તે તેની સરળતા અને ખર્ચ અસરકારકતાને કારણે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ હતી. જો કે આ પદ્ધતિ છિદ્રાળુ મુલાઈટ સિરામિક્સ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે, પરિણામી મુલાઈટ સિરામિકની દેખીતી છિદ્રાળુતા 50% થી નીચે રહેવાની જાણ કરવામાં આવી હતી. બીજી બાજુ, ફ્રીઝ કાસ્ટિંગ 1500 °C ના ખૂબ ઊંચા સિન્ટરિંગ તાપમાનમાં પણ, 67% ની દેખીતી છિદ્રાળુતા સાથે, અત્યંત છિદ્રાળુ મ્યુલાઇટ સિરામિક ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. મુલાઈટના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સિન્ટરિંગ તાપમાન અને વિવિધ રાસાયણિક ઉમેરણોની સમીક્ષા હાથ ધરવામાં આવી હતી. પૂર્વગામી માં Al2O3 અને SiO2 વચ્ચે ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દરને કારણે, મુલાઈટ ઉત્પાદન માટે 1500 °C થી ઉપરના સિન્ટરિંગ તાપમાનનો ઉપયોગ કરવો ઇચ્છનીય છે. જો કે, અગ્રદૂતમાં અશુદ્ધિઓ સાથે સંકળાયેલ અતિશય સિલિકા સામગ્રી ઉચ્ચ-તાપમાન સિન્ટરિંગ દરમિયાન નમૂનાના વિરૂપતા અથવા મેલ્ટડાઉન તરફ દોરી શકે છે. રાસાયણિક ઉમેરણોની વાત કરીએ તો, CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 અને MoO3 સિન્ટરિંગ તાપમાનને ઘટાડવા માટે અસરકારક સહાયક તરીકે નોંધવામાં આવ્યા છે જ્યારે V2O5, Y2O3-ડોપેડ ZrO2 અને 3Y-PSZ નો ઉપયોગ મુલાઈટ સિરામિક્સ માટે ઘનતા વધારવા માટે થઈ શકે છે. AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5, અને MgO જેવા રાસાયણિક ઉમેરણો સાથે ડોપિંગ એ મ્યુલાઇટ વ્હિસ્કર્સની એનિસોટ્રોપિક વૃદ્ધિમાં મદદ કરી, જેણે પછીથી મુલાઇટ સિરામિક્સની શારીરિક શક્તિ અને કઠિનતામાં વધારો કર્યો.