Hvort hægt væri að nota hreinan rafkeramikúrgang til að búa til mullite keramik?

Sýnt hefur verið fram á að sum iðnaðarúrgangur nýtist við framleiðslu á mullít keramik. Þessi iðnaðarúrgangur er ríkur af ákveðnum málmoxíðum eins og kísil (SiO2) og súráli (Al2O3). Þetta gefur úrgangi möguleika á að nota sem upphafsefni fyrir mullít keramik undirbúning. Tilgangur þessarar yfirlitsrits er að taka saman og endurskoða ýmsar mullit keramik undirbúningsaðferðir sem nýttu margs konar iðnaðarúrgang sem upphafsefni. Þessi endurskoðun lýsir einnig sintunarhitastigi og efnaaukefnum sem notuð eru í blöndunni og áhrifum hennar. Samanburður á bæði vélrænni styrk og varmaþenslu á tilgreindu mullít keramik sem búið er til úr ýmsum iðnaðarúrgangi var einnig fjallað um í þessari vinnu.

Mullite, almennt nefnt 3Al2O3∙2SiO2, er frábært keramikefni vegna óvenjulegra eðlisfræðilegra eiginleika þess. Það hefur hátt bræðslumark, lágan varmaþenslustuðul, mikinn styrk við háan hita og hefur bæði hitalost og skriðþol [1]. Þessir óvenjulegu varma- og vélrænni eiginleikar gera kleift að nota efnið í notkun eins og eldföst efni, ofnhúsgögn, hvarfefni fyrir hvarfakúta, ofnrör og hitahlífar.

Mullite er aðeins að finna sem af skornum skammti steinefni á Mull Island, Skotlandi [2]. Vegna sjaldgæfra tilvistar í náttúrunni er allt mullit keramik sem notað er í iðnaði af mannavöldum. Miklar rannsóknir hafa verið gerðar til að útbúa mullit keramik með því að nota mismunandi forefni, annaðhvort frá iðnaðar-/rannsóknarstofu efnafræðilegum [3] eða náttúrulegum álsílíkat steinefnum [4]. Hins vegar er kostnaður við þessi upphafsefni dýr, sem eru tilbúin eða unnin fyrirfram. Í mörg ár hafa vísindamenn verið að leita að hagkvæmum valkostum til að búa til mullit keramik. Þess vegna hefur verið greint frá fjölmörgum mullite-forefnum úr iðnaðarúrgangi í bókmenntum. Þessi iðnaðarúrgangur hefur mikið innihald af gagnlegum kísil og súráli, sem eru nauðsynleg efnasambönd sem þarf til að framleiða mullit keramik. Aðrir kostir þess að nota þennan iðnaðarúrgang eru orku- og kostnaðarsparnaður ef úrgangurinn væri fluttur og endurnýttur sem verkfræðilegt efni. Ennfremur gæti þetta einnig hjálpað til við að draga úr umhverfisbyrði og auka efnahagslegan ávinning þess.

Til að kanna hvort hægt væri að nota hreinan rafkeramikúrgang til að búa til mullite keramik, var hreinn rafkeramikúrgangur blandaður súráldufti og hreinn rafkeramikúrgangur sem hráefni borinn saman. Áhrif samsetningar og sintunarhita hráefna á örbyggingu og eðlisfræðilega eiginleikar mullít keramik voru rannsakaðir. XRD og SEM voru notuð til að rannsaka fasasamsetningu og örbyggingu.

Niðurstöðurnar sýna að innihald mullíts eykst með hækkandi sintunarhita og á sama tíma eykst magnþéttleiki. Hráefnin eru hrein rafkeramikúrgangur, þannig er sintunarvirknin meiri og hægt er að flýta fyrir sintunarferlinu og þéttleiki eykst einnig. Þegar mullítið er eingöngu undirbúið af rafkeramikúrgangi, er rúmþyngd og þrýstistyrkur stærstur, gropið er minnst og alhliða eðliseiginleikar verða bestir.

Knúin áfram af þörfinni fyrir ódýra og umhverfisvæna valkosti, hafa margar rannsóknir notað margs konar iðnaðarúrgang sem upphafsefni til að framleiða mullit keramik. Farið hefur verið yfir vinnsluaðferðir, sintunarhitastig og efnaaukefni. Hin hefðbundna leiðvinnsluaðferð sem fól í sér blöndun, pressun og hvarfsintun á mullít forvera var algengasta aðferðin vegna einfaldleika hennar og kostnaðarhagkvæmni. Þrátt fyrir að þessi aðferð sé fær um að framleiða gljúpt mullít keramik, var greint frá því að sýnileg grop í mullit keramikinu sem myndast haldist undir 50%. Á hinn bóginn var sýnt fram á að froststeypa gæti framleitt mjög gljúpt mullít keramik, með sýnilega gropleika upp á 67%, jafnvel við mjög hátt sintunarhitastig, 1500 °C. Farið var yfir hertunarhitastig og mismunandi efnaaukefni sem notuð eru við framleiðslu á mullíti. Æskilegt er að nota hertuhitastig yfir 1500 °C til mullítframleiðslu, vegna hærri hvarfhraða milli Al2O3 og SiO2 í forefninu. Hins vegar gæti of mikið kísilinnihald tengt óhreinindum í forefninu leitt til aflögunar eða bráðnunar sýnisins við háhita sintrun. Að því er varðar efnaaukefnin hefur verið greint frá CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 og MoO3 sem áhrifaríkt hjálpartæki til að lækka sintunarhitastig á meðan hægt er að nota V2O5, Y2O3-dópað ZrO2 og 3Y-PSZ til að stuðla að þéttingu fyrir mullit keramik. Lyfjagjöf með efnaaukefnum eins og AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 og MgO aðstoðaði anisotropic vöxt mullite whiskers, sem í kjölfarið jók líkamlegan styrk og seigju mullite keramiksins.