Er is aangetoond dat sommige industriële afvalstoffen nuttig zijn bij de productie van mullietkeramiek. Dit industriële afval is rijk aan bepaalde metaaloxiden zoals silica (SiO2) en aluminiumoxide (Al2O3). Dit geeft afval het potentieel om te worden gebruikt als uitgangsmateriaalbron voor de bereiding van mullietkeramiek. Het doel van dit overzichtsartikel is het verzamelen en beoordelen van verschillende bereidingsmethoden voor mullietkeramiek waarbij een verscheidenheid aan industrieel afval als uitgangsmateriaal werd gebruikt. Dit overzicht beschrijft ook de sintertemperaturen en chemische additieven die bij de bereiding worden gebruikt en de effecten ervan. Een vergelijking van zowel de mechanische sterkte als de thermische uitzetting van de gerapporteerde mullietkeramiek, bereid uit verschillende industriële afvalstoffen, kwam ook aan bod in dit werk.
Mulliet, gewoonlijk aangeduid als 3Al2O3∙2SiO2, is een uitstekend keramisch materiaal vanwege zijn buitengewone fysieke eigenschappen. Het heeft een hoog smeltpunt, een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge sterkte bij hoge temperaturen en is zowel bestand tegen thermische schokken als tegen kruip [1]. Deze buitengewone thermische en mechanische eigenschappen maken het mogelijk dat het materiaal kan worden gebruikt in toepassingen zoals vuurvaste materialen, ovenmeubilair, substraten voor katalysatoren, ovenbuizen en hitteschilden.
Mulliet wordt alleen als schaars mineraal gevonden op Mull Island, Schotland [2]. Vanwege het zeldzame bestaan ervan in de natuur is al het mullietkeramiek dat in de industrie wordt gebruikt door de mens gemaakt. Er is veel onderzoek gedaan naar de bereiding van mullietkeramiek met behulp van verschillende voorlopers, uitgaande van chemicaliën van industriële/laboratoriumkwaliteit [3] of natuurlijk voorkomende aluminosilicaatmineralen [4]. De kosten van deze uitgangsmaterialen zijn echter duur, omdat ze vooraf worden gesynthetiseerd of gedolven. Jarenlang zijn onderzoekers op zoek geweest naar economische alternatieven om mullietkeramiek te synthetiseren. Daarom zijn er in de literatuur talloze mullietvoorlopers gerapporteerd die zijn afgeleid van industrieel afval. Dit industriële afval heeft een hoog gehalte aan nuttig silica en aluminiumoxide, de essentiële chemische verbindingen die nodig zijn om mullietkeramiek te produceren. Andere voordelen van het gebruik van dit industriële afval zijn de energie- en kostenbesparingen als het afval zou worden omgeleid en hergebruikt als technisch materiaal. Bovendien zou dit ook kunnen helpen de milieubelasting te verminderen en de economische voordelen ervan te vergroten.
Om te onderzoeken of puur elektrokeramisch afval kon worden gebruikt om mullietkeramiek te synthetiseren, werden het zuivere elektrokeramische afval gemengd met aluminiumoxidepoeders en het pure elektrokeramische afval als grondstoffen vergeleken. De effecten van de samenstelling van de grondstoffen en de sintertemperatuur op de microstructuur en de fysieke eigenschappen eigenschappen van mullietkeramiek werden onderzocht. XRD en SEM werden gebruikt om de fasesamenstelling en microstructuur te bestuderen.
De resultaten laten zien dat het mullietgehalte toeneemt naarmate de sintertemperatuur stijgt, en dat tegelijkertijd de bulkdichtheid toeneemt. De grondstoffen zijn het pure elektrokeramische afval, waardoor de sinteractiviteit groter is en het sinterproces kan worden versneld en de dichtheid ook wordt verhoogd. Wanneer het mulliet alleen door het elektrokeramische afval wordt bereid, zijn de bulkdichtheid en de druksterkte het grootst, is de porositeit het kleinst en zullen de uitgebreide fysieke eigenschappen de beste zijn
Gedreven door de behoefte aan goedkope en milieuvriendelijke alternatieven, hebben veel onderzoeksinspanningen een verscheidenheid aan industrieel afval gebruikt als uitgangsmateriaal voor de productie van mullietkeramiek. De verwerkingsmethoden, sintertemperaturen en chemische additieven zijn beoordeeld. De traditionele routeverwerkingsmethode waarbij de mullietvoorloper werd gemengd, geperst en reactiesinterd, was de meest gebruikte methode vanwege de eenvoud en kosteneffectiviteit ervan. Hoewel deze methode poreuze mullietkeramiek kan produceren, werd gerapporteerd dat de schijnbare porositeiten van het resulterende mullietkeramiek onder de 50% bleven. Aan de andere kant bleek vriesgieten zeer poreus mullietkeramiek te kunnen produceren, met een schijnbare porositeit van 67%, zelfs bij een zeer hoge sintertemperatuur van 1500 ° C. Er werd een overzicht uitgevoerd van de sintertemperaturen en verschillende chemische additieven die bij de productie van mulliet worden gebruikt. Het is wenselijk om voor de productie van mulliet een sintertemperatuur van boven de 1500 °C te gebruiken, vanwege de hogere reactiesnelheid tussen Al2O3 en SiO2 in de precursor. Een overmatig silicagehalte geassocieerd met onzuiverheden in de precursor zou echter kunnen leiden tot vervorming of smelten van het monster tijdens sinteren bij hoge temperatuur. Wat de chemische additieven betreft, is gerapporteerd dat CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 en MoO3 een effectief hulpmiddel zijn om de sintertemperatuur te verlagen, terwijl V2O5, Y2O3-gedoteerd ZrO2 en 3Y-PSZ kunnen worden gebruikt om de verdichting van mullietkeramiek te bevorderen. Doping met chemische additieven zoals AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 en MgO bevorderde de anisotrope groei van de mulliet-snorharen, wat vervolgens de fysieke sterkte en taaiheid van de mulliet-keramiek verbeterde.
Posttijd: 29 augustus 2023