Wykazano, że niektóre odpady przemysłowe są przydatne w produkcji ceramiki mulitowej. Te odpady przemysłowe są bogate w niektóre tlenki metali, takie jak krzemionka (SiO2) i tlenek glinu (Al2O3). Dzięki temu odpady można wykorzystać jako źródło materiału wyjściowego do przygotowania ceramiki mulitowej. Celem tego artykułu przeglądowego jest zestawienie i przegląd różnych metod przygotowania ceramiki mulitowej, w których jako materiały wyjściowe wykorzystywano różne odpady przemysłowe. W przeglądzie tym opisano także temperatury spiekania oraz dodatki chemiczne użyte w preparacie i ich działanie. W pracy zajęto się także porównaniem wytrzymałości mechanicznej i rozszerzalności cieplnej raportowanej ceramiki mulitowej przygotowanej z różnych odpadów przemysłowych.
Mulit, powszechnie określany jako 3Al2O3∙2SiO2, jest doskonałym materiałem ceramicznym ze względu na swoje niezwykłe właściwości fizyczne. Ma wysoką temperaturę topnienia, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoką wytrzymałość w wysokich temperaturach oraz posiada odporność na szok termiczny i pełzanie [1]. Te niezwykłe właściwości termiczne i mechaniczne umożliwiają zastosowanie materiału w takich zastosowaniach, jak materiały ogniotrwałe, wyposażenie pieców, podłoża do katalizatorów, rury pieców i osłony termiczne.
Mullit można znaleźć jedynie jako rzadki minerał na wyspie Mull w Szkocji [2]. Ze względu na rzadkie występowanie w przyrodzie cała ceramika mulitowa używana w przemyśle jest wytwarzana przez człowieka. Przeprowadzono wiele badań w celu przygotowania ceramiki mulitowej przy użyciu różnych prekursorów, zaczynając od substancji chemicznych klasy przemysłowej/laboratoryjnej [3] lub naturalnie występujących minerałów glinokrzemianowych [4]. Jednakże koszt tych materiałów wyjściowych jest wysoki, a które są wcześniej syntetyzowane lub wydobywane. Naukowcy od lat poszukiwali ekonomicznych alternatyw dla syntezy ceramiki mulitowej. Stąd w literaturze opisano liczne prekursory mulitu pochodzące z odpadów przemysłowych. Te odpady przemysłowe charakteryzują się wysoką zawartością użytecznej krzemionki i tlenku glinu, które są niezbędnymi związkami chemicznymi potrzebnymi do produkcji ceramiki mulitowej. Inne korzyści wynikające z wykorzystania tych odpadów przemysłowych to oszczędność energii i kosztów, gdyby odpady zostały przekierowane i ponownie wykorzystane jako materiał inżynieryjny. Co więcej, mogłoby to również pomóc w zmniejszeniu obciążenia dla środowiska i zwiększeniu korzyści ekonomicznych.
W celu zbadania, czy czyste odpady elektroceramiczne można wykorzystać do syntezy ceramiki mulitowej, porównano czyste odpady elektroceramiczne zmieszane z proszkami tlenku glinu z czystymi odpadami elektroceramicznymi jako surowcami. Wpływ składu surowców i temperatury spiekania na mikrostrukturę i właściwości fizyczne Badano właściwości ceramiki mulitowej. Do badania składu fazowego i mikrostruktury wykorzystano XRD i SEM.
Wyniki wskazują, że wraz ze wzrostem temperatury spiekania zwiększa się zawartość mulitu i jednocześnie zwiększa się gęstość nasypowa. Surowcami są czyste odpady elektroceramiczne, dzięki czemu aktywność spiekania jest większa, a proces spiekania można przyspieszyć, a także zwiększyć gęstość. Gdy mulit jest wytwarzany wyłącznie z odpadów elektroceramicznych, gęstość nasypowa i wytrzymałość na ściskanie są największe, porowatość jest najmniejsza, a kompleksowe właściwości fizyczne będą najlepsze
Kierując się zapotrzebowaniem na tanie i przyjazne dla środowiska alternatyw, w wielu badaniach wykorzystano różnorodne odpady przemysłowe jako materiały wyjściowe do produkcji ceramiki mulitowej. Dokonano przeglądu metod przetwarzania, temperatur spiekania i dodatków chemicznych. Tradycyjna metoda przetwarzania obejmująca mieszanie, prasowanie i spiekanie reakcyjne prekursora mulitu była najczęściej stosowaną metodą ze względu na jej prostotę i opłacalność. Chociaż metodą tą można wytworzyć porowatą ceramikę mulitową, stwierdzono, że pozorna porowatość powstałej ceramiki mulitowej utrzymuje się poniżej 50%. Z drugiej strony wykazano, że metodą odlewania metodą zamrażania można uzyskać wysoce porowatą ceramikę mulitową, o pozornej porowatości wynoszącej 67%, nawet w bardzo wysokiej temperaturze spiekania wynoszącej 1500 °C. Dokonano przeglądu temperatur spiekania oraz różnych dodatków chemicznych stosowanych przy produkcji mulitu. Do produkcji mulitu pożądane jest stosowanie temperatury spiekania powyżej 1500°C ze względu na wyższą szybkość reakcji pomiędzy Al2O3 i SiO2 w prekursorze. Jednakże nadmierna zawartość krzemionki związana z zanieczyszczeniami w prekursorze może prowadzić do deformacji lub stopienia próbki podczas spiekania w wysokiej temperaturze. Jeśli chodzi o dodatki chemiczne, doniesiono, że CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 i MoO3 skutecznie pomagają w obniżeniu temperatury spiekania, natomiast ZrO2 i 3Y-PSZ domieszkowane V2O5, Y2O3 mogą być stosowane w celu wspomagania zagęszczania ceramiki mulitowej. Domieszkowanie dodatkami chemicznymi, takimi jak AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 i MgO, wspomagało anizotropowy wzrost wąsów mulitowych, co następnie zwiększało wytrzymałość fizyczną i udarność ceramiki mulitowej.
Czas publikacji: 29 sierpnia 2023 r