ของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าบริสุทธิ์สามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์มัลไลท์เซรามิกได้หรือไม่?

ของเสียทางอุตสาหกรรมบางชนิดแสดงให้เห็นว่ามีประโยชน์ในการผลิตเซรามิกมัลไลท์ ของเสียทางอุตสาหกรรมเหล่านี้อุดมไปด้วยโลหะออกไซด์บางชนิด เช่น ซิลิกา (SiO2) และอลูมินา (Al2O3) สิ่งนี้ทำให้ของเสียมีศักยภาพที่จะใช้เป็นแหล่งวัตถุดิบเริ่มต้นในการเตรียมเซรามิกมัลไลท์ เอกสารทบทวนนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อรวบรวมและทบทวนวิธีการเตรียมเซรามิกมัลไลท์ต่างๆ ที่ใช้ของเสียทางอุตสาหกรรมหลากหลายชนิดเป็นวัสดุตั้งต้น การตรวจสอบนี้ยังอธิบายถึงอุณหภูมิการเผาผนึกและสารเคมีที่ใช้ในการเตรียมและผลกระทบของมัน งานนี้ยังได้กล่าวถึงการเปรียบเทียบทั้งความแข็งแรงเชิงกลและการขยายตัวทางความร้อนของเซรามิกมัลไลท์ที่รายงานซึ่งเตรียมจากของเสียทางอุตสาหกรรมต่างๆ

มัลไลท์ หรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า 3Al2O3∙2SiO2 เป็นวัสดุเซรามิกที่ดีเยี่ยมเนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ไม่ธรรมดา มีจุดหลอมเหลวสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ มีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง และมีทั้งความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและการคืบคลาน [1] คุณสมบัติทางความร้อนและทางกลพิเศษเหล่านี้ทำให้สามารถใช้วัสดุในการใช้งานต่างๆ เช่น วัสดุทนไฟ เฟอร์นิเจอร์เตาเผา พื้นผิวสำหรับเครื่องฟอกไอเสีย ท่อเตาเผา และแผงป้องกันความร้อน

มัลไลท์สามารถพบได้เฉพาะในแร่ธาตุที่หายากที่เกาะมัลล์ สกอตแลนด์ [2] เซรามิกมัลไลท์ทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรมเนื่องมาจากมีอยู่น้อยในธรรมชาติจึงเป็นของที่มนุษย์สร้างขึ้น มีการวิจัยจำนวนมากเพื่อเตรียมเซรามิกมัลไลท์โดยใช้สารตั้งต้นที่แตกต่างกัน โดยเริ่มจากสารเคมีเกรดอุตสาหกรรม/ห้องปฏิบัติการ [3] หรือแร่อะลูมิโนซิลิเกตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ [4] อย่างไรก็ตามต้นทุนของวัสดุตั้งต้นเหล่านี้มีราคาแพงซึ่งต้องสังเคราะห์หรือขุดไว้ล่วงหน้า เป็นเวลาหลายปีแล้วที่นักวิจัยมองหาทางเลือกที่ประหยัดในการสังเคราะห์เซรามิกมัลไลท์ ดังนั้นจึงมีรายงานสารตั้งต้นมัลไลต์จำนวนมากที่ได้มาจากของเสียทางอุตสาหกรรมในวรรณคดี ของเสียทางอุตสาหกรรมเหล่านี้มีซิลิกาและอลูมินาที่มีประโยชน์ในปริมาณสูง ซึ่งเป็นสารประกอบทางเคมีที่จำเป็นในการผลิตเซรามิกมัลไลต์ ประโยชน์อื่นๆ ของการใช้ของเสียทางอุตสาหกรรมเหล่านี้คือการประหยัดพลังงานและต้นทุนหากของเสียถูกเปลี่ยนทิศทางและนำกลับมาใช้ใหม่เป็นวัสดุทางวิศวกรรม นอกจากนี้ยังสามารถช่วยลดภาระด้านสิ่งแวดล้อมและเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจได้อีกด้วย

เพื่อตรวจสอบว่าของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าบริสุทธิ์สามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์เซรามิกมัลไลท์ได้หรือไม่ จึงมีการเปรียบเทียบของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าบริสุทธิ์ผสมกับผงอลูมินาและของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าบริสุทธิ์เป็นวัตถุดิบ ผลกระทบขององค์ประกอบของวัตถุดิบและอุณหภูมิการเผาต่อโครงสร้างจุลภาคและทางกายภาพ ศึกษาคุณสมบัติของมัลไลท์เซรามิก XRD และ SEM ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาองค์ประกอบของเฟสและโครงสร้างจุลภาค

ผลการวิจัยพบว่าปริมาณมัลไลท์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิการเผาผนึกที่เพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันความหนาแน่นรวมก็เพิ่มขึ้น วัตถุดิบเป็นของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าบริสุทธิ์ ดังนั้นกิจกรรมการเผาผนึกจึงมีมากกว่า และสามารถเร่งกระบวนการเผาผนึกได้ และความหนาแน่นก็เพิ่มขึ้นด้วย เมื่อมัลไลท์ถูกเตรียมโดยของเสียจากเซรามิกไฟฟ้าเท่านั้น ความหนาแน่นและกำลังอัดจะใหญ่ที่สุด ความพรุนจะน้อยที่สุด และคุณสมบัติทางกายภาพที่ครอบคลุมจะดีที่สุด

ด้วยความต้องการทางเลือกอื่นที่มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ความพยายามในการวิจัยจำนวนมากได้ใช้ของเสียทางอุตสาหกรรมหลายประเภทเป็นวัสดุเริ่มต้นในการผลิตเซรามิกมัลไลท์ มีการตรวจสอบวิธีการประมวลผล อุณหภูมิการเผาผนึก และสารเคมีเจือปนแล้ว วิธีการประมวลผลเส้นทางแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับการผสม การกด และการเผาผนึกปฏิกิริยาของสารตั้งต้นมัลไลต์เป็นวิธีการที่ใช้กันมากที่สุดเนื่องจากความเรียบง่ายและความคุ้มค่า แม้ว่าวิธีนี้จะสามารถผลิตเซรามิกมัลไลต์ที่มีรูพรุนได้ แต่ความพรุนที่ชัดเจนของเซรามิกมัลไลต์ที่ได้นั้นรายงานว่ายังคงอยู่ต่ำกว่า 50% ในทางกลับกัน การหล่อแบบเยือกแข็งแสดงให้เห็นว่าสามารถผลิตเซรามิกมัลไลท์ที่มีรูพรุนสูง โดยมีความพรุนปรากฏที่ 67% แม้ที่อุณหภูมิการเผาผนึกที่สูงมากที่ 1500 °C ได้มีการทบทวนอุณหภูมิการเผาผนึกและสารเคมีชนิดต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตมัลไลท์ ขอแนะนำให้ใช้อุณหภูมิการเผาผนึกที่สูงกว่า 1500 °C สำหรับการผลิตมัลไลท์ เนื่องจากมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงกว่าระหว่าง Al2O3 และ SiO2 ในสารตั้งต้น อย่างไรก็ตาม ปริมาณซิลิกาที่มากเกินไปที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเจือปนในสารตั้งต้นอาจทำให้ตัวอย่างเสียรูปหรือการหลอมละลายในระหว่างการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง สำหรับสารเติมแต่งทางเคมี CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 และ MoO3 ได้รับการรายงานว่าเป็นตัวช่วยที่มีประสิทธิภาพในการลดอุณหภูมิการเผาผนึก ในขณะที่ ZrO2 ที่เจือด้วย V2O5, Y2O3 และ 3Y-PSZ สามารถใช้เพื่อส่งเสริมความหนาแน่นของเซรามิกมัลไลท์ การเติมด้วยสารเคมีเจือปน เช่น AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 และ MgO ช่วยให้หนวดมัลไลต์เติบโตแบบแอนไอโซโทรปิก ซึ่งต่อมาได้เพิ่มความแข็งแรงทางกายภาพและความเหนียวของเซรามิกมัลไลต์