编号：FTJS108140
篇名： 低品位硅藻土制备多孔陶瓷
作者： 邹志恒
关键词： 多孔陶瓷; 硅藻土; 稻壳炭; 碳酸钙; 隔热性能;
机构： 佛山大学
摘要： 多孔陶瓷因其低密度、高比表面积及优异的热化学稳定性,在隔热、过滤等领域展现出广阔的应用前景。然而,其力学性能与功能特性之间存在制约关系,并存在能耗高、成本高等问题,限制了其规模化应用。硅藻土是制备多孔陶瓷的理想原料,但储量丰富的低品位硅藻土原矿目前主要作为填料使用,其结构优势未能得到充分发挥。本文系统开展了低品位硅藻土制备多孔陶瓷的研究,综合运用XRF、TG、DSC、XRD、SEM、粒度测试等测试手段,深入探讨了硅藻土化学成分以及引入稻壳炭、碳酸钙作为造孔剂对多孔陶瓷的烧结行为、物相组成、微观结构、力学性能及隔热性能的影响,揭示了上述因素在烧结性能-力学性能和热学性能的内在联系。 对不同品位硅藻土制备多孔陶瓷的研究结果表明,因原料化学成分差异导致烧结行为迥异:高品位硅藻土（HD）因杂质含量低、以方石英为主晶相,在高温下主要发生固相烧结,致密化缓慢,可保持较高气孔率（1150℃时显气孔率59.28%）但弯曲强度较低（9.01 MPa）;而低品位硅藻土（LD）因含有较多碱金属/碱土金属氧化物及Fe2O3、Al2O3,以液相烧结为主,900℃时已具有13.35 MPa的弯曲强度和44.93%的显气孔率,1100℃时形成以莫来石为主晶相的高致密陶瓷（显气孔率0.65%,抗弯强度75.43 MPa）。 在低品位硅藻土中添加固废稻壳炭（RHC）作为造孔剂与硅源,在煅烧过程中氧化分解与多孔骨架堆积双重作用可提升显气孔率。随着RHC添加量增加,气孔率与SiO2含量也随之增加,但强度会降低。细化RHC粒径能明显促进烧结,提高强度和气孔均匀性,但会降低显气孔率。在1000℃以下,RHC主要起到氧化分解造孔作用,1020℃以上则因LD中的助熔剂熔化,出现液相烧结而加快致密化。烧结温度升高有助于方石英形成和陶瓷强度、韧性的增加,但气孔率下降。在优化条件下,添加200wt%RHC在1020℃烧成得到SiO2含量高达71.18wt%,方石英为主晶相的多孔陶瓷,兼具高显气孔率（48.38%）、良好弯曲强度（10.62MPa）与断裂韧性(0.136MPa·m0.5),满足JC/T 1095-2009《轻质陶瓷》标准中A类轻质陶瓷的要求。 碳酸钙（CaCO3）在800℃下会分解产生氧化钙,并释放CO2造孔。生成的CaO可与LD中SiO2、Al2O3反应依次生成钙长石、硅灰石、钙铝黄长石及斜硅钙石等物相。CaCO3粒径减小可提高反应活性,与LD中的含硅原料充分反应形成钙长石,避免富钙相（生石灰和斜硅钙石）的形成,并提高显气孔率和弯曲强度。碳酸钙加入量增大,会导致富钙物相增多,添加量超过80%会造成强度急剧下降并形成生石灰。添加少量（10wt%）小粒径(d50=2.7μm)碳酸钙经900℃烧成,可获得钙长石为主晶相的多孔陶瓷,兼具高显气孔率（48.30%）、良好弯曲强度（17.95MPa）与断裂韧性(0.315MPa·m0.5)。 本研究表明,通过将农业固废稻壳加入低品位硅藻土原矿,可制备出高硅含量的多孔陶瓷。而利用CaCO3造孔剂+烧结助剂双重功能,可将烧成温度降低到900℃,在保持显气孔率的同时提高力学性能,实现低添加量、低温烧成、高气孔率、高力学性能的协同优化。