El proceso experimental de síntesis de mullita.
Se realizaron experimentos con cenizas volantes después de la descarburación y molienda (serie A) y cenizas volantes tratadas con ácido clorhídrico al 20% (serie B), según el contenido original de Al2O3 (A50 y B50 respectivamente) después de la adición industrial. alúmina, el contenido de Al2O3 en los ingredientes alcanza el 60% (A60 y B60 respectivamente) y el 70% (A70 y B70 respectivamente). Según el esquema de diseño experimental ortogonal de tres factores y tres niveles, se deben realizar 9 ensayos para cada componente, por lo que se realizaron 54 ensayos en dos series de muestras con tres contenidos diferentes de Al2O3. El proceso experimental utilizado se muestra en la Figura 5. 6.
Figura 5. 6 Proceso experimental de sinterización de mullita con cenizas volantes con alto contenido de aluminio.
(1) Eliminación de hierro
Hay dos tipos de óxidos de hierro en las cenizas volantes, Fe2O3 y Fe3O4 (generalmente representado por Fe2O3). Este último es magnético y el hierro normalmente se puede eliminar con un separador magnético de 15.000 ~ 20.000 Gs (densidad de flujo magnético) para reducir el contenido de impurezas de hierro. Debido a que la investigación se realizó en un entorno de laboratorio, solo utilizamos un imán semicircular con una longitud de 10 cm para eliminar el hierro manualmente y el efecto de eliminación del hierro no fue ideal. El óxido de hierro en las cenizas volantes sólo oscila entre el 1,95% y el 1,84%. Si se considera la producción industrial, la práctica común es utilizar un separador magnético para eliminar el hierro.
(2) Eliminación de carbono
Las cenizas volantes contienen partículas de carbón sin quemar o residuos de carbono, que deben eliminarse antes de realizar experimentos sobre la síntesis de mullita. De lo contrario, el CO2 generado durante el proceso de calentamiento posterior reducirá la densidad del producto sinterizado e incluso reducirá la cantidad de mullita. Hay dos formas de eliminar el carbono de las cenizas volantes: una es utilizar la diferencia de densidad para la flotación, y el carbono poroso después de la flotación se puede utilizar como adsorbente para residuos o convertirse en material filtrante; la otra es eliminar las cenizas volantes en un determinado nivel; La temperatura para eliminar el carbono se utiliza a menudo cuando las cenizas volantes tienen un bajo contenido de carbono y no tienen mucho valor de extracción. El proceso de eliminación de carbono generalmente se puede llevar a cabo a 800°C durante 2 horas. En este estudio, se utilizó el horno de resistencia tipo caja SX2-4-10 producido por la fábrica de equipos médicos Shanghai Yuejin para eliminar el carbono de las cenizas volantes a 800°. C durante 2 horas y el efecto fue satisfactorio. El LOI de las cenizas volantes varía del 2,10% al 1,02%.
(3) Molino de mezcla y molienda fina
La molienda fina es indispensable en el proceso de síntesis de enlace de mullita, porque la sinterización El método para sintetizar mullita se completa principalmente mediante la reacción en fase sólida entre Al2O3 y SiO2. La molienda fina puede mejorar la dispersión de las materias primas, aumentar los defectos de la red de Al2O3 y SiO2, mejorar la actividad de reacción, acelerar el proceso de reacción en fase sólida y reducir la temperatura de sinterización. Generalmente, cuanto más fino sea el abrasivo, más minuciosa será la mezcla, más completa será la reacción de la mullita, más mullita se producirá y mejores serán las propiedades físicas. Sin embargo, el grado de molienda fina está relacionado con el equipo de molienda y factores económicos. Generalmente, se puede garantizar más del 80% de partículas menores a 10 micrones.
Este experimento utiliza el molino de bolas de agitación periódica ZJM-20 producido por Zhengzhou Dongfang Machinery Factory. La proporción bola:ceniza:agua es de 5:1:1 y la mezcla se realiza durante 5 horas, lo que puede cumplir plenamente. los requisitos anteriores. Teniendo en cuenta el alto contenido de mullita en las cenizas volantes, se utilizan bolas de corindón (Al2O3) con un diámetro de 2 a 3 mm como medio de molienda. La alúmina industrial es importada de Australia por Jiaozuo Wanfang Aluminium Company. La pureza del Al2O3 es superior al 99% y la alúmina industrial utiliza las mismas condiciones de molienda. Mezcle los materiales molidos según el contenido de Al2O3 del 60 % y 70 %, luego mezcle y muela durante 65438 ± 0 h para mezclar completamente. En este proceso, también se pueden mezclar primero las cenizas volantes y la alúmina industrial, luego se mezclan y se muelen. Debido a que las cenizas volantes son un material de cresta, no agregamos ningún dispersante durante el proceso de molienda. Cuando aumenta la viscosidad del material molido, se puede agregar una pequeña cantidad de agua para diluirlo y mejorar el efecto de molienda.
(4) Eliminación de calcio
El uso de ácido clorhídrico para tratar las cenizas volantes puede eliminar algunas impurezas de las cenizas volantes, como hierro, calcio, magnesio, etc.
, porque el ácido clorhídrico puede reaccionar con CaO activo (o CaCO3, MgCO3, etc.). ) y Fe2O3 (o hematita, siderita, limonita, etc.) para generar sales solubles, la fórmula de reacción es la siguiente:
Óxido de calcio (activo) + ácido clorhídrico = cloruro de calcio + H2O.
CaCO3+ 2HCl = CaCl2+ CO2+ H2O
Carbonato de magnesio + ácido clorhídrico = cloruro de calcio + dióxido de carbono + H2O
Fe2O3+ 6HCl = 2 FeCl3+ 3H2O
FeCO3+ 2HCl = FeCl2+ CO2+ H2O
La finalidad de este decapado es principalmente eliminar el calcio, y la concentración de ácido clorhídrico utilizado es del 20%. En términos generales, a medida que aumenta la concentración de ácido clorhídrico, el efecto de eliminación de hierro será cada vez mejor. Sin embargo, cuando la concentración de ácido clorhídrico aumenta al 20%, la relación entre la concentración de ácido clorhídrico y el efecto de eliminación de hierro no es obvia. La razón es que el 20,2% es el punto de evaporación del ácido clorhídrico y el agua se escapará rápidamente durante el proceso de lixiviación ácida calentada, afectando el efecto de lixiviación ácida. En la lixiviación ácida, si se eleva la temperatura, se puede aumentar la actividad de los reactivos, se puede acelerar la velocidad de la reacción y se puede mejorar el efecto de lixiviación. En términos generales, se puede obtener un mejor efecto de lixiviación reaccionando a 80 ~ 100 °C durante 3 h, y se puede obtener un efecto similar sumergiéndolo durante un tiempo prolongado a temperatura ambiente (2 ~ 3 d) (Li et al., 2001).
Para cenizas volantes finamente molidas, utilice ácido clorhídrico al 20%, según la proporción sólido:líquido = 1:3, coloque la suspensión en un balde de plástico a temperatura ambiente durante 3 días y luego enjuague con agua del grifo a pH=7. Durante el experimento, descubrimos que el agua clara vertida después de reposar durante 3 días era de color verde claro (principalmente lixiviado de hierro), y la lechada era blanca y turbia, y no era fácil de precipitar (principalmente lixiviado de calcio). Cambie el agua aproximadamente una vez cada 2 o 3 días y una vez al día después de 25 días. En este momento, el líquido de extracción básicamente se elimina y el valor de pH de la suspensión tarda unos 30 días en alcanzar el nivel neutro. Debido a que todavía se lava con agua en lugar de agua corriente, lleva más tiempo. El aumento de la finura de las partículas también retarda el proceso de sedimentación. Este paso generalmente se completa con un filtro prensa en el proceso de producción real. El material limpio se colocó en el horno eléctrico de secado rápido a temperatura constante DHG-9000A producido por Shanghai Boxun Industrial Co., Ltd. Medical Device Factory, se secó a 65438 ± 005 °C durante 2 h y luego se enfrió naturalmente a temperatura ambiente para obtener el material de moldeo moldeado.
(5) Moldeo
Considerando que la muestra sinterizada es un material frágil, es necesario realizar una prueba de resistencia a la compresión uniaxial y clasificar los materiales en 1 par.
(6 ) Sinterización
Primero, coloque la muestra moldeada en el horno eléctrico de secado rápido a temperatura constante DHG-9000A y séquela a 65438 ± 005 °C durante 2 h. Instrumento Hunan Xiangtan Zhongshan En el horno de resistencia de calentamiento rápido totalmente de fibra SX6-12-16 producido por la fábrica, la temperatura se eleva a una velocidad de 1000 °C/min antes de 1000 °C y a una velocidad de 5 °C/min. después de 1000°C. Dejar enfriar a temperatura ambiente de forma natural en condiciones de laboratorio y sacar. Se necesitan aproximadamente 24 horas para completar un lote de muestras en este experimento, porque el enfriamiento natural del horno de resistencia en estado cerrado suele llevar mucho tiempo. Asegúrese de prestar atención a la velocidad de calentamiento durante la sinterización, porque la velocidad de calentamiento del horno de resistencia es más rápida a bajas temperaturas y más lenta a altas temperaturas. Por lo tanto, la corriente del horno de resistencia debe ajustarse continuamente para garantizar la temperatura experimental de. síntesis de mullita. Después del enfriamiento natural, utilice el método del calibre a vernier para medir el diámetro y la altura de las muestras una por una y mantener registros.
En este punto, básicamente se completa el proceso experimental de sinterización de cenizas volantes para sintetizar mullita. A continuación, se medirán las propiedades físicas y mecánicas y el contenido de mullita de la muestra sinterizada.