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利用锂辉石尾渣制备陶瓷材料研究文献综述

 2020-04-15 05:04  

1.目的及意义

随着工业生产的不断发展,工业废弃物的不断增加,环境保护形势日趋严峻,如何处理工业废弃物就显得愈发重要。如今只有有限的一些废弃物能得到很好的利用,大部分以消极堆存为主,部分有害的固废以焚烧、填埋、微生物处理、化学转化等方法进行处理。固废的消极堆存不仅仅占用了大量土地,还会危害到水体、动植物、人体健康等,而合理处置则可以变废为宝。

锂辉石在当今社会的应用越来越广泛,特别是碳酸锂应用方面以及当前锂电业的发展上,而锂辉石作为最重要的锂矿物资源之一,在我国的含量十分丰富,目前位居世界第二,因此,每年产生的锂辉石尾渣的量非常的大。如何将锂辉石尾渣合理的回收利用、减少固废堆存是全世界研究的重点之一,对环境保护和生态具有十分重要的意义。经过历代学者不断对锂辉石尾渣深入的研究,提出了许多可行的方案,研究出了不同的解决途径,不仅可以有效减少锂渣的存量,而且将锂渣变成了减少成本且有特殊用途的能源。20世纪90年代,我国就有几家企业联合研究,将锂渣用作增强抗渗混凝土的添加剂,近十年来,Cheng T W and Chen Y S成功研制出以锂辉石为原料的微晶玻璃。目前,针对锂辉石尾渣的主要处理途径有:1)与其他硅酸盐复合制备强化陶瓷;2)与水泥复合成为混凝土;3)与其他硅酸盐材料复合制备低膨胀微晶玻璃;4)作为无机填充材料填充到聚合物中。

锂辉石尾渣作为无机填充料不仅可以明显增大聚合物的弹性模量,增加聚合物的硬度,可以让复合材料的阻燃性能也大幅提升。但是锂辉石尾渣与高分子材料的界面粘附力不好,导致填充体系的拉伸强度下降等性能缺陷,这样就会导致其使用范围减少。低膨胀微晶玻璃主要是指 Li2O- Al2O3- SiO2 系统微晶玻璃,锂辉石尾渣的化学组成与低膨胀微晶玻璃很接近,Cheng T W and Chen Y S成功将其应用于制作微晶玻璃,但是尾渣的引入比例只要稍高,就会不可避免的带入了一些使用常规原料时所不会引入的元素,如 Fe、Ca、Mn、P、Be、Nb、Ta等,这些元素的引入会降低了玻璃的透明度及产品质量,若减少引入锂辉石尾渣的量,则对锂辉石尾渣的处理极其有限。

锂辉石尾渣可以提高混凝土强度,改善混凝土性能,用锂渣和矿渣或粉煤灰配制的高强度混凝土凝结时间合理、工作性好、坍落度经时损失少,可用于高强度且需泵送的混凝土工程中,这种高取代率可以节约大量资源,降低工程造价,对废渣的有效利用及环境保护具有重要的意义。到现在为止,我国已有多家公司将锂渣用于生产高性能混凝土,但是将锂辉石尾渣用于生产陶瓷的报道却几乎没有,锂辉石尾渣用于制备陶瓷,无论从实际生产还是学术研究上都具有较为重要的研究价值和意义。

酸法生产锂盐的工艺排放出的锂渣,它的化学成分和釉面砖坯料接近,用陶瓷坯料实验公式的表示方法其坯式为:1(R2O RO):1.75Al2O3:8.42SiO2, 满足石灰石精陶的组成范围,而其中叶蜡石又占较大比重,蜡石原料含结晶水较少,加热至500-800℃时脱水缓慢,总收缩不大,因此用它取代一部分传统的陶瓷原料,研究试制釉面内墙砖, 可以达减少环境污染, 广辟陶瓷原料来源, 变废为宝, 降低产成本的目的。另外,锂渣中含有0.3%-0.5%的氧化锂,它的加入可以大幅度提高坯料的抗热震性能和机械强度。

本实验将锂辉石尾渣作为主要原料,与其他配合料混合后球磨,将所得粉料成型后,在一定的温度和压力下,使气孔收缩、结构致密,制备出陶瓷。通过XRD 衍射分析、扫描电镜分析等手段测试陶瓷样品的结构和性能,探讨原料配比、温度制度等因素对陶瓷制备的影响。重点研究陶瓷样品的组成体系,确定最佳的材料组成和制备工艺参数,为锂辉石尾渣的回收利用、变废为宝提供一定的研究基础,为环境保护和生态化建设做出依据。


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2. 研究的基本内容与方案

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基本内容:

  1. 设计合理的配方。将锂渣作为原料,并选择塑性原料、瘠性原料和溶剂性原料作为配合料,按照合理比例形成配方。

  2. 确定合理的温度制度。确定烧成温度、保温时间和升温速度。

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