کاربرد باند زغال سنگ در زمینه مواد سرامیکی متراکم

زغال سنگ سنگی است که در درز زغال سنگ به دام افتاده است و همچنین زباله در فرآیند استخراج زغال سنگ و شستشوی زغال سنگ است. در حال حاضر میزان انباشته زغال سنگ در کشور به چندین میلیارد تن می رسد که آسیب جدی به محیط زیست وارد کرده است. به عنوان یک منبع قابل بازیافت، گنگ زغال سنگ به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها استفاده شده است.

از طریق تحقیقات، مشخص شد که اجزای اصلی در گنگ زغال‌سنگ آلومینا و سیلیس هستند و این ترکیبات معمولاً از مواد اولیه برای تولید سرامیک استفاده می‌شوند. خود زغال سنگ نیز دارای تعداد زیادی ریز منافذ و سطح ویژه بالایی است. از این رو می توان از زغال سنگ برای تهیه سرامیک و سایر مواد با خواص عالی مانند استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی اسیدی و قلیایی و عمر طولانی استفاده کرد.

1. مولایت متراکم و مواد مرکب آن

مولایت (3Al2O3·2SiO2) یک ماده نسوز با کیفیت بالا با ویژگی های چگالی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب، مقاومت در برابر خزش خوب، ضریب انبساط کم و ترکیب شیمیایی پایدار است. در کشور من ذخایر طبیعی مولایت کم است و بیشتر مولایت به صورت مصنوعی سنتز می شود. به طور کلی از پودر کائولن و آلومینا به عنوان مواد اولیه استفاده می شود و مواد مولایت از طریق تف جوشی یا الکتروفیوژن تهیه می شوند. از آنجایی که میزان کائولینیت در گنگ زغال سنگ به طور کلی می تواند به بیش از 90 درصد برسد، مواد کامپوزیت مولایت و مولایت با عملکرد عالی را می توان با مخلوط کردن گنگ با مواد کمکی مانند Al2O3 و کلسینه کردن در دمای بالا تهیه کرد. کشور من همچنین در تهیه مولایت و مواد کامپوزیتی آن از زغال سنگ پیشرفت هایی داشته است.

با استفاده از بوکسیت با آلومینا بالا به عنوان ماده خام اصلی، همراه با گنگ زغال سنگ و مقدار کمی Al2O3 برای تهیه کلینکر مولایت، این تحقیق نشان داد که کلینکر مولایت با عملکرد عالی می تواند در دمای 1700 درجه سانتیگراد پخته شود و تخلخل ظاهری آن کمتر از 25٪، چگالی ظاهری ≥ 2.75g/cm3.

ترشی زغال سنگ به عنوان ماده خام اصلی استفاده می شد که به طور یکنواخت با آلومینا مخلوط می شد و مولایت با پخت حالت جامد تهیه می شد. ابتدا افزایش می یابد و سپس کمی کاهش می یابد، بنابراین زمان نگهداری برای تهیه مولایت باید در عرض 2 ساعت کنترل شود.

با استفاده از بوکسیت و گانگ زغال سنگ به عنوان مواد اولیه اصلی، پنتوکسید وانادیم (V2O5) و فلوراید آلومینیوم (AlF3) به عنوان مواد افزودنی، کریستالی که فاز بلوری اصلی آن فاز مولیت است با واکنش حالت جامد تهیه شد. این تحقیق نشان می دهد که: هنگامی که آلومینیوم بوکسیت و سیلیکون- آلومینا در گنگ زغال سنگ با نسبت مولی 2:3.05 مخلوط می شوند، استحکام و سختی مواد مولایت تهیه شده به طور قابل توجهی بهبود یافته و عملکرد بهترین است. چگالی حجمی آن به 2.3 گرم بر سانتی متر مکعب، تخلخل ظاهری 23.6 درصد، میزان جذب آب 10.55 درصد و استحکام خمشی 114 مگاپاسکال است.

ماده کامپوزیت شیشه ای سیلیکا با مولایت بالا با استفاده از گانگ زغال سنگ و کائولن به عنوان مواد خام و افزودن فلدسپات پتاسیم با موفقیت سنتز شد. این مطالعه نشان داد که دمای پخت مخلوط بدون افزودن فلدسپات پتاسیم بالاتر از 1590 درجه سانتیگراد است، در حالی که دمای پخت مخلوط با نسبت K2O 1.5٪ و افزودن فلدسپات پتاسیم را می توان تا 1530 درجه سانتیگراد کاهش داد. بنابراین افزودن مقدار معینی فلدسپات پتاسیم به مخلوط می تواند دمای پخت را کاهش دهد.

با استفاده از گنگ زغال سنگ به عنوان ماده خام، باند با حذف ناخالصی، کلسینه کردن و سایر فرآیندها فعال می شود و ماده پودر کامپوزیت نانومولیت با کریستالیزاسیون هیدروترمال تهیه می شود. نتایج نشان می‌دهد که فاز کامپوزیت نانومولیت از پودر باند زغال‌سنگ فعال تحت شرایط غلظت 4-2 مول در لیتر محلول هیدروکسید سدیم، دمای همزدن 80-90 درجه سانتی‌گراد، حفظ حرارت 3 ساعت تهیه شده است. و نسبت مایع به جامد 10 میلی لیتر بر گرم است. پودر، پودر کامپوزیت نانومولیت دارای اثر تبلور خوبی است، که اکثر آنها بلورهای ستونی هستند، طول دانه 50 نانومتر و میانگین نسبت ابعاد به 3.5 می رسد.

2. سیالون متراکم و مواد مرکب آن

با استفاده از گنگ زغال سنگ با آلومینا بالا، پودر کنسانتره آهن و پودر کک به عنوان مواد خام، ماده متراکم کامپوزیت Fe-Sialon به روش نیتریدینگ احیای کربوترمال در دمای 1400-1550 درجه سانتی گراد به مدت 4 ساعت تهیه شد. مشخص شد که محتوای کک از 10% فراتر رفته است. ماده متراکم Fe-Sialon که در دمای 1500 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت تهیه شده است، یکنواخت ترین توزیع دانه و بهترین عملکرد را دارد.

با استفاده از گنگ زغال سنگ و خاک رس طبیعی به عنوان مواد خام اصلی، فرآیند قالب گیری کلوئیدی برای شکل دادن به بدنه سبز مورد استفاده قرار گرفت و مواد سرامیکی متراکم کامپوزیت β-Sialon/SiC با موفقیت توسط فرآیند نیتریدینگ احیای کربوترمال سنتز شدند. این مطالعه نشان داد که فرآیند بهینه‌سازی قالب‌گیری کلوئیدی می‌تواند برای تولید یک جسم سبز با چگالی 1.12 گرم بر سانتی‌متر مکعب استفاده شود و یک ماده کامپوزیت بتا-Sialon/SiC می‌تواند پس از پخت تولید شود.