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随着工业化的快速发展,固体废弃物的排放量日益增加;同时,建筑节能以及建筑保温材料的安全性越来越受到社会的重视。利用固体废弃物研制发泡陶瓷,既实现了固体废弃物的资源化利用,又有利于环境保护和节约能源,具有重大的现实意义。
本文以工业固体废弃物磷尾矿和粉煤灰为主要原料,采用高温发泡的方法制备了发泡陶瓷。研究了发泡剂的添加量、主要原料和烧成温度等因素对发泡陶瓷表观密度、表观形貌、吸水率、耐酸腐蚀性、抗压强度和热导率的影响,并通过XRD和SEM测试技术分别表征了发泡陶瓷的物相组成与显微结构;探讨了发泡陶瓷的组成、结构和性能之间的相互关系。
研究结果表明,发泡剂SiC的添加量在0.3%时即可制备出性能良好的发泡陶瓷。在烧成温度为1140℃~1150℃和磷尾矿的掺量小于45%时,制备的磷尾矿发泡陶瓷的吸水率和热导率相对较高,耐酸腐蚀性相对较差。在烧成温度为1170℃~1180℃和粉煤灰的掺量小于50%时,制备的粉煤灰发泡陶瓷的抗压强度相对较低。联合使用两种原料制备的磷尾矿/粉煤灰发泡陶瓷的综合性能最好,在典型烧成温度1150℃,烧成的发泡陶瓷的表观密度为0.23g/cm3~0.52g/cm3,吸水率为1.7%~3.0%,耐酸腐蚀性为96.5%~99.9%,抗压强度为7.3MPa~10.4MPa,热导率为0.07W/(m·K)~0.08W/(m·K)。
发泡陶瓷的物相组成受到原料矿物组成的影响;烧成温度的变化或主要原料掺量的变化对发泡陶瓷的物相种类没有影响。磷尾矿发泡陶瓷的物相为玻璃相和石英(SiO2)、磷灰石(Ca5(PO4)3Cl)、辉石(CaMgSi2O6)、钠长石(NaAlSi3O8)和钙长石(CaAl2Si2O8)等晶相;粉煤灰发泡陶瓷的物相主相为玻璃相,其次为石英(SiO2)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)和钠长石(NaAlSi3O8)等晶相;磷尾矿/粉煤灰发泡陶瓷的物相为玻璃相和磷灰石(Ca5(PO4)3Cl)、石英(SiO2)、钠长石(NaAlSi3O8)和钙长石(CaAl2Si2O8)等晶相。