D0I:10.13374/i.issnl001053x.2010.0A.015 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vol32 No 4 2010年4月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing APr 2010 煤矸石和用后耐火材料合成多孔堇青石 彭岳昌盛巩夏玮郭敏张梅 北京科技大学治金与生态工程学院。北京100083 摘要以煤矸石，用后滑板砖和用后镁碳砖为原料，采用石墨、淀粉和复合添加剂为造孔剂，制备出多孔茧青石材料并研 究造孔剂种类、造孔剂加入量和合成温度对材料合成和材料性能的影响.实验结果表明：采用煤矸石和用后耐火材料为原料， 在1350~1400℃高温下可以合成高纯度的革青石材料：复合添加剂为最佳造孔剂其合适加入量为15%~25%：当复合添加 剂加入量为20%.在1350℃保温3h条件下，合成材料的气孔分布均匀贯通.其显气孔率为44%.热膨胀系数为214X 106K,荷重软化点为1290℃，综合性能良好.具有优良的高温使用性能. 关键词多孔陶瓷：茧青石：材料合成：造孔剂：煤研石 分类号TQ17475+8 Preparaton of porous cordierite from coalgangue and abandoned refractory m a terjals PENG Ben YUE Chang sheng GONG Xiawei GOMin ZHANG Mei Schpol ofMetalgical and Ecokg ical Enginee ring University of Sc ience and Technopgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT Porous cord jerite cerm ics were synthesized fron coal gangue wasted slide gates and wasted magnes a carbon bricks w ih graph ite starch and compoind additives as pore pming materals The relatonships beween properties and syn hesis cond itpns such as the tpe and additon ofpore pm ing materials and heatng temperaure were nvestigated The result showed that hgh-purity poous cordierie was syntesized from coal gangue and used refracpres at1350 p1400C whie the compound add itiveswas used as pore pmingmateras and theiradd ition is1 25%.At he add ition of he compound additives of20.1350C and snterng pr 3 b porous cordierite ceramics wit homogeneous pores distributon were obtained their apparent porosit is44.hemal expan son coefficient is2 14 X 106 K-!and softening point load is 1 290C.Because of hese good con prehensive perfomances all bricks canmeet hhe demands of service at high temperaure KEY WORDS porous ceran ics cordierite material syn thes is pore pming agent coalgange 多孔陶瓷是一种含有较多孔隙的无机功能材 良特性，对多孔堇青石材料的研究也因此成为热点 料，具有热导率低、体积密度小、比表面积大及特殊 之一19 的物理和化学性能等优点，堇青石多孔陶瓷材料还 目前堇青石制备采用固相合成法，原料多为天 具有耐高温、化学稳定性好和强度高等特点，在高温 然原料，如高岭土、黏土、滑石、绿泥石、蛇纹石和菱 功能材料领域也获得了广泛应用-.作为一种优 镁石，如果全部采用工业固体废弃物作为合成 异的抗热震材料，堇青石(2M)2A!Q°5S0)受 原料，则可以显著降低生产成本，并且符合国家倡导 到治金、化工和建材等领域的青睐，可用作高温炉体 的“循环经济”的产业政策，但是相关研究较少. 材料如匣钵、窑具4“。为满足陶瓷快速烧成工艺的 煤矸石是采煤过程中的副产物，废弃耐火材料 要求，陶瓷烧结所需匣钵的材质需要具备导热性好、 是高温工业产生的固体废弃物，其主要成分为 高温强度高、热膨胀率低和抗热震性好等一系列优 S0、A)Q、M和C等上述氧化物是合成堇青石 收稿日期：2009-08-18 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(N92006BAC21山2-1.N92007BAB2403,国家自然科学基金重点基金资助项目(N?50332010) 作者简介：彭在(1985，男，硕士研究生：张梅(1970-，女，教授Ema型布hm8me@meu!m第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.4 Apr.2010 煤矸石和用后耐火材料合成多孔堇青石 彭 岳昌盛 巩夏玮 郭 敏 张 梅 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 以煤矸石、用后滑板砖和用后镁碳砖为原料, 采用石墨、淀粉和复合添加剂为造孔剂, 制备出多孔堇青石材料, 并研 究造孔剂种类、造孔剂加入量和合成温度对材料合成和材料性能的影响.实验结果表明:采用煤矸石和用后耐火材料为原料, 在 1 350 ～ 1 400℃高温下可以合成高纯度的堇青石材料;复合添加剂为最佳造孔剂, 其合适加入量为 15% ～ 25%;当复合添加 剂加入量为 20%, 在 1 350 ℃保温 3 h条件下, 合成材料的气孔分布均匀贯通, 其显气孔率为 44.9%, 热膨胀系数为 2.14 × 10 -6 K-1 , 荷重软化点为 1 290℃, 综合性能良好, 具有优良的高温使用性能. 关键词 多孔陶瓷;堇青石;材料合成;造孔剂;煤矸石 分类号 TQ174.75 + 8 Preparationofporouscordieritefromcoalgangueandabandonedrefractoryma￾terials PENGBen, YUEChang-sheng, GONGXia-wei, GUOMin, ZHANGMei SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Porouscordieriteceramicsweresynthesizedfromcoalgangue, wastedslidegatesandwastedmagnesiacarbonbricks withgraphite, starchandcompoundadditivesaspore-formingmaterials.Therelationshipsbetweenpropertiesandsynthesisconditions, suchasthetypeandadditionofpore-formingmaterialsandheatingtemperature, wereinvestigated.Theresultshowedthathigh-purity porouscordieritewassynthesizedfromcoalgangueandusedrefractoriesat1350 to1 400℃ whilethecompoundadditiveswasusedas pore-formingmaterialsandtheiradditionis15% to25%.Attheadditionofthecompoundadditivesof20%, 1350℃ andsinteringfor 3h, porouscordieriteceramicswithhomogeneousporesdistributionwereobtained, theirapparentporosityis44.9%, thermalexpan￾sioncoefficientis2.14 ×10 -6 K-1 , andsofteningpointloadis1 290 ℃.Becauseofthesegoodcomprehensiveperformances, all brickscanmeetthedemandsofserviceathightemperature. KEYWORDS porousceramics;cordierite;materialsynthesis;pore-formingagent;coalgangue 收稿日期:2009--08--18 基金项目:国家科技支撑计划资助项目(No.2006BAC21B02-1, No.2007BAB24B03);国家自然科学基金重点基金资助项目(No.50332010) 作者简介:彭 (1985— ), 男, 硕士研究生;张 梅(1970— ), 女, 教授, E-mail:zhangmei@metall.ustb.edu.cn 多孔陶瓷是一种含有较多孔隙的无机功能材 料 ,具有热导率低 、体积密度小 、比表面积大及特殊 的物理和化学性能等优点 , 堇青石多孔陶瓷材料还 具有耐高温 、化学稳定性好和强度高等特点,在高温 功能材料领域也获得了广泛应用 [ 1--3] .作为一种优 异的抗热震材料 , 堇青石 (2MgO·2Al2O3· 5SiO2 )受 到冶金 、化工和建材等领域的青睐,可用作高温炉体 材料如匣钵 、窑具 [ 4--5] .为满足陶瓷快速烧成工艺的 要求, 陶瓷烧结所需匣钵的材质需要具备导热性好 、 高温强度高 、热膨胀率低和抗热震性好等一系列优 良特性,对多孔堇青石材料的研究也因此成为热点 之一 [ 6] . 目前堇青石制备采用固相合成法, 原料多为天 然原料, 如高岭土 、黏土 、滑石 、绿泥石、蛇纹石和菱 镁石 [ 6--9] ,如果全部采用工业固体废弃物作为合成 原料 ,则可以显著降低生产成本, 并且符合国家倡导 的“循环经济”的产业政策,但是相关研究较少. 煤矸石是采煤过程中的副产物, 废弃耐火材料 是高温工业产生的固体废弃物, 其主要成分为 SiO2 、Al2 O3 、MgO和 C等, 上述氧化物是合成堇青石 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.04.015