煤矸石在致密陶瓷材料领域中的应用

通过研究发现， 煤矸石中的主要成分是氧化铝和二氧化硅 ，而这些化合物又是常用的陶瓷生产原料，煤矸石本身也具有大量微孔和较高的比表面积。因此，完全可以利用煤矸石来制备机械强度高、耐酸碱腐蚀以及寿命长等具有优异性能的陶瓷等材料。

1、致密莫来石及其复合材料

莫来石（3Al ₂ O ₃ ·2SiO ₂ ）是一种优质的耐火材料，具有致密度高、抗热震性好、抗蠕变性好、膨胀系数低、化学成分稳定等特点。在我国天然的莫来石储量较少，大部分莫来石都是采用人工合成的办法。 一般以高岭土和氧化铝粉体为原料，采用烧结法或电熔法制备莫来石材料 。由于煤矸石中高岭石含量一般可达90%以上，因此利用煤矸石配入Al ₂ O ₃ 等辅料，经过高温煅烧反应可以制备出性能优良的莫来石及莫来石复合材料。我国就煤矸石制备莫来石及其复合材料的研究也取得了一定的进展。

杨中正等以高铝矾土为主要原料，配以煤矸石和少量的Al ₂ O ₃ 制得莫来石熟料，研究发现：在1700℃下可以烧制性能优良的莫来石熟料，其显气孔率小于25%，体积密度≥2.75g/cm ³ 。

杨强等以酸洗后的煤矸石为主要原料，与氧化铝混合均匀，通过固相烧结法制备莫来石，结果表明：在1600℃烧成温度条件下，随着保温时间的延长，莫来石化程度会先提高之后略有下降，所以制备莫来石的保温时间应控制在2h以内。

胡其国等选用铝矾土、煤矸石为主要原料，五氧化二钒（V ₂ O ₅ ）和氟化铝（AlF ₃ ）为添加剂，采用固相反应制备了主晶相为莫来石相的晶体，研究表明：当铝矾土和煤矸石中的硅铝以2:3.05的摩尔比混合时，制备出的莫来石材料强度和硬度都得到了显著的提高，使用性能最佳。其体积密度高达2.3g/cm ³ 、显气孔率为23.6%、吸水率为10.55%、抗折强度为114MPa。

吴贵平等利用煤矸石、高岭土为原料，配入钾长石成功合成莫来石－高硅氧玻璃复相材料。研究发现：不添加钾长石的混料烧结温度在1590℃以上，而按K ₂ O比例为1.5%且添加钾长石的物料，烧结温度可降至1530℃。由此，向混料中添加一定量的钾长石可以降低烧结温度。

童玲欣等以煤矸石为原料，通过除杂、煅烧等工艺使煤矸石活化，采用水热晶化法制备出纳米莫来石复相粉体材料。结果表明：活化后的煤矸石粉末在浓度为2～4mol/L氢氧化钠溶液、80～90℃的搅拌温度、保温3h、液固比为10mL/g条件下制备了纳米莫来石复相粉体，纳米莫来石复相粉体结晶效果良好，大多数为柱状晶，晶粒长度为50nm，平均长径比达到3.5。

2、致密赛隆及其复合材料

房现阁等以高铝煤矸石、铁精矿粉、焦炭粉为原料，采用碳热还原氮化法在1400～1550℃保温4h条件下制备出Fe－Sialon复相致密材料，研究发现：焦炭量超过10%、在1500℃下保温4h制备的Fe－Sialon致密材料晶粒分布最均匀，使用性能最好。

岳昌盛等以酸洗后的煤矸石基β－Sialon粉、铝粉、硅粉及α－Al ₂ O ₃ 粉为原料，利用二次氮化法制备出β－Sialon及β－Sialon/SiC致密陶瓷材料。研究发现：增加Al、Si的含量可以提高材料的体积密度和抗折强度，显气孔率得以下降。

徐斌以煤矸石和天然黏土为主要原料，利用胶态成型工艺成型坯体，通过碳热还原氮化工艺成功合成β－Sialon/SiC复相致密陶瓷材料。研究发现：采用胶态成型的优化工艺可制得密度高达1.12g/cm ³ 的素坯，经烧结后便可制得致密的β－Sialon/SiC复相材料。