碱铝硅质尾矿发泡陶瓷材料的研究与应用

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1、学位论文碱铝硅质尾矿发泡陶瓷材料的研究与应用ResearchandApplicationofAlkali-aluminum-silicaTailingsFoamCeramicMaterials姓名李伟光指导教师姓名李崇智职称教授北京建筑大学王万金职称教授级高工北京建筑工程研究院申请学位级别硕士学位类别专业硕士所属学科建筑与土木工程（建筑材料方向）年级2015学号2108521315046答辩委员会主席蔡光汀职称教授论文评阅人侯云芬职称副教授朋改非职称教授北京建筑大学硕士学位论文原创性声明本人郑重

2、声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京建筑大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签字：日期：年月日北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论

3、文工作的知识产权属于北京建筑大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文纸质版和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：校内导师签名：年月日年月日校外导师签名：年月日摘要摘要本文在研究尾矿及辅助原料化学成分组成、X射线衍射分析及TG-DSC热分析的基础上，针对目前墙体保温隔热材料及尾矿高附加值利用存在的问题，采用粉末坯体高温熔融发泡工

4、艺制备出了一种尾矿及废弃红泥掺量高达80wt%，且耐久性良好轻质高强的环保型发泡陶瓷保温板，并设计了正交试验，研究坯料主要化学成分组成、发泡剂掺量、粉磨时间及烧成工艺与发泡陶瓷性能的影响关系；设计了单因素试验，研究具体化学成分与发泡陶瓷性能的影响关系。通过尾矿用量、红泥用量、钠长石用量、发泡剂用量、粉磨时间、烧成温度和烧成时间的7因素3水平正交试验，确定发泡陶瓷最佳组成配方及最优工艺条件，结果表明：烧成温度对发泡陶瓷的表观密度和抗压强度影响最大，烧成温度为1220℃时，发泡陶瓷的表观密度最优为5

5、36kg/m3；烧成温度为1180℃时，发泡陶瓷抗压强度最优为4.5Mpa；烧成温度为1220℃时，发泡陶瓷孔隙率最优为75%；钠长石用量为20wt%时，发泡陶瓷吸水率最优为1.4%。最终确定了发泡陶瓷的最佳组成配方为尾矿用量55wt%，红泥用量25wt%，钠长石用量20wt%，白云石掺量为5wt%，发泡剂掺量0.3wt%；最佳工艺流程为磨矿时间15min，烧成温度1200℃，保温时间60min。按照最佳工艺流程制备实验发泡陶瓷样块，其最终表观密度为605kg/m3，抗压强度为5.3Mpa，孔隙

6、率为72.7%，吸水率为1.4%。采用单因素变量法分析了各项化学成分的变化对发泡陶瓷性能的影响关系，结果表明：SiO2具有提高烧成温度增加表观密度的作用，SiO2外掺量达到8wt%时，发泡陶瓷表观密度为710kg/m3，抗压强度为5.4Mpa；Al2O3会显著提高发泡陶瓷生成液相的温度，增大液相的粘度及表面张力，可以起到稳定气孔结构，增大抗压强度的作用。Al2O3外掺量达到8wt%时，发泡陶瓷表观密度为992kg/m3，抗压强度为24.1Mpa；CaO具有助熔作用，可以降低烧成温度，降低液相的粘

7、度及表面张力，但量过多时会对抗压强度产生不利影响，CaO外掺量达到8wt%时，发泡陶瓷表观密度为350kg/m3，抗压强度为5.1Mpa；MgO可以在降低烧成温度及液相粘度的情况下，可以增大液相的表面张力，具有稳泡的作用，当MgO外掺量达到8wt%时，发泡陶瓷表观密度为500kg/m3，抗压强度为4.5Mpa；K2CO3和Na2CO3均会在高温分解生成其对应氧化物，是强烈的助熔剂，可以大幅度降低发泡陶瓷的烧成温度，降低液相的粘度和表面张力；适量的添加Fe2O3可以在低温液相表面张力和粘度较高时，

8、促进发泡剂氧化反应，具有稳泡作用。添加量过多，会导致局部出现熔洞，破坏发泡陶瓷的气孔结构。当Fe2O3外掺量达到4wt%时，发泡陶瓷表观密度为880kg/m3，抗压强度为8.4Mpa。关键词：尾矿；发泡陶瓷；正交试验；化学组分；气孔结构IAbstractAbstractAccordingtothecurrentproblemsofwallthermalinsulationmaterialsandhighvalue-addeduseoftailings,thispaperusedapowderbo