随着工业和社会的发展，资源节约与环境保护是当今人类社会所面临的两大难题。据统计，截止到2014年底，我国堆存的各类矿山尾矿为146亿吨。目前，多孔陶瓷作为一种新型的过滤材料，已经在很多方面得到了广泛的应用。以尾矿为原料制备多孔陶瓷，能够将污染环境的工业固体废弃物转变为节能环保的工业新产品，对于我国的环境保护事业具有十分重要的意义。
本文以北京密云地区首云矿业集团公司2015年铁矿石开采产生的泥状细颗粒铁尾矿为主要原料，采用搅拌发泡-凝胶注模成形、常压烧结工艺制备铁尾矿多孔陶瓷。结合XRD分析、SEM微观分析以及多孔陶瓷物理性能与力学性能测试，研究了料浆固相含量、烧结温度和保温时间等因素对材料结构和性能的影响。并对铁尾矿多孔陶瓷的粉尘过滤效果进行了测试，取得了良好的实验结果。论文取得以下主要研究成果:
(1)在1100℃保温3h的烧结条件下，随着成形工艺中铁尾矿料浆固相含量的增加，多孔陶瓷的线收缩率降低、显气孔率下降、孔径变小，体积密度和抗压强度增大、孔壁变厚。综合考虑铁尾矿多孔陶瓷的孔隙率和强度，成形时铁尾矿料浆的最佳固相含量为45wt.％，所制备多孔陶瓷的体积密度、显气孔率和抗压强度分别为0.42g/cm3、83％、1.45MPa。
(2)在料浆固相含量为45wt.％，烧结保温3h的条件下，研究了1070～1120℃温度区间内烧结温度对多孔陶瓷结构和性能的影响。综合分析表明，在1100℃保温3h制备出的铁尾矿多孔陶瓷性能最佳。
(3)在料浆固相含量为45wt.％，烧结温度为1090℃的条件下，研究了3～11h区间内保温时间对多孔陶瓷结构和性能的影响。结果表明，随着保温时间的延长，烧结制品的线收缩率、体积密度和抗压强度均呈上升趋势，而吸水率和显气孔率则呈下降趋势。微观分析发现，随保温时间延长，多孔陶瓷内部的玻璃相含量逐渐增多。综合分析表明，1090℃保温7h制备的多孔陶瓷样品性能最优，其体积密度、显气孔率和抗压强度分别为0.43g/cm3、84％、1.42MPa。
(4)采用气孔率为81.8％的多孔陶瓷进行了抗热震及耐酸碱腐蚀性测试，结果表明在900℃～室温的热震试验中，多孔陶瓷的平均抗热震次数为50次，热震30次后强度损失率约为50％。经酸、碱溶液微沸状态下浸泡腐蚀1h之后，多孔陶瓷的重量损失率分别为3.45％和2.11％。
(5)采用气孔率分别为80.8％和84.9％的两种多孔陶瓷进行了粉尘过滤测试，结果表明在1m/min的风速下，两种多孔陶瓷的过滤阻力分别为174.39Pa和169.49Pa，粉尘过滤效率均高达99％。
本文研究结果表明，采用细颗粒铁尾矿制备多孔陶瓷材料工艺简单，成本低廉，可规模化生产，所制备多孔陶瓷满足工业废气除尘的要求，在该领域具有广阔的应用前景。
- 作 者：
- 孙智勇
- 学科专业：
- 机械工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 北京交通大学
- 导师姓名：
- 周洋
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
