Si els residus d'electroceràmica pura es podrien utilitzar per sintetitzar ceràmica de mullita?

S'ha demostrat que alguns residus industrials són útils en la producció de ceràmica de mullita.Aquests residus industrials són rics en certs òxids metàl·lics com ara sílice (SiO2) i alúmina (Al2O3).Això dóna als residus el potencial de ser utilitzats com a font de material de partida per a la preparació de ceràmica de mullita.L'objectiu d'aquest document de revisió és recopilar i revisar diversos mètodes de preparació de ceràmica de mullita que utilitzaven una varietat de residus industrials com a materials de partida.Aquesta revisió també descriu les temperatures de sinterització i els additius químics utilitzats en la preparació i els seus efectes.En aquest treball també es va abordar una comparació tant de la resistència mecànica com de l'expansió tèrmica de la ceràmica de mullita preparada a partir de diversos residus industrials.

La mullita, comunament denominada 3Al2O3∙2SiO2, és un excel·lent material ceràmic a causa de les seves extraordinàries propietats físiques.Té un alt punt de fusió, baix coeficient d'expansió tèrmica, alta resistència a altes temperatures i posseeix tant resistència al xoc tèrmic com a la fluència [1].Aquestes propietats tèrmiques i mecàniques extraordinàries permeten que el material s'utilitzi en aplicacions com ara refractaris, mobles de forn, substrats per a convertidors catalítics, tubs de forn i escuts tèrmics.

La mullita només es pot trobar com a mineral escàs a l'illa de Mull, Escòcia [2].A causa de la seva rara existència a la natura, totes les ceràmiques de mullita utilitzades a la indústria són fetes per l'home.S'ha fet molta investigació per preparar ceràmiques de mullita utilitzant diferents precursors, començant ja sigui de productes químics de grau industrial/de laboratori [3] o minerals d'aluminosilicat naturals [4].No obstant això, el cost d'aquestes matèries primeres és car, que es sintetitzen o s'extreuen prèviament.Des de fa anys, els investigadors busquen alternatives econòmiques per sintetitzar ceràmica de mullita.Per tant, s'han informat nombrosos precursors de mullita derivats de residus industrials a la literatura。 Aquests residus industrials tenen un alt contingut de sílice i alúmina útils, que són els compostos químics essencials necessaris per produir ceràmica de mullita.Altres avantatges d'utilitzar aquests residus industrials són l'estalvi energètic i de costos si els residus es desviaven i es reutilitzaven com a material d'enginyeria.A més, això també podria ajudar a reduir la càrrega ambiental i augmentar el seu benefici econòmic.

Per investigar si els residus d'electroceràmica pura es podrien utilitzar per sintetitzar ceràmica de mullita, es van comparar els residus d'electroceràmica pura barrejats amb pols d'alúmina i els residus d'electroceràmica pura com a matèries primeres. Es van investigar les propietats de la ceràmica de mullita.Es van utilitzar XRD i SEM per estudiar la composició de fase i la microestructura.

Els resultats mostren que el contingut de mullita augmenta amb l'augment de la temperatura de sinterització i, al mateix temps, la densitat aparent augmenta.Les matèries primeres són els residus d'electroceràmica pura, de manera que l'activitat de sinterització és més gran i el procés de sinterització es pot accelerar i també augmenta la densitat.Quan la mullita només es prepara amb els residus d'electroceràmica, la densitat a granel i la resistència a la compressió són més grans, la porositat és més petita i les propietats físiques completes seran les millors.

Impulsats per la necessitat d'alternatives de baix cost i respectuoses amb el medi ambient, molts esforços de recerca han utilitzat una varietat de residus industrials com a materials de partida per produir ceràmica de mullita.S'han revisat els mètodes de processament, les temperatures de sinterització i els additius químics.El mètode tradicional de processament de ruta que implicava la barreja, el premsat i la sinterització de reacció del precursor de mullita va ser el mètode més utilitzat per la seva senzillesa i rendibilitat.Tot i que aquest mètode és capaç de produir ceràmica de mullita porosa, es va informar que les porositats aparents de la ceràmica de mullita resultant es mantenen per sota del 50%.D'altra banda, es va demostrar que la fosa per congelació és capaç de produir ceràmica de mullita altament porosa, amb una porositat aparent del 67%, fins i tot a una temperatura de sinterització molt alta de 1500 °C.Es va fer una revisió de les temperatures de sinterització i dels diferents additius químics utilitzats en la producció de mullita.És desitjable utilitzar una temperatura de sinterització superior a 1500 °C per a la producció de mullita, a causa de la velocitat de reacció més alta entre Al2O3 i SiO2 en el precursor.Tanmateix, un contingut excessiu de sílice associat a les impureses del precursor podria provocar la deformació o la fusió de la mostra durant la sinterització a alta temperatura.Pel que fa als additius químics, s'ha informat que CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 i MoO3 són una ajuda eficaç per reduir la temperatura de sinterització, mentre que V2O5, ZrO2 dopat amb Y2O3 i 3Y-PSZ es poden utilitzar per promoure la densificació de la ceràmica de mullita.El dopatge amb additius químics com AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 i MgO va ajudar al creixement anisotròpic dels bigotis de mullita, que posteriorment va millorar la força física i la duresa de la ceràmica de mullita.