摘要
煤矸石和煤炭伴生页岩是煤矿固体废弃物，排放量巨大，污染周边的土地、水源和空气，造成严重的环境问题。另一方面，可用于建筑围护结构具有良好力学和保温性能的自保温材料品种较少，亟需开发新型自保温墙体材料。本研究以煤矸石和伴生页岩为主要原料，抛光渣和滑石为造孔剂和助熔剂，制备泡沫隔热陶瓷。 本研究借鉴三元相图的分析方法，设计了SiO2-Al2O3-MgO三元系统进行试验研究，解决不同矿区、不同取材点的原材料组成成分波动大时的材料设计和制备问题。利用XRD测定泡沫隔热陶瓷的矿物组成，以ImageJ软件分析孔结构及分布，采用Matlab软件绘制孔隙率、表观密度和吸水率的SiO2-Al2O3-MgO三元关系相图，研究化学组成对泡沫隔热陶瓷的矿物组成、孔隙结构、孔隙率、表观密度、吸水率、抗压强度和导热系数等的影响规律，以此优化材料的组成配比范围。研究表明：泡沫隔热陶瓷的主要矿物组成为堇青石和顽火辉石，且堇青石和顽火辉石的生成量主要与MgO量有关；适宜的原材料化学组成范围为SiO272%～75%、Al2O316%～19%、MgO9%～12%，此时泡沫隔热陶瓷的主要物相为堇青石，孔径分布均匀，平均孔径为0.55～0.65mm，孔隙率＞70%，吸水率＜0.8%，抗压强度＞10.0MPa，导热系数＜0.36W/（m·k）。 以烧成温度、保温时间和球磨时间等工艺参数为因素，研究其对泡沫隔热陶瓷物理力学性能和导热性能的影响规律，并确定制备泡沫隔热陶瓷的最佳工艺参数。研究表明：制备工艺参数满足烧成温度≥1200℃、保温时间≥30min和球磨时间≥40min时较为适宜，此时泡沫隔热陶瓷的性能良好。且当烧成温度、保温时间和球磨时间等工艺参数分别为1220℃、30min和40min时，泡沫隔热陶瓷的孔分布均匀，孔隙率＞82%，抗压强度＞6MPa，导热系数＜0.17W/（m·k）。
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