煤矸石是夾在煤層中的巖石，也是采煤和洗煤過(guò)程中的廢棄物，是我國排放量最多的工業(yè)廢渣之一。目前，全國煤矸石積存量高達幾十億噸，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。煤矸石作為可回收再利用資源，已經(jīng)廣泛的應用在諸多領(lǐng)域。通過(guò)研究發(fā)現，煤矸石中的主要成分是氧化鋁和二氧化硅，而這些化合物又是常用的陶瓷生產(chǎn)原料，煤矸石本身也具有大量微孔和較高的比表面積。因此，完全可以利用煤矸石來(lái)制備機械強度高、耐酸堿腐蝕以及壽命長(cháng)等具有優(yōu)異性能的陶瓷等材料。
　　
　　1、多孔莫來(lái)石陶瓷材料
　　
　　多孔莫來(lái)石陶瓷是一種優(yōu)質(zhì)的耐火材料，具有耐高溫、高熔點(diǎn)、高強度、抗蠕變性好、導熱系數小、抗熱震性好、節能效果顯著(zhù)等優(yōu)點(diǎn)，受到各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。多孔莫來(lái)石材料廣泛應用于冶金、陶瓷、玻璃和化工等領(lǐng)域，但用于合成多孔莫來(lái)石的原料成本較高，制備工藝較為復雜。因此，如何利用廉價(jià)資源合成莫來(lái)石已成為耐火材料領(lǐng)域重要研究方向之一。
　　
　　由于煤矸石中含有大量的氧化鋁和二氧化硅，這是制備多孔莫來(lái)石的主要原料。并且煤矸石中含有的氧化鈣、氧化鎂等氧化物，在燒結陶瓷的過(guò)程中低溫時(shí)可以快速的產(chǎn)生液相，也可縮短燒結時(shí)間，降低燒結溫度，這也為煤矸石制備多孔莫來(lái)石材料提供了可行性。
　　
　　甄強等采用除雜后的低品位煤矸石為主要原料，交聯(lián)丙稀酸樹(shù)脂、氧化鋁為造孔劑，合成了多孔莫來(lái)石陶瓷，研究發(fā)現：隨著(zhù)交聯(lián)丙稀酸樹(shù)脂、氧化鋁含量的增加，多孔莫來(lái)石陶瓷材料的顯氣孔率升高；其體積密度和耐熱度隨著(zhù)造孔劑含量的增加而下降。
　　
　　宋紹雷等采用煅燒且酸洗后的低品位煤矸石、氧化鋁和二氧化硅為主要原料，交聯(lián)丙稀酸樹(shù)脂為造孔劑，聚乙烯醇為結合劑制備出了多孔莫來(lái)石材料。發(fā)現在1600℃下燒結2h便可制備出主晶相為莫來(lái)石的多孔莫來(lái)石材料。
　　
　　康慶慶等以煤矸石、高嶺礬土為原料，黏土為結合劑，氧化鎂和碳酸鈣為燒結助劑，選用不同成分的造孔劑，在1200℃下制備出多孔莫來(lái)石材料。研究發(fā)現：造孔劑的種類(lèi)與粒度大小不同，燒結出的多孔陶瓷成孔效果也不同。隨著(zhù)造孔劑數量的增加，顯氣孔率升高，但體積密度及抗折強度有所下降。
　　
　　谷玲鈺等以煤矸石、粉煤灰為主要原料，純堿為燒結助劑，木屑為造孔劑，通過(guò)干壓成型、高溫煅燒的方法制備了莫來(lái)石和鈉長(cháng)石共存的多孔陶瓷。研究發(fā)現：隨著(zhù)造孔劑含量增加，多孔陶瓷的顯氣孔率先增大后減??；當造孔劑含量為12%時(shí)，多孔陶瓷氣孔率最高為44.52%，抗壓強度最高可達55.13MPa。
　　
　　陳金鳳等以含鋁煤矸石為主要原料，玉米淀粉為造孔劑，聚乙烯醇為結合劑，在1500℃保溫3h，制備出多孔莫來(lái)石材料。結果表明：隨著(zhù)造孔劑添加量的增加，制得材料的體積密度顯著(zhù)下降，顯氣孔率和線(xiàn)收縮率明顯升高；當玉米淀粉添加量為40%時(shí)，燒成多孔莫來(lái)石材料性能最好。莫來(lái)石材料的體積密度為1.21g/cm3，顯氣孔率為62%。
　　
　　Yan等以煤矸石為主要原料，碳酸鎂和碳酸鈣作為造孔劑，制備出多孔莫來(lái)石陶瓷。該陶瓷中含有的莫來(lái)石相高達76%，其顯氣孔率為41%，抗壓強度為53.6MPa。
　　
　　Li等用煤矸石和氫氧化鎂為原料，采用原位分解工藝方法，制備出顯氣孔率超過(guò)50%的多孔莫來(lái)石陶瓷。
　　
　　2、多孔堇青石陶瓷材料
　　
　　多孔堇青石陶瓷具有耐高溫、耐酸堿、熱膨脹系數低和抗壓強度高等特點(diǎn)，因此，廣泛應用于冶金、陶瓷、玻璃等行業(yè)的窯爐材料中。煤矸石中含有Al2O3和SiO2組分，很適合制備多孔堇青石陶瓷，而且煤矸石中有機質(zhì)也可在燒結過(guò)程中起到造孔的作用，在堇青石陶瓷生坯中占據一定體積，高溫燒結后會(huì )留下孔隙，有利于提高多孔堇青石陶瓷的顯氣孔率。因此，完全可以利用煤矸石來(lái)制備氣孔率較高、導熱系數低、抗熱震性能優(yōu)異的多孔堇青石陶瓷材料。
　　
　　彭犇等利用煤矸石、用后鎂碳磚和用后滑板磚（粒度均為45μm）為原料，石墨、淀粉和復合添加劑為造孔劑，制備出性能優(yōu)良的多孔堇青石材料。研究發(fā)現：多孔堇青石材料性能受造孔劑種類(lèi)的影響較大。當添加25%的復合造孔劑，在1350℃下煅燒3h后，可制備出高純度的多孔堇青石陶瓷材料。其熱膨脹系數為2.14×10－6/K、顯氣孔率為44.9%，且其綜合性能優(yōu)異。
　　
　　吳國天等以煤矸石、鋁礬土和堿式碳酸鎂為原料制備出多孔堇青石陶瓷材料。研究結果表明：以酸浸處理后的煤矸石為原料制備的多孔堇青石陶瓷，其氣孔率和抗壓強度均明顯增加；以1200℃下酸浸后的煤矸石為原料制備出的多孔堇青石陶瓷比未酸浸制備出的多孔堇青石陶瓷顯氣孔率提高5.09%，抗壓強度提高3.33MPa。
　　
　　楊濤等以煤矸石、滑石、氧化鎂、氧化鋁為原料，添加5%的活性炭為造孔劑，以聚乙烯醇溶液為結合劑，在1400℃下煅燒6h制備出抗壓強度為29.1MPa的多孔堇青石陶瓷。其顯氣孔率高達39.8%，且大多數為貫通氣孔結構。
　　
　　閆國進(jìn)等以煤矸石、工業(yè)氧化鎂和氧化鋁為原料，在1210～1240℃下經(jīng)過(guò)磨碎、篩分、成型、干燥、高溫煅燒等工藝制備出多孔堇青石玻璃陶瓷。制得的多孔堇青石玻璃陶瓷的物相主要為堇青石及少量的莫來(lái)石，而且其晶粒細小、分布均勻，抗折強度高達60MPa。
　　
　　耿鵬以煤矸石、二氧化硅和氧化鎂粉為原料，蒸餾水為造孔劑，聚乙烯醇為結合劑，采用冷凍干燥法制備出多孔堇青石材料。結果表明：采用超低溫制備出的多孔堇青石晶粒排列有序，延長(cháng)冷凍時(shí)間有利于晶粒的生長(cháng)。
　　
　　資料來(lái)源：《曹雨桐,馬北越,付高峰.利用煤矸石制備陶瓷材料的研究進(jìn)展[J].耐火與石灰,2021,46(05):6-11》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！