Geopolymers met het Potentieel voor Gebruik als Vuurvaste Castables

Anorganische die polymeren worden gevormd van natuurlijk - voorkomend aluminosilicates zijn genoemd geopolymers door Davidovits [1]. Diverse bronnen van Si en Al, over het algemeen in reactieve glazige of fijne grondvormen, worden toegevoegd aan geconcentreerde alkalioplossingen voor ontbinding en verdere polymerisatie om plaats te vinden. De Typische gebruikte voorlopers zijn vliegas, de slakken van de grondhoogoven, metakaolinite gemaakt door kaoliniet bij 750°C ~ voor 6-24 h, of andere bronnen van Si en Al te verwarmen. De alkalioplossingen zijn typisch een mengsel van hydroxyde (b.v. NaOH, KOH), of silicaat (NaSiO₂, KSiO₃₂). ₃De oplossing lost de ionen van Si en Al van de voorloper op om een condensatiereactie [2] te vormen. De OH ionen^- van naburige molecules condenseren om een zuurstofband tussen metaalatomen te vormen en een molecule van water vrij te geven. Onder de toepassing van lage hitte (het) 20-90°C het materiaal polymeriseert om een stijf polymeer te vormen die tussenliggend water bevatten. De polymeren bestaan uit amorfe aan semi-crystalline twee of driedimensionele aluminosilicatenetwerken, afhankelijk van Si aan Al verhouding [1].

Wij hebben eerder geopolymers gemaakt gebruikend Na-Alkali tot 1200°C en bestudeerd hun fasevorming en microstructuur [8] verwarmd. In het huidige werk onderzochten wij kort een geopolymer die meer vuurvast was dan voordien bestudeerd die, gebaseerd op de toevoegingen van de metakaolinitevoorloper. De de fasevorming en microstructuur worden besproken.

Experimenteel

Een ~ werd 30 gpartij van geopolymer gemaakt, bestaand uit 29.1 % gew. metakaolinite, 4.9 % gew.- Ca (OH)₂ (Merck, Duitsland), 11.0 % gew.- KOH (Sigma Aldrich, Australië), 44.7 % gew. Kasil 1552 (PQ Bedrijf, Australië, samenstelling in % gew.: KNOCK-OUT₂ - 21; SiO₂ - 32; HO₂ - 47) en 10.3 % gew. voegden gedemineraliseerd water toe. Metakaolinite werd geproduceerd door kaoliniet (Kingwhite 80, Unimin, Australië) bij 750° te verwarmen een de diffractiespoor (XRD) van de Röntgenstraal een brede diffuse die piek bij D-uit elkaar plaatst ~ 0.36 NM indicatief van amorf materiaal wordt gecentreerd, en een minder belangrijke hoeveelheid kwarts toonde. De originele klei bevatte ~ 1 % gew. TiO₂ maar de aanwezigheid van een Ti-Bevattende fase werd niet gezien door XRD. Het droge gemengde poeder werd toegevoegd aan deze oplossing en gemengd door hand om een vlotte kleverige vloeistof te verzekeren werd gevormd. Dit werd gegoten in verzegelde polycarbonaatcontainers en trilde voor 5 min op een trillende lijst om luchtbellen te verwijderen. Na holding voor 2 h bij omringend werden zij genezen voor 24 h bij 80°C. Na 5 D bij omringend werden zij verwijderd uit de vormen en de tests werden uitgevoerd na verdere tweede. Om het effect te bestuderen van het verwarmen op de microstructuur en het verlies van water en andere species, werd het genezen deeg verwarmd bij 500, 800, 1000, 1200, 1300 en 1400°°C /min.

De dichtheid en de poreusheid van elk van geopolymers werden bepaald volgens de Australische Norm [9] door water vacu5um te evacueren en te introduceren om de poriën te verzadigen. De tijd van verzadiging en de onderdompeling in water werd gehouden aan minder dan 15 min om reactie met water (hoofdzakelijk ontbinding van het alkali, ongepubliceerde werk) te remmen.

Alle steekproeven werden geanalyseerd door de diffractie van de Röntgenstraal (XRD: Model D500, Siemens, Karlsruhe, Duitsland die) straling CoKa op verpletterde gedeelten van materiaal gebruiken. De Geselecteerde steekproeven waren dwarsdoorsnede, zetten in epoxyhars op en poetsten aan een 0.25 mmdiamant eindigen op en onderzocht door elektronenmicroscopie af te tasten (SEM: Model 6400, JEOL, Tokyo, Japan) bij 15 die kV in werking wordt en met een de microanalysesysteem wordt gepast gesteld dat van de Röntgenstraal (EDS: Model: Reiziger IV, Noordelijke Tracor, Middleton, WI, de V.S.).

De waarden van dichtheid en poreusheid zijn vermeld samen met analyses XRD van de steekproeven in Lijst 1. Open porosities van alle geopolymers stijgen en verminderen dan met verhoging van thermische behandelingstemperatuur. De most likely verklaring is dat de verhoging van poreusheid toe te schrijven is aan de verwijdering van water en het breken van silanolbanden die bij 500°C, het openen van poriën veroorzaken. De poreusheidsdaling van 800-1400° Het is vrij haalbaar om de aanwezigheid van een vloeibare fase bij 800°2O-CaO-AlO-SiO te overwegen₂₃₂, wanneer de laagste eutectische temperatuur voor₂ knock-out-CaO-SiO₂ alleen 710°C [10] is.

Lijst 1. Poreusheid en analyse XRD van Verwarmde Geopolymers

Sleutel: m=major; Amorfe Am=; Q=quartz; G=gehlenite (2CaO.AlO.SiO)₂₃₂; K=kalsilite (KO.AlO.2SiO₂₂₃₂); L=leucite (KO.AlO.4SiO₂₂₃₂).

De sporen XRD van alle die geopolymers tot 800°C wordt verwarmd toonden een brede diffuse die bult bij D ~0.32 NM kenmerkend van een amorfe fase (Lijst 1) wordt gecentreerd. Hoeveelheden van het Spoor kwarts en fase van het calciumsilicaat, CaSiO₈₅₁₈ waren ook aanwezig. Bij 1000°C, kalsilite was de belangrijkste fase. Behalve de bovengenoemde kristallijne fasen, gehlenite ook werd waargenomen. Het beeld van SEM voor geopolymer aan 1000°C wordt verwarmd toont (Figuur 1) een fase van het calciumsilicaat met Ca aan de verhouding van Si van 8:5 en een andere dicht bij de gehlenitesamenstelling die. De EDS analyse van de matrijs wees op de samenstelling aan dat van kalsilite dicht was.

Het beeld van SEM voor geopolymer aan 1000°C wordt verwarmd toont een fase van het calciumsilicaat met Ca aan de verhouding van Si van 8:5 en een andere dicht bij de gehlenitesamenstelling die.

Bij 1200C⁰ was de belangrijkste fase leucite en het verminderde bij 1250°C (Lijst 1). Bij 1250°C en boven kalsilite was de belangrijkste fase en geen leucite werd ontdekt bij 1350-1400°C. Het getoonde niet beeld van SEM () van de 1400°C verwarmde steekproef bevestigde dit, maar daarnaast toonde het een spoor van het silicaat van het calciumaluminium waarin Ca: Al: Verhouding van Si was de D-tussenruimtes van de kalsilitefase boven 1250°C had verplaatst het wijzen van de op mogelijke integratie van een ander die kation zoals Ca (ook door EDS wordt bevestigd). De Gelijkaardige resultaten zijn getoond voor een metakaolinite/K-alkalisysteem door nuclear magnetic resonance in vaste toestand [7]. Kalsilite heeft een smeltpunt van ~ 1750°C [11] en dat van leucite is 1686°C [11], zodat zijn allebei vrij vuurvast. Hoewel de vloeistof zich bij ~750°C vormt, zou de aanwezigheid van twee vuurvaste fasen moeten volstaan om geopolymer voldoende te maken bij 1000°C voor ononderbroken gebruik vuurvast bij deze temperatuur. Het Verwarmen van geopolymer bij 1000°C voor 5 h toonde geen ineenstorting en dit is een empirische aanwijzing van vuurvastheid.

De hoge poreusheid van geopolymers zou hen moeten maken voor gebruik geschikt als thermische isolatie. De poriedistributie bij 1000°C wordt getoond in het secundaire beeld van SEM bij 1000°C (Figuur 2). Vuurvaste castables worden gemaakt door hoog-aluminacement met chamotte (gecalcineerde vuurvaste klei) te mengen. Wanneer vereist wordt het water toegevoegd en aan de vereiste vorm gegoten. Geopolymers kon ook zo ook met chamotte worden gebruikt. Geopolymers in dit werk wordt geproduceerd hadden geen uitbreiding of inkrimping na het genezen die ook een voordeel dat is.

De poriedistributie bij 1000°C wordt getoond in het secundaire beeld van SEM bij 1000°

Een geopolymer zonder enig complex wordt gemaakt gaf een samenpersende sterkte van ~ 80 MPa die voldoende hoog wordt vergeleken bij de thermische die isolatie van het aluminosilicaat bij 1000°C ~ wordt gebruikt (~ 15 MPa bij 50% poreusheid [12 die]). De Thermische isolatie wordt gebruikt voor het voeren van structureel ondersteunende vuurvaste materialen of als mortieren in dergelijke structuren. Vandaar, is met hoge weerstand op hoge temperatuur geen eerste vereiste voor hun gebruik.

Geopolymers tot 1400°C wordt toonden geen het belangrijke smelten. verwarmd die De aanwezigheid van twee vuurvaste fasen zou kalsilite en leucite hen voldoende bij 1000°C voor zijn ononderbroken gebruik vuurvast moeten maken. De Hoge poreusheid van geopolymers zou hen moeten maken voor gebruik geschikt als thermische isolatie.

1.       Davidovits, „Geopolymers - Anorganische Polymere Nieuwe materialen,“ Dagboek van Thermisch. Analyse, 37 [8] (1991) 1633-56.

2.       P.G. McCormick en J.T. Gourley, „Anorganische Polymeren - een nieuw Materiaal voor het Nieuwe Millennium,“ Materialen Australië, 23 (2000) 16-18.

3.       J. Davidovits, „Geopolymers: Kunstmatige Rots Geosynthesis en Resulterende Ontwikkeling van zeer Vroeg Cement Met Hoge Weerstand,“ Onderwijs van de Materialen van het Dagboek, 16 [12] (1994) 91-139.

4.       J. Davidovits,“ Chemie van Geopolymeric Systemen, Terminologie,“ Geopolymere' 99, Geopolymer Internationale Conferentie, Werkzaamheden, 30 Juni - 2 Juli, 1999, blz. 9-39, Saint Quentin, Frankrijk. Uitgegeven door J. Davidovits, R. Davidovits en C. James, Instituut Geopolymere, Saint Quentin, Frankrijk, (1999).

5.       A. Allahverdi en F. Skvara, de „Aanval van het Salpeterzuur op Verhard Deeg van Cement Geopolymeric,“ keramiek-Silikatay, 45 [3] (2001) 81-8.

6.       D. behangt S. Perera, E.R. Vance, Z. Aly, K.S. Finnie, J.V. Hanna, C.L. Nicholson, R.L. Trautman en M.W.A. Stewart, „Karakterisering van Geopolymers voor de Immobilisatie van het MiddenAfval van het Niveau,“ Werkzaamheden van ICEM' 03, 21-25 September, 2003, Oxford, Engeland, Laser Options Inc., Tucson, de V.S., (2004), CD, nr 4589.

7.       V.F.F. Barbosa en K.J.D. MacKenzie, „Synthese en Thermisch Gedrag van Kalium Sialate Geopolymers,“ Brieven van Materialen, 57 (2003) 1477-82.

8.       D.S Perera, E.R. Vance, D.J. Cassidy, M.G. Blackford, J.V. Hanna, R.L. Trautman en C.L. Nicholson, het „Effect van Hitte op Geopolymers Gemaakt Gebruikend Vliegas en Metakaolnite,“ Ceram. Trans., 165 (2004) 87-94.

9.       Australische Norm ALS 1774.5-2001, de „Bepaling van dichtheid, poreusheid en waterabsorptie“, Normen Australië (2001).

10.   Het „Diagram van de Fase voor Ceramists“, Uitgegeven door E.M. Levin, C.R. Robbins en H.F. Mc Murdee, p. 156, de Amerikaanse Ceramische Maatschappij, Westerville, Ohio, de V.S., (1964).

11.   Ibid. p.157.

12.   F. Zanger en S.S. Singer, „Industriële Keramiek,“ bar. Chapman en Zaal, Londen, het UK, 1963, blz. 1284-90.