Geopolymers com o Potencial para o Uso como Castables Refractário

Os polímeros Inorgánicos formados dos aluminosilicates naturais foram denominados geopolymers por Davidovits [1]. As Várias fontes de Si e de Al, geralmente em formulários à terra vítreos ou finos reactivos, são adicionadas às soluções de alcalóide concentradas para que a dissolução e a polimerização subseqüente ocorra. Os precursores Típicos usados são cinza de mosca, escórias de alto-forno à terra, metakaolinite feito aquecendo o caulinite no 750°C do ~ para 6-24 h, ou outras fontes de Si e de Al. As soluções de alcalóide são tipicamente uma mistura do hidróxido (por exemplo NaOH, do KOH), ou silicato (NaSiO₂, KSiO₃₂). ₃A solução dissolve íons do Si e do Al do precursor para formar uma reacção de condensação [2]. Os íons do OH^- de moléculas vizinhas condensam-se para formar uma ligação do oxigênio entre átomos do metal e para liberar uma molécula da água. Sob a aplicação do baixo calor () que 20-90°C o material polimeriza para formar um polímero rígido que contem a água intersticial. Os polímeros consistem nas redes amorfas a dois semi-cristalinos ou tridimensionais do aluminosilicate, dependentes do Si à relação do Al [1].

Nós temos geopolymers previamente calorosos feitos usando o Na-Alcalóide até o 1200°C e estudamos suas formação da fase e microestrutura [8]. No trabalho actual nós investigamos momentaneamente um geopolymer de que fosse muito mais refractário do que aqueles estudados antes, com base em adições do precursor do metakaolinite. A formação e a microestrutura da fase são discutidas.

Experimental

Um grupo de g do ~ 30 de geopolymer foi feito, consistindo em 29,1 WT % de metakaolinite, 4,9 WT % Ca (OH)₂ (Merck, Alemanha), 11,0 WT % de KOH (Sigma Aldrich, Austrália), 44,7 WT % Kasil 1552 (PQ Corporaçõ, Austrália, composição no WT %: NOCAUTE₂ - 21; SiO₂ - 32; HO₂ - 47) e 10,3 WT % de água desmineralizada adicionada. Metakaolinite foi produzido aquecendo o caulinite (Kingwhite 80, Unimin, Austrália) no 750° que Um traço da difracção (XRD) de Raio X mostrou que um pico difuso largo centrou em um ~ do d-afastamento 0,36 nanômetros indicativo do material amorfo, e em uma quantidade menor de quartzo. A argila original conteve o ~ 1 WT % TiO₂ mas a presença de uma fase deContenção não foi considerada por XRD. Os pós misturados secos foram adicionados a esta solução e misturado à mão para assegurar um líquido viscoso liso foi formado. Isto foi moldado em uns recipientes selados do policarbonato e vibrado para o minuto 5 em uma tabela de vibração para remover as bolhas de ar. Após guardarar para 2 h em ambiental foram curados para 24 h no 80°C. Depois Que 5 d em ambiental eles foram removidos dos moldes e os testes foram executados após uns 2 mais adicionais D. Para estudar o efeito de aquecimento na microestrutura e a perda de água e da outra espécie, as pastas curadas eram calorosos em 500, em 800, em 1000, em 1200, em 1300 e em 1400°°C /min.

A densidade e a porosidade de cada um dos geopolymers eram determinadas de acordo com o Padrão Australiano [9] evacuando sob o vácuo e introduzindo a água para saturar os poros. A época da saturação e da imersão na água foi mantida menos o minuto de 15 para inibir a reacção com água (principalmente dissolução do alcalóide, do trabalho não-publicado).

Todas As amostras foram analisadas pela difracção de Raio X (XRD: Modelo D500, Siemens, Karlsruhe, Alemanha) usando a radiação de CoKa em parcelas esmagadas de material. As amostras Selecionadas eram cruz seccionada, montada na resina de cola Epoxy e lustrada a uns 0,25 revestimentos do diamante do mm e examinada fazendo a varredura a microscopia de elétron (SEM: Modele 6400, JEOL, Tóquio, Japão) operado em 15 quilovolts e cabido com um sistema da microanálise de Raio X (EDS: Modelo: Explorador IV, Tracor Do Norte, Middleton, WI, EUA).

Os valores da densidade e da porosidade estão listados junto com análises de XRD das amostras na Tabela 1. As porosidades abertas de todos os geopolymers aumentam e diminuem então com aumento da temperatura do tratamento térmico. A explicação mais provável é que o aumento na porosidade é devido à remoção da água e a quebra do silanol se liga no 500°C, causando a abertura dos poros. A diminuição da porosidade do 800-1400° É bastante praticável prever a presença de uma fase líquida no 800°2O-CaO-AlO-SiO₂₃₂, quando a mais baixa temperatura eutectic para₂ o Nocaute-CaO-SiO₂ apenas é o 710°C [10].

Porosidade da Tabela 1. e análise de XRD de Geopolymers Caloroso

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

Os traços de XRD de todos os geopolymers calorosos até o 800°C mostraram uma corcunda difusa larga centrada em d ~0,32 nanômetro característicos de uma fase amorfa (Tabela 1). As quantidades de Traço de quartzo e da fase do silicato do cálcio, CaSiO₈₅₁₈ estavam igualmente actuais. No 1000°C, o kalsilite era a fase principal. Independentemente das fases cristalinas acima, o gehlenite foi observado igualmente. A imagem de SEM para o geopolymer caloroso ao 1000°C mostra (Figura 1) uma fase do silicato do cálcio com Ca à relação do Si do 8:5 e de um outro perto da composição do gehlenite. A análise do EDS da matriz indicou que a composição era próxima àquela do kalsilite.

A imagem de SEM para o geopolymer caloroso ao 1000°C mostra uma fase do silicato do cálcio com Ca à relação do Si do 8:5 e de um outro perto da composição do gehlenite.

Em 1200C⁰ a fase principal era leucítica e diminuiu no 1250°C (Tabela 1). No 1250°C e acima do kalsilite estava a fase principal e não leucítico foi detectado no 1350-1400°C. A imagem de SEM (não mostrada) da amostra caloroso do 1400°C confirmou esta, mas além mostrou um traço do silicato de alumínio do cálcio em que o Ca: Al: A relação do Si era Os d-afastamentos da fase do kalsilite acima de 1250°C tinha deslocado a indicação da incorporação possível de um outro cation tal como o Ca (igualmente confirmado pelo EDS). Os Resultados semelhantes foram mostrados para um sistema de metakaolinite/K-alkali pela ressonância magnética nuclear de circuito integrado [7]. Kalsilite tem um ponto de derretimento do ~ 1750°C [11] e aquele de leucítico é 1686°C [11], assim que ambos são bastante refractários. Embora o líquido forme em ~750°C, a presença de duas fases refractárias deve ser suficiente para fazer o geopolymer suficientemente refractário em 1000°C para o uso contínuo nesta temperatura. Está Aquecendo o geopolymer em 1000°C para 5 h não mostrou que toda a queda e esta uma indicação empírica do refractoriness.

A porosidade alta dos geopolymers deve fazê-los apropriados para o uso como isoladores térmicos. A distribuição do poro no 1000°C é mostrada na imagem secundária de SEM no 1000°C (Figura 2). Os castables Refractários são feitos misturando o cimento da alto-alumina com a chamotte (barro refractário calcinado). A água é adicionada Se necessário e molde à forma exigida. Geopolymers podia igualmente ser usado similarmente com chamotte. Os geopolymers produzidos neste trabalho não tiveram nenhum expansão ou encolhimento após a cura que é igualmente uma vantagem.

A distribuição do poro no 1000°C é mostrada na imagem secundária de SEM no 1000°

Um geopolymer feito sem nenhum agregado deu uma força compressiva do MPa do ~ 80 que é suficientemente alto comparado aos isoladores térmicos do silicato do alumino usados no 1000°C do ~ (MPa do ~ 15 na porosidade de 50% [12]). Os isoladores Térmicos são usados alinhando os refractários estrutural de apoio ou como almofarizes em tais estruturas. Daqui, um de grande resistência de alta temperatura não é uma condição prévia para seu uso.

Os geopolymers calorosos até o 1400°C não mostraram o derretimento principal. A presença de kalsilite refractário de duas fases e o leucítico devem fazê-los suficientemente refractários no 1000°C para seu uso contínuo. A porosidade Alta dos geopolymers deve fazê-los apropriados para o uso como isoladores térmicos.

1. Davidovits, “Geopolymers - materiais Novos Poliméricos Inorgánicos,” Jornal do Thermal. Análise, 37 [8] (1991) 1633-56.

2. P.G. McCormick e J.T. Gourley, “Polímeros Inorgánicos - Um Material novo para o Milênio Novo,” Materiais Austrália, 23 (2000) 16-18.

3. J. Davidovits, “Geopolymers: Rocha Sintética Geosynthesis e o Desenvolvimento Resultante do Cimento De Grande Resistência muito Adiantado, do” Educação dos Materiais Jornal, 16 [12] (1994) 91-139.

4. J. Davidovits,” Química de Sistemas de Geopolymeric, Terminologia,” Geopolymere' 99, Conferência Internacional de Geopolymer, Continuações, o 30 de junho - 2 de julho de 1999, pp. 9-39, Saint Quentin, França. Editado por J. Davidovits, por R. Davidovits e por C. James, Instituto Geopolymere, Saint Quentin, França, (1999).

5. A. Allahverdi e F. Skvara, “Ataque do Ácido Nítrico na Pasta Endurecida de Cimentos de Geopolymeric,” Cerâmica-Silikatay, 45 [3] (2001) 81-8.

6. D.S. Perera, E.R. Vance, Z. Aly, K.S. Finnie, J.V. Hanna, C.L. Nicholson, R.L. Trautman e M.W.A. Stewart, “Caracterização de Geopolymers para a Imobilização do Desperdício De Nível Intermediário,” Continuações de ICEM' 03, os 21-25 de setembro de 2003, Oxford, Inglaterra, Laser Options Inc., Tucson, EUA, (2004), CD, No. 4589 do papel.

7. V.F.F. Barbosa e K.J.D. MacKenzie, “Síntese e Comportamento Térmico do Potássio Sialate Geopolymers,” Letras dos Materiais, 57 (2003) 1477-82.

8. O D.S Perera, E.R. Vance, D.J. Cassidy, M.G. Blackford, J.V. Hanna, R.L. Trautman e C.L. Nicholson, “O efeito de Calor em Geopolymers Fez Usando a Cinza de Mosca e o Metakaolnite,” Ceram. Transporte., 165 (2004) 87-94.

9. Padrão Australiano COMO 1774.5-2001, “A determinação da densidade, porosidade e absorção de água”, Padrões Austrália (2001).

10." Diagrama de Fase para Ceramists”, Editado por E.M. Levin, por C.R. Robbins e por H.F. Mc Murdee, P. 156, Sociedade Cerâmica Americana, Westerville, Ohio, EUA, (1964).

11. Ibid. p.157.

12.   F. Cantor e S.S. Cantor, “Cerâmica Industrial,” bar. Chapman e Salão, Londres, REINO UNIDO, 1963, pp. 1284-90.