Виробництво цементу на основі алюмінату кальцію за допомогою реакцій в твердому середовищі

Karla Córdova-Szymanski1, Eddie Armendaríz-Mireles1, José Rodríguez-García1, José Miranda-Hernández2, Enrique Rocha-Rangel1
Affiliation: 
1 Manufacture Department, Universidad Politécnica de Victoria, Av. Nuevas Tecnologías 5902, Parque Científico y Tecnológico de Tamaulipas, Ciudad Victoria, Tamaulipas, 87138, México 2 Industrial Materials Research and Development Laboratory, Universidad Autónoma del Estado de México, Centro Universitario UAEM Valle de México, Atizapán de Zaragoza, Estado de México, 54500, México erochar@upv.edu.mx
DOI: 
https://doi.org/10.23939/chcht16.03.492
AttachmentSize
PDF icon full_text.pdf1.03 MB
Abstract: 
За допомогою порошкових методів та реакцій в твердому середовищі in situ виготовлено вогнетривкий цемент на основі CaAl2O4 з використанням CaCO3, одержаного з шкаралупи курячих яєць, та Al як вихідних матеріалів. Для зменшення розміру частинок та досягнення однорідної суміші порошки піддавали високоенергетичному подрібненню на планетарному млині. Отримані порошки ущільнювали, утворюючи циліндричні таблетки і спікали у потоці повітря без тиску. За допомогою гранулометричного аналізу встановлено, що розмір зразків від декількох нанометрів до 2 мкм. За результатами диференціального термічного аналізу встановлено, що розкладання CaCO3 починається за 953 K і закінчується за 1073 K. Цей факт підтверджений дифракційним аналізом який також вказує на те, що формування кристалічної фази CaAl2O4 завершується за 1773 K. Методом скануючої електронної мікроскопії встановлено мікроструктуру у вигляді рівноосних зерен у вигляді пластівців з розмірами від 1 до 2 мкм. Середня щільність та твердість матеріалу становила 3,08 г/см3 та 430 HV відповідно. Проведено випробування на тепловий удар, і показано утворення тріщин матеріалу при охолодженні з градієнтами температури 873 К.
References: 

[1] Tomba-Martinez, A.G.; Luz, A.P.; Pandolfelli, V.C. Fluencia en Materiales Refractarios. Bol. Soc. Esp. Ceram. V. 2013, 52, 207-224. https://doi.org/10.3989/cyv.262013
[2] Thermal Energy Equipment: Furnaces and Refractories. In Energy Efficiency Guide for Industry in Asia, UNEP 2006, 1-36. http://www.moderneq.com/pdf/Refractories.pdf (accessed Oct 04, 2021)
[3] Kumar, V.; Singh, V.K.; Srivastava, A.; Agrawal, G.N. Low Temperature Synthesis of High Alumina Cements by Gel-Trapped Co-Precipitation Process and Their Implementation as Castables. J. Am. Ceram. Soc. 2012, 95, 3769-3775. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2012.05453.x
[4] Fernández-González, D.; Prazuch, J.; Ruiz-Bustinza, I.; González-Gasca, C.; Piñuela-Noval, J.; Verdeja, L.F. Solar Synthesis of Calcium Aluminates. Solar Energy 2018, 171, 658-666. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.07.012
[5] Xiao, G.; Yang, S.; Ding, D.; Ren, Y.; Lv, L.; Yang, P.; Hou, X.; Gao, J. One-Step Synthesis of in-Situ Carbon-Containing Calcium Aluminate Cement as Binders for Refractory Castables. Ceram. Int. 2018, 44, 15378-15384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.05.189
[6] Yang, S.; Xiao, G.; Ding, D.; Ren, Y.; Lv, L.; Yang, P.; Gao, J Solid-Phase Combustion Synthesis of Calcium Aluminate with CaAl2O4 Nanofiber Structures. Ceram Int. 2018, 44, 6186-6191. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.003
[7] Lee, H.-K. Effect of Al Alloy Content on Processing of Reaction-Bonded Al2O3 Ceramics Using Al Alloy Powder. Korean J. Mater. Res. 2015, 25, 215-220. https://doi.org/10.3740/MRSK.2015.25.5.215
[8] Guglielmi, P.O.; Garcıa, D.E.; Hablitzel, M.P.; Blaese, D.; Goulart, D.P.; Borchert, A.; Hotza, D.; Janssen, R. Processing of All-Oxide Ceramic Matrix Composites with RBAO Matrices. J.Ceram.Sci. Technol. 2015, 7, 87-96. https://doi.org/10.4416/JCST2015-00038
[9] Rumyantsev, R.N.; Il’in, A.A.; Lapshin, M.A.; Il’in, A.P.; Volkova, A.V.; Goryanskaya, V.A. Particulars of Calcium Aluminate Formation During Mechanochemical Interaction in the System Ca(OH)2–Al–H2O. Glass Ceram. 2018, 74, 406-410. https://doi.org/10.1007/s10717-018-0005-x
[10] Gu, W.; Zhu, L.; Shang, X.; Ding, D.; Liu, L.; Chen, L.; Ye, G. Effect of Particle Size of Calcium Aluminate Cement on Volumetric Stability and Thermal Shock Resistance of CAC-Bonded Castables. J. Alloy Compd. 2019, 772, 637-641. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.128
[11] Roberson, M.L.; Beck, J.W.; Maples, J.S.; Savariste, A.; Donaldson, D.J.; Stein, D.L.; Kelly, A.C. Bayer Process Production of Alumina. U.S. Patent 4,036,931, July 19, 1977.
[12] Claussen, N.; Wu, S.; Holz, D. Reaction Bonding of Aluminum Oxide (RBAO) Composites: Processing, Reaction Mechanisms and Properties. J. Eur. Ceram. Soc. 1994, 14, 97-109. https://doi.org/10.1016/0955-2219(94)90097-3
[13] Lee, H.-K. Milling and Particulate Characteristics of Al Alloy-Al2O3 Powder Mixtures for Reaction-Bonded Al2O3(RBAO) Process. Korean J. Mater. Res. 2013, 23, 574-579. https://doi.org/10.3740/MRSK.2013.23.10.574
[14] Lee, H.-K. Effect of Al Alloy Content on Processing of Reaction-Bonded Al2O3 Ceramics Using Al Alloy Powder. Korean J. Mater. Res. 2015, 25, 215-220. https://doi.org/10.3740/MRSK.2015.25.5.215
[15] Hassan, T.A.; Rangari, V.K.; Rana, R.K.; Jeelani, S. Sonochemical Effect on Size Reduction of CaCO3 Nanoparticles Derived from Waste Eggshells. Ultrason. Sonochem. 2013, 20, 1308-1315. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2013.01.016
[16] ResearchGate. https://www.researchgate.net/post/What_is_the_formula_to_calculating_the... (accessed May 7, 2020)
[17] Cullity, B.; Stock, S. Elements of X-Ray Diffraction; Prentice-Hall: New York, 2001.
[18] NRC Publications Archive. Archives des publications du CNRC. [Online] https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/accepted/?id=582208ec-7b7a-4... (accessed May 7, 2020).