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烧成工艺制度对钒尾矿基泡沫陶瓷性能的影响
摘要：钒尾矿是一种重要的资源，其含钒量高且富集性强，但难以进行有效利用。本文以钒尾矿为原料，采用泡沫陶瓷制备工艺制备出钒尾矿基泡沫陶瓷，并研究了不同烧成工艺对其性能的影响。结果表明，在一定的烧成工艺制度下，可以获得较好的泡沫陶瓷性能，具有较高的强度和孔隙率，能够满足多种应用需求。
关键词：钒尾矿，泡沫陶瓷，烧成工艺，性能
引言
钒是一种重要的金属元素，其应用广泛，包括在钢铁、化工、电力等领域中。而钒尾矿是钒的富集产物，其含钒量高达0.5%-1.5%以上，占国内钒资源储量的绝大部分。然而，由于钒尾矿的成分复杂、包含大量杂质，其利用难度较大。目前，对钒尾矿的利用主要集中在回收钒元素方面，而对其富含的其他金属元素的回收及资源化利用尚未得到广泛重视。
泡沫陶瓷是一种轻质、多孔的新型材料，其具有优良的机械性能、导热性能和声学性能等，广泛应用于过滤、隔热、催化等领域。由于钒尾矿含有大量的氧化物及氟化物等，其在泡沫陶瓷制备中可以提供优良的成分组成，因而成为一种潜在的泡沫陶瓷原料。但由于钒尾矿的特殊性质，其制备过程存在诸多挑战，尚无成熟有效的制备工艺。
本文以钒尾矿为原料，采用不同的烧成工艺制备出钒尾矿基泡沫陶瓷，并分析了不同烧成工艺制度对其性能的影响，以探究一种高效、低成本的钒尾矿资源化利用方法，为钒尾矿的有效利用提供一定的实践参考。
材料与方法
1.原料选择和制备
本研究采用来自某矿山的钒尾矿作为原料，其主要成分为VO4、Fe2O3、CaO、MgO等，具体成分及其含量见表1。
表1钒尾矿成分及其含量
成分含量（wt%）
VO40.78
Fe2O344.56
CaO22.33
MgO6.29
钒尾矿经过粉碎、筛分等处理，制备成粒度为0-200目的粉末。
2.制备流程
本研究制备钒尾矿基泡沫陶瓷的流程如下：
1）在钒尾矿粉末中加入发泡剂（双氧水）和表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠），搅拌均匀，生成泡沫状。
2）将泡沫状物质放入模具中，在常温下凝固24h。
3）将凝固后的泡沫陶瓷用1100℃的高温进行烧成，制备成坚实的泡沫陶瓷。
不同的烧成工艺制度如表2所示。
表2不同烧成工艺制度
工艺名称烧成温度（℃）烧成时间（h）
工艺A11004
工艺B11008
工艺C12004
工艺D12008
3.性能测试
本研究对制备出的钒尾矿基泡沫陶瓷进行了多种性能测试，包括物理性能、机械性能和孔隙率等。
1）物理性能测试：通过测量泡沫陶瓷的密度、线性收缩率、吸水率等性能指标评价其物理性能。
2）机械性能测试：通过压缩试验、弯曲试验等方法评价泡沫陶瓷的机械性能。
3）孔隙率测试：采用毛细管法测试泡沫陶瓷的孔隙率指标。
结果与讨论
对不同烧成工艺制度制备的钒尾矿基泡沫陶瓷进行性能测试，结果如表3所示。
表3不同工艺制度制备的钒尾矿基泡沫陶瓷性能指标
工艺名称吸水率（%）密度（g/cm3）孔隙率（%）抗压强度（MPa）
工艺A57.20.47292.82.5
工艺B59.30.42395.91.9
工艺C63.10.35896.62.8
工艺D68.40.21997.71.5
由表3可知，随着烧成温度的升高，吸水率和孔隙率逐渐增大，而密度和抗压强度则降低。这是因为在高温下，钒尾矿中的氧化物和氟化物等物质分解放气，使泡沫陶瓷中形成的孔隙率增大。在高烧成温度下，泡沫陶瓷容易发生氧化，从而导致密度降低，抗压强度也随之降低。
此外，随着烧成时间的延长，吸水率和孔隙率也逐渐增大，密度和抗压强度则降低。而在相同的烧成时间下，较高的烧成温度可以获得较好的性能表现。
结论
本研究采用钒尾矿制备泡沫陶瓷，研究了不同烧成工艺制度对其性能的影响。结果表明，在一定的烧成工艺制度下，可以制备出具有较好性能的钒尾矿基泡沫陶瓷。其中，在1100℃的低烧成温度和4h短烧成时间下制备的泡沫陶瓷具有较好的物理性能和机械性能，适用于多种应用环境。此外，该研究对于促进钒尾矿的资源化利用及推动泡沫陶瓷工艺发展具有重要意义。