目前堇青石制备采用固相合成法，原料多为天然原料，如高岭土、黏土、滑石、绿泥石、蛇纹石和菱镁石，如果全部采用工业固体废弃物作为合成原料，则可以显著降低生产成本，并且符合国家倡导的“循环经济”的产业政策，但是相关研究较少。煤矸石是采煤过程中的副产物，废弃耐火材料是高温工业产生的固体废弃物，其主要成分为SiO2、Al2O3、MgO和C等，上述氧化物是合成堇青石的主要原料，C在高温下的燃烧也有利于多孔材料的形成。相对于国外而言，国内对固体废弃物的利用起步较晚，故对固体废弃物的研究具有重要的意义。北京科技大学的研究人员以煤矸石和用后耐火材料为原料，合成多孔堇青石材料，并研究造孔剂种类、造孔剂加入量和合成温度对合成和材料性能的影响。
     实验原料采用煤矸石(w（Al2O3）=20.83%、w（SiO2）=53.29%，粒度为45 μm) 、首钢用后滑板砖(w（Al2O3）=89.9%，粒度为45μm)和首钢用后镁碳砖(w（MgO）=75.5%，粒度为45 μm)。按照表1配比将原料和造孔剂混合，以玛瑙球作为球磨介质在无水乙醇(≥9917% )溶液中混合均匀后干燥，以羧甲基纤维素钠溶液为黏结剂在40 MPa的压力下机压成型，尺寸分别为47 mm×6 mm×6 mm和120 mm×20 mm×20 mm。将试样在1 300～1 420 ℃高温空气条件下保温1～6 h后冷却。实验采用XRD分析合成试样的物相组成，采用SEM观察显微结构并利用EDS进行微区能谱分析，在物相分析基础上测定试样的抗折强度、显气孔率、体积密度、热膨胀系数和荷重软化点。
表1           试验原料配比（w）/%
编号 煤矸石 用后滑板砖 用后镁碳砖 造孔剂
GJ 70.21 12.83 11.97 5
GK 66.51 12.15 11.34 10
GL 62.82 11.48 10.71 15
GM 59.12 10.8 10.08 20
GN 55.43 10.13 9.45 25
GO 51.73 9.45 8.82 30
     试验结果：(1)采用煤矸石、用后耐火材料和不同造孔剂(石墨、淀粉或复合添加剂)可以合成堇青石多孔材料。造孔剂种类对材料性能的影响较大；综合分析表明，复合添加剂为最佳造孔剂。(2)堇青石多孔材料的较佳合成参数为:复合添加剂加入量15%～25%，合成温度1 350～1 400 ℃，保温时间3～6 h，在此条件下可以制备出纯度高、性能优异的堇青石材料。 (3) 复合添加剂加入量为20%时，在1 350 ℃保温3 h条件下合成的材料的抗折强度为17.6 MPa，显气孔率为44.9% ，热膨胀系数为2.14×10- 6 K-1，荷重软化点为1 290 ℃，且显微形貌表明气孔分布均匀贯通，具有较好的高温使用性能。(4)大尺寸多孔堇青石砖形貌规整，抗折强度为10.9MPa， 显气孔率为49.4% ， 热膨胀系数为2.10 ×10-6 K-1，荷重软化点为1 278 ℃，综合性能良好，满足高温匣钵或窑具使用要求。
（摘编自《北京科技大学学报》2010，№4）