Open Access Open Access  Restricted Access Subscription Access

The mechanism of phase formation of a ceramic binder in the cordierite-spodumene system obtained from natural components


https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-3-37-45

Full Text:




Abstract

The article describes the synthesis process as well as the mechanism of phase formation of a ceramic binder in the cordierite ‒ spodumene system that consists of kaolin, talc, alumina, pyrophyllite and lithium carbonate; the described binder is intended for the production of porous ceramics based on silicon carbide. Melting and crystallization temperature ranges of the cordierite ‒ spodumene composition have been established as 1070‒1225 and 1252‒1264 °C, respectively. The formation of the primary melt occurs in the eucryptitelithium metasilicate system at a temperature of 1070 °C; with a further rise in temperature, the components begin to dissolve. The sizes of cordierite crystals in the resulting ceramic binder range between 2‒5 microns, the spodumene crystals are 200‒400 nm in diameter. Ill. 9. Ref. 27. Tab. 2.

About the Authors

O. I. Rodimov
ООО «НТЦ «Бакор»
Russian Federation


K. I. Ikonnikov
ООО «НТЦ «Бакор»
Russian Federation


B. L. Krasniy
ООО «НТЦ «Бакор»
Russian Federation


M. A. Vartanyan
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»
Russian Federation


D. D. Bernt
ООО «НТЦ «Бакор»; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт)
Russian Federation


A. L. Galganova
ООО «НТЦ «Бакор»
Russian Federation


A. S. Sizova
ООО «НТЦ «Бакор»
Russian Federation


References

1. Паспорт национального проекта «Экология» (утв. 24.12.2018 Минприроды России). ― 48 с.

2. Красный, Б. Л. Системы и аппараты для очистки технологических и дымовых газов от твердых частиц компании ЗАО «НТЦ Бакор» / Б. Л. Красный, Д. А. Серебрянский // Пылегазоочистка. ― 2017. ― № 13. ― С. 29‒33.

3. Sizova, A. Influence of drying process on the aluminosilicate fiber hot gases filter element properties / A. Sizova, O. Rodimov, A. Galganova [et al.] // Ceram. Int. ― 2022. ― Vol. 48, № 19. ― P. 29165‒29174.

4. Ohji, M. Fukushima. Macro-porous ceramics: processing and properties / M. Ohji // Int. Mater. Rev. ― 2012. ― Vol. 57, № 2. ― P. 115‒131.

5. Liu, S. Fabrication and characterization of cordieritebonded porous SiC ceramics / S. Liu, Y.-P. Zeng, D. Jiang // Ceram. Int. ― 2009. ― Vol. 35, № 2. ― P. 597‒602.

6. Zhu, S. Preparation and characterization of SiC/ cordierite composite porous ceramics / S. Zhu, S. Ding, H. Xi [et al.] // Ceram. Int. ― 2007. ― Vol. 33, № 1. ― P. 115‒118.

7. Андрианов, Н. Т. Химическая технология керамики : уч. пособие для вузов / Н. Т. Андрианов, В. Л. Балкевич, A. B. Беляков [и др] ; под ред. И. Я. Гузмана. ― М. : РИФ «Стройматериалы», 2012. ― 496 с.

8. Vanchurin, V. I. Technology of cordierite ceramics for the production of catalysts / V. I. Vanchurin, A. V. Fedotov, A. V. Belyakov, A. Yu. Petrov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 60, № 4. ― Р. 399‒404. https://doi.org/10.1007/s11148-019-00375-1.

9. Авакумов, Е. Г. Кордиерит ― перспективный керамический материал / Е. Г. Авакумов, А. А. Гусев. ― Новосибирск : изд. СО РАН, 1999. ― 166 с.

10. Лукин, Е. С. Новые виды корундовой керамики с добавками эвтектических расплавов / Е. С. Лукин, Н. А. Макаров, Н. А. Попова [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. ― 2001. ― № 3. ― С. 28‒37.

11. Андреев, К. П. Получение термостойкой керамики в системе Li2O‒MgO‒Al2O3‒SiO2 : дис. … канд. техн. наук. ― Санкт-Петербург, 1998.

12. Филатова, Н. В. Некоторые свойства журавлиноложского каолина / Н. В. Филатова, Н. Ф. Косенко, К. С. Садкова // Импортозамещение, научно-техническая и экономическая безопасность : сборник статей V международной научно- технической конференции «Минские научные чтения-2022», Минск, 7‒9 декабря 2022 г. Т. 1. ― Минск : БГТУ, 2022. ― С. 308‒314.

13. Ptáček, P. The kinetic analysis of the thermal decomposition of kaolinite by DTG technique / P. Ptáček, F. Šoukal, T. Opravi [et al.] // Powder Technol. ― 2011. ― Vol. 208, № 1. ― P. 20‒25.

14. Castelein, O. The Influence of heating rate on thermal behavior and mullite formation from a kaolin raw material / O. Castelein, B. Soulestin, J. P. Bonnet, P. Blanchart // Ceram. Int. ― 2001. ― №. 55. ― P. 517‒522.

15. Hubadillah, S. K. Fabrications and applications of low cost ceramic membrane from kaolin: a comprehensive review / S. K. Hubadillah, M. H. Dzarfan Othman, T. Matsuura [et al.] // Ceram. Int. ― 2018. ― Vol. 44, № 5. ― P. 4538‒4560.

16. Гиренко, Г. С. Получение термостойкого керамического материала с низким ТКЛР / Г. С. Гиренко, И. А. Павлова // Актуальные проблемы развития технических наук : сборник статей участников XXIII oбластного конкурса научно-исследовательских работ «Научный Олимп» по направлению «Технические науки». ― Екатеринбург : Уральский федеральный университет, 2020. — С. 150‒162.

17. Liu, X. Investigation of the thermal decomposition of talc / X. Liu, X. Liu, Y. Hu // Clays Clay Miner. ― 2014. ― Vol. 62, № 2. ― P. 137‒144.

18. Shayakhmetov, U. Sh. Refractory composites based on pyrophyllite raw materials / U. Sh. Shayakhmetov, A. U. Shayakhmetov, А. V. Zakharov [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 59, № 3. ― Р. 241‒246. https://doi.org/10.1007/s11148-018-0214-4.

19. Sanches-Soto, P. J. Thermal analysis of pyrophillite transformation / P. J. Sanches-Soto, J. L. Perеz-Rodriguez // Thermochim. Acta. ― 1989. ― Vol. 138. ― P. 267‒276.

20. Mukhopadhyay, T. K. Pyrophyllite as raw material for ceramic applications in the perspective of its pyrochemical properties / T. K. Mukhopadhyay, S. Ghatak, H. S. Maiti // Ceram. Int. ― 2010. ― Vol. 36. ― P. 909‒916.

21. Тимошевский, А. Н. Высокотемпературное разложение карбоната лития при атмосферном давлении / А. Н. Тимошевский, М. Г. Кталхерман, В. А. Емелькин [и др.] // Теплофизика высоких температур. ― 2008. ― Т. 46, № 3. ― С. 457‒465.

22. Amritphale, S. S. Sintering behaviour of pyrophyllite mineral: effect of some alkali and alkaline-earth metal carbonates / S. S. Amritphale, N. Chandra, R. Kumar // J. Mater. Sci. ― 1992. ― Vol. 27. ― P. 4797‒4804.

23. Udagawa, S. Formation of β-spodumene by solid state reaction between pyrophyllite and lithium carbonate / S. Udagawa, F. Ikawa, K. Urabe // 1972 International clay conference, Madrid, 25‒30 June 1972. ― 1972. ― Vol. 1. ― P. 185‒192.

24. Бабушкин, В. И. Термодинамика силикатов / В. И. Бабушкин, Г. М. Матвеев, О. П. Мчедлов-Петросян. ― М. : Госстройиздат, 1962. ― 266 с.

25. Кичкайло, О. В. Получение термостойких керамических материалов в системе Li2O–Al2O3–SiO2 / О. В. Кичкайло, И. А. Левицкий // Огнеупоры и техническая керамика. ― 2013. ― № 11/12. ― С. 50‒60.

26. Tang, T. Synthesis and characterization of lithium silicate powders / T. Tang, Z. Zhang, J.-B. Meng, D.-L. Luo // Fusion Engineering and Design. ― 2009. ― Vol. 84, № 12. ― P. 2124‒2130.

27. Торопов, Н. А. Диаграммы состояния силикатных систем : cправочник. Вып. третий. Тройные силикатные системы / Н. А. Торопов, В. П. Барзаковский, В. В. Лапин [и др.] ; под ред. Н. А. Торопова. ― Л. : Наука, 1972. ― 448 с.


Supplementary files

For citation: Rodimov O.I., Ikonnikov K.I., Krasniy B.L., Vartanyan M.A., Bernt D.D., Galganova A.L., Sizova A.S. The mechanism of phase formation of a ceramic binder in the cordierite-spodumene system obtained from natural components. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(3):37-45. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-3-37-45

Views: 80

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


ISSN 1683-4518 (Print)

Leninskiy prospect, 4 (mail/box №217), Moscow, 119991
Tel.: 8(495)955-01-82, 8(495)955-01-83
E-mail: ognemet@misis.ru, ogneupor@imet.ru

supported by NEICON (Elpub lab)