Influence of mechanical activation on the synthesis of Sr-Celsian employing a precursor mixture containing coal fly ash

Abstract

Strontium aluminosilicate, SrAl₂Si₂O₈ (SAS), was synthesized by a solid state reaction using coal fly ash (CFA) as main raw material. A precursor mixture of SrCO₃, CFA and Al₂O₃ was mechanically-activated for times of up to 12 h using an attrition mill, and subsequently sintered at temperatures of 900-1300 °C. The CFA and the mechanical activation were employed with the aim to promote the transformation from the hexagonal (Sr-Hexacelsian) into the monoclinic (Sr-Celsian) polymorphic form of SAS, since the latter phase is associated with better physical and mechanical properties but the former tends to be the first one to appear. The mean particle size, the crystallite size and the temperature at the end of the curve of weight loss (T_f) decreased, while the specific surface area and the degree of amorphization increased, with increasing milling time. Samples milled for at least 4 h and then sintered at 1100 °C achieved full transformation into Sr-Celsian. The same result was obtained for sintering temperatures higher than 1100 °C, independently of milling time. An increment in both the milling time and the sintering temperature allowed us to improve the densification and the mechanical properties of the synthesized materials.<br><br>Aluminosilicato de estroncio, SrAl₂Si₂O₈ (SAS), fue sintetizado por reacción en el estado sólido empleando ceniza volante (CFA) como materia prima principal. Una mezcla precursora de SrCO₃, CFA y Al₂O₃ fue activada mecánicamente por tiempos de hasta 12 h en un molino de atrición, y después sinterizada a temperaturas de 900-1300 °C. El empleo de la CFA y la activación mecánica tuvieron el propósito de promover la transformación polimórfica de la fase hexagonal (Hexacelsiana de Sr) a la monoclínica (Celsiana de Sr) del SAS, ya que esta última se asocia con mejores propiedades físicas y mecánicas pero la primera tiende a aparecer primero. El tamaño promedio de partícula y de cristalita, así como la temperatura al final de la curva de pérdida en peso (T_f), disminuyeron, mientras que el área superficial y el grado de amorfización aumentaron, al incrementar el tiempo de molienda. Las muestras molidas por al menos 4 h y sinterizadas a 1100 °C se transformaron completamente a Celsiana de Sr. Sucedió lo mismo a temperaturas de sinterización mayores a 1100 °C, independientemente del tiempo de molienda. El incremento tanto en el tiempo de molienda como en la temperatura de sinterización permitió mejorar la densificación y las propiedades mecánicas de los materiales sintetizados

Patternsin the synthesis processes, the microstructure and properties of strontium-anorthite ceramics modified by glass of spodumene composition

“…The long-lasting mechanic activation of the raw material mixture witha stoichiometric composition consisting of SrCO 3 , SiO 2 , and Al 2 O 3 over 12 hours enabled an almost complete binding of the starting components into a Sr-anorthite phase at a firing temperature of 1,100 °C. However, the degree of compaction and the mechanical properties of synthesized materials were also not sufficient [16].…”