利用木薯皮灰增强刚果(金)高岭土的烧结性能：优化陶瓷性能的新型助剂

研究人员针对陶瓷制造中高能耗和废弃物管理问题，开展木薯皮灰(ACP)增强刚果(金)高岭土(ARS)烧结性能的研究。通过XRF、XRD等技术表征原料，在1000-1200°C烧结含0-7.5 wt% ACP的陶瓷，发现7.5 wt% ACP在1200°C时使抗弯强度达16.5 MPa，同时降低能耗。该研究为废弃物资源化和节能陶瓷工艺提供创新方案。

　　

在陶瓷制造业面临能源消耗与环境污染双重挑战的背景下，刚果(金)Songololo地区丰富的高岭土资源和大量废弃木薯皮的处理问题亟待解决。传统陶瓷烧结需1200°C以上高温，而当地木薯皮灰(ACP)富含碱性氧化物(K₂O 41.72 wt%)的特性可能降低烧结温度。这一矛盾促使研究人员探索ACP作为烧结助剂的潜力，以实现"变废为宝"的可持续目标。

来自刚果(金)的研究团队在《Next Materials》发表论文，系统研究了ACP对高岭土陶瓷性能的影响。研究采用X射线荧光光谱(XRF)分析化学成分，X射线衍射(XRD)鉴定矿物相，扫描电镜(SEM)观察微观形貌，热重-差热分析(TDA-TGA)评估热行为，并通过全因子设计(FFD)优化工艺参数。

3.1 原料表征
XRF显示ACP含19.29 wt% CaO和41.72 wt% K₂O，具有显著助熔作用。XRD证实高岭土(ARS)含石英和kaolinite相，ACP则呈现非晶态特征。SEM显示ARS呈鳞片状结构(<30 μm)，ACP为多孔形态，这为后续烧结中的颗粒重组奠定基础。

3.2 陶瓷性能
宏观观察发现，含7.5 wt% ACP的陶瓷在1200°C呈现显著收缩(8.3%)和深色外观。技术性能测试表明，1200°C烧结时孔隙率从41.9%(1000°C)降至16.5%，抗弯强度提升至16.5 MPa。化学稳定性测试显示，在pH=1.5的HCl中质量损失仅1.8 wt%，优于碱性环境表现。

3.2.8 统计优化
全因子设计确定1100°C+7.5 wt% ACP为最佳条件，预测误差<5%。ANOVA分析证实温度对强度(Y₁)和收缩率(Y₃)影响显著(p<0.0001)，而孔隙率(Y₄)受多因素复杂调控。

该研究创新性地将农业废弃物转化为高性能陶瓷的烧结助剂，使能耗降至9.6 kWh/m³，较工业标准降低68%。形成的mullite相(3Al₂O₃·2SiO₂)和hematite(Fe₂O₃)共同增强了材料性能，为发展中国家的废弃物资源化和节能建材生产提供了可复制模式。研究结果对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的负责任消费与生产具有示范意义。