利用二氧化硅辅助的低温烧结技术制备透辉石，用于可持续的水泥基复合材料

《Journal of the American Ceramic Society》：Silica-assisted cold sintering of diopside for sustainable cementitious composites

冷烧结透辉石-纳米二氧化硅复合材料研究显示，添加30wt%以上无定形SiO?可使透辉石在200℃、400MPa下60分钟实现90%密度冷烧结，并诱导部分纳米SiO?晶化为石英，硬度达3GPa。该机制适用于含纳米无定形SiO?的矿山尾ings处理。

　　

摘要

本研究探讨了天然矿物的冷烧结技术，将其作为辅助胶凝材料（SCM）或水泥类似物，以改变传统的高能耗、高排放水泥制造方式。研究以天然硅酸盐矿物透辉石（MgCaSi₂O₆）作为模型体系。由于透辉石本身难以通过冷烧结方法直接固化，因此本研究证明了添加非晶态二氧化硅纳米颗粒可以实现其冷烧结。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对冷烧结后的透辉石-二氧化硅复合材料进行了表征，并分析了二氧化硅添加量对材料性能的影响。在200°C、400 MPa的压力下，经过60分钟的烧结处理后，该复合材料的相对密度可接近90%。当添加30%或更多量的非晶态SiO₂时，冷烧结过程还会引发部分结晶现象，使部分非晶态二氧化硅转化为石英。结晶过程具有随机性。随着二氧化硅含量的增加，冷烧结后的透辉石-二氧化硅复合材料的维氏硬度也随之提高，当二氧化硅含量达到20%或以上时，硬度可达到约3 GPa。本研究中的透辉石-二氧化硅复合材料为金属浸出后的硅酸盐尾矿提供了模型参考；这类尾矿的硅酸盐颗粒表面通常具有纳米多孔的非晶态二氧化硅层，这有助于实现本研究发现的二氧化硅辅助冷烧结机制。