શું શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસિરામિક્સ કચરાનો ઉપયોગ મુલાઇટ સિરામિક્સના સંશ્લેષણ માટે થઈ શકે છે?

કેટલાક ઔદ્યોગિક કચરો મુલાઇટ સિરામિક્સના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગી હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. આ ઔદ્યોગિક કચરો ચોક્કસ ધાતુના ઓક્સાઇડ જેમ કે સિલિકા (SiO2) અને એલ્યુમિના (Al2O3) થી સમૃદ્ધ છે. આ કચરાને મુલાઇટ સિરામિક્સની તૈયારી માટે પ્રારંભિક સામગ્રી સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરવાની સંભાવના આપે છે. આ સમીક્ષા પેપરનો હેતુ વિવિધ મુલાઇટ સિરામિક્સ તૈયારી પદ્ધતિઓનું સંકલન અને સમીક્ષા કરવાનો છે જેમાં વિવિધ ઔદ્યોગિક કચરોનો પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ થતો હતો. આ સમીક્ષા તૈયારીમાં વપરાતા સિન્ટરિંગ તાપમાન અને રાસાયણિક ઉમેરણો અને તેની અસરોનું પણ વર્ણન કરે છે. આ કાર્યમાં વિવિધ ઔદ્યોગિક કચરામાંથી તૈયાર કરાયેલા અહેવાલિત મુલાઇટ સિરામિક્સની યાંત્રિક શક્તિ અને થર્મલ વિસ્તરણ બંનેની સરખામણી પણ સંબોધવામાં આવી હતી.

મુલાઇટ, જેને સામાન્ય રીતે 3Al2O3∙2SiO2 તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે તેના અસાધારણ ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે એક ઉત્તમ સિરામિક સામગ્રી છે. તેમાં ઉચ્ચ ગલનબિંદુ, થર્મલ વિસ્તરણનો ઓછો ગુણાંક, ઉચ્ચ-તાપમાન પર ઉચ્ચ શક્તિ છે, અને તેમાં થર્મલ શોક અને ક્રીપ પ્રતિકાર બંને છે [1]. આ અસાધારણ થર્મલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મો સામગ્રીને રીફ્રેક્ટરીઝ, ભઠ્ઠાના ફર્નિચર, ઉત્પ્રેરક કન્વર્ટર માટે સબસ્ટ્રેટ, ફર્નેસ ટ્યુબ અને હીટ શિલ્ડ જેવા કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગમાં લેવા સક્ષમ બનાવે છે.

મુલાઇટ ફક્ત સ્કોટલેન્ડના મુલ આઇલેન્ડમાં દુર્લભ ખનિજ તરીકે જ મળી શકે છે [2]. પ્રકૃતિમાં તેના દુર્લભ અસ્તિત્વને કારણે, ઉદ્યોગમાં વપરાતા તમામ મુલાઇટ સિરામિક્સ માનવસર્જિત છે. ઔદ્યોગિક/પ્રયોગશાળા ગ્રેડ રસાયણ [3] અથવા કુદરતી રીતે બનતા એલ્યુમિનોસિલિકેટ ખનિજો [4] થી શરૂ કરીને, વિવિધ પૂર્વગામીઓનો ઉપયોગ કરીને મુલાઇટ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. જો કે, આ પ્રારંભિક સામગ્રીની કિંમત મોંઘી છે, જે અગાઉથી સંશ્લેષણ અથવા ખાણકામ કરવામાં આવે છે. વર્ષોથી, સંશોધકો મુલાઇટ સિરામિક્સને સંશ્લેષણ કરવા માટે આર્થિક વિકલ્પો શોધી રહ્યા છે. તેથી, સાહિત્યમાં ઔદ્યોગિક કચરામાંથી મેળવેલા અસંખ્ય મુલાઇટ પૂર્વગામીઓની જાણ કરવામાં આવી છે. આ ઔદ્યોગિક કચરામાં ઉપયોગી સિલિકા અને એલ્યુમિનાનું પ્રમાણ વધુ હોય છે, જે મુલાઇટ સિરામિક્સ બનાવવા માટે જરૂરી આવશ્યક રાસાયણિક સંયોજનો છે. આ ઔદ્યોગિક કચરાનો ઉપયોગ કરવાના અન્ય ફાયદાઓમાં ઊર્જા અને ખર્ચ બચતનો સમાવેશ થાય છે જો કચરાને ડાયવર્ટ કરવામાં આવે અને એન્જિનિયરિંગ સામગ્રી તરીકે ફરીથી ઉપયોગમાં લેવામાં આવે. વધુમાં, આ પર્યાવરણીય બોજ ઘટાડવામાં અને તેના આર્થિક લાભને વધારવામાં પણ મદદ કરી શકે છે.

શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરાનો ઉપયોગ મુલાઇટ સિરામિક્સના સંશ્લેષણ માટે થઈ શકે છે કે કેમ તેની તપાસ કરવા માટે, એલ્યુમિના પાવડર સાથે મિશ્રિત શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરા અને કાચા માલ તરીકે શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસેરામિક્સ કચરાનો તુલના કરવામાં આવી. મુલાઇટ સિરામિક્સના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને ભૌતિક ગુણધર્મો પર કાચા માલની રચના અને સિન્ટરિંગ તાપમાનની અસરોની તપાસ કરવામાં આવી. તબક્કા રચના અને માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરનો અભ્યાસ કરવા માટે XRD અને SEM નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો.

પરિણામો દર્શાવે છે કે સિન્ટરિંગ તાપમાનમાં વધારો થવા સાથે મુલાઇટનું પ્રમાણ વધે છે, અને તે જ સમયે બલ્ક ડેન્સિટી વધે છે. કાચો માલ શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોસિરામિક્સ કચરો છે, આમ સિન્ટરિંગ પ્રવૃત્તિ વધારે છે, અને સિન્ટરિંગ પ્રક્રિયા ઝડપી બનાવી શકાય છે, અને ઘનતા પણ વધે છે. જ્યારે મુલાઇટ ફક્ત ઇલેક્ટ્રોસિરામિક્સ કચરા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે બલ્ક ડેન્સિટી અને કોમ્પ્રેસિવ સ્ટ્રેન્થ સૌથી મોટી હોય છે, છિદ્રાળુતા સૌથી નાની હોય છે, અને વ્યાપક ભૌતિક ગુણધર્મો શ્રેષ્ઠ હશે.

ઓછા ખર્ચે અને પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પોની જરૂરિયાતને કારણે, ઘણા સંશોધન પ્રયાસોએ મુલાઇટ સિરામિક્સ બનાવવા માટે વિવિધ પ્રકારના ઔદ્યોગિક કચરાનો ઉપયોગ શરૂઆતની સામગ્રી તરીકે કર્યો છે. પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ, સિન્ટરિંગ તાપમાન અને રાસાયણિક ઉમેરણોની સમીક્ષા કરવામાં આવી છે. પરંપરાગત રૂટ પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ જેમાં મુલાઇટ પુરોગામીનું મિશ્રણ, દબાવવું અને પ્રતિક્રિયા સિન્ટરિંગનો સમાવેશ થતો હતો તે તેની સરળતા અને ખર્ચ અસરકારકતાને કારણે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ હતી. જોકે આ પદ્ધતિ છિદ્રાળુ મુલાઇટ સિરામિક્સ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે, પરિણામી મુલાઇટ સિરામિકની દેખીતી છિદ્રાળુતા 50% ની નીચે રહેવાની જાણ કરવામાં આવી હતી. બીજી બાજુ, ફ્રીઝ કાસ્ટિંગ 1500 °C ના ખૂબ ઊંચા સિન્ટરિંગ તાપમાન પર પણ 67% ની દેખીતી છિદ્રાળુતા સાથે અત્યંત છિદ્રાળુ મુલાઇટ સિરામિક ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. મુલાઇટના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સિન્ટરિંગ તાપમાન અને વિવિધ રાસાયણિક ઉમેરણોની સમીક્ષા હાથ ધરવામાં આવી હતી. મુલાઇટ ઉત્પાદન માટે 1500 °C થી ઉપરના સિન્ટરિંગ તાપમાનનો ઉપયોગ કરવો ઇચ્છનીય છે, કારણ કે પુરોગામીમાં Al2O3 અને SiO2 વચ્ચે પ્રતિક્રિયા દર વધારે હોય છે. જો કે, પુરોગામીમાં અશુદ્ધિઓ સાથે સંકળાયેલ વધુ પડતી સિલિકા સામગ્રી ઉચ્ચ-તાપમાન સિન્ટરિંગ દરમિયાન નમૂનાના વિકૃતિ અથવા પીગળવા તરફ દોરી શકે છે. રાસાયણિક ઉમેરણોની વાત કરીએ તો, CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3, અને MoO3 ને સિન્ટરિંગ તાપમાન ઘટાડવામાં અસરકારક સહાય તરીકે નોંધવામાં આવ્યા છે જ્યારે V2O5, Y2O3-ડોપેડ ZrO2 અને 3Y-PSZ નો ઉપયોગ મુલાઇટ સિરામિક્સ માટે ઘનતાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે થઈ શકે છે. AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5, અને MgO જેવા રાસાયણિક ઉમેરણો સાથે ડોપિંગથી મુલાઇટ વ્હિસ્કર્સના એનિસોટ્રોપિક વિકાસમાં મદદ મળી, જેણે પાછળથી મુલાઇટ સિરામિક્સની ભૌતિક શક્તિ અને કઠિનતામાં વધારો કર્યો.