Preparation and characterization of clay bonded high strength silica refractory by utilizing agriculture waste

Abstract

Clay bonded silica refractory was prepared by utilizing agriculture waste called rice husk ash (RHA) and refractory grog. Various samples were prepared with different compositions based upon partial replacement of quartz by RHA. Rectangular samples were prepared by following semi dry process prior to pressing in a uniaxial hydraulic press and sintering at a temperature of 1200 °C in air atmosphere. Various physical, mechanical and thermal characterizations were done like X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), apparent porosity (AP), bulk density (BD), cold crushing strength (CCS), refractoriness and thermal conductivity measurement. The sample utilizing 30% of RHA was considered most optimum composition which produced cold crushing strength of 38 MPa and thermal conductivity of 2.08 W/m K at 800 °C with a considerable good refractoriness. Enhancement in the mechanical as well as thermal properties may be considered as attributed to the amorphous silica which has reacted more easily and efficiently with other material surrounding giving rise to the densification and produced stable crystalline phase to the refractory material. These promising characteristics suggests that the RHA may lead to be used as a potential material for the preparation of clay bonded high strength silica refractories. Resumen: Se preparó sílice refractaria unida a arcilla con residuos agrícolas conocidos como ceniza de cascarilla de arroz (rice husk ash [RHA]) y grog refractario. Se prepararon varias muestras con diferentes composiciones basadas en la sustitución parcial de cuarzo por RHA. Las muestras rectangulares se prepararon siguiendo un proceso semiseco antes de prensarlas en una prensa hidráulica uniaxial y sinterizarlas a una temperatura de 1.200 °C en atmósfera de aire. Se realizaron diversas caracterizaciones físicas, mecánicas y térmicas, como la difracción de rayos X, el microscopio electrónico de barrido, la porosidad aparente, la densidad aparente, la resistencia al aplastamiento en frío, la refractariedad y la conductividad térmica. La muestra que utiliza el 30% de RHA se consideró la composición más óptima que produjo una resistencia al aplastamiento en frío de 38 MPa y una conductividad térmica de 2,08 W/m-K a 800 °C con una refractariedad considerablemente buena. La mejora tanto de las propiedades mecánicas como de las térmicas puede atribuirse a la sílice amorfa que reaccionó más fácil y eficazmente a otro material circundante, lo que produjo la densificación y una fase cristalina estable al material refractario. Estas características prometedoras sugieren que la RHA puede justificar que se use como material potencial en la preparación de sílices refractarias de alta resistencia unidas a arcilla. Keywords: Rice husk ash, Amorphous silica, SiO2, Refractory grog, Waste utilization, Palabras clave: Ceniza de cascarilla de arroz, Sílice amorfa, SiO2, Grog refractario, Utilización de residuos