CN101100377A - 利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方与方法，其特征在于：所述原料由铝型材厂污泥、高岭土和TiO2组成；以铝型材厂污泥、高岭土和TiO2为原料，将原料混合，压制成型，经高温反应，制备成钛酸铝-莫来石复相材料。本发明属于固体废弃物的综合利用，不仅原料易得，制备方法简单，有利于废物利用，而且制备的材料为具有高附加值和无污染的优质耐火材料；解决了铝型材厂工业污泥对环境的严重污染，又节约了生产成本，经济效益显著，具有很好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种生态环境材料，即固体废弃物的综合利用，更具体涉及一种利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方与方法。
技术背景
铝型材厂在铝型材表面处理过程中会产生大量的乳白色胶体废液，这种废液中粒子超细而且高度分散，一旦直接排放，必然会对环境和江河水域造成的严重污染，破坏生态环境。因此必须将废液中的大量污泥沉淀和过滤去除，余下澄清的滤液排放。一个大型铝型材厂每年可回收污泥一万多吨，国内铝型材企业有几百家，每年产生工业污泥数量庞大，如果不对其进行合理的处理，必然会严重影响铝型材厂废液的综合治理和正常生产，并造成铝型材厂的二次污染。此外，该污泥主要成分是γ-AlOOH，不加利用就直接废弃，也会对资源造成很大的浪费。因此对该污泥的综合利用不仅具有重要的环保意义，而且对有效资源的再开发利用也具有重要意义。钛酸铝材料是一种新型陶瓷材料，具有接近于零的热膨胀系数、低导热系数、高熔点、抗热震性等优越性能，它是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种材料；但是钛酸铝是一种不稳定的化合物，其在800-1300℃之间会分解成Al2O3和TiO2，从而降低钛酸铝的含量与性能，这给钛酸铝材料制备和使用带来困难。
经检索，国内外尚未有利用铝型材厂工业污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料材料的报导，该项目属国内外首家研究发明的技术。本发明属于固体废弃物的综合利用，不仅解决了铝型材厂工业污泥对环境的严重污染，又节约了生产成本，经济效益显著，具有很好的推广应用价值。
发明内容
本发明目的是要提供一种利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方与方法，该制备方法不仅原料易得，制备方法简单，有利于废物利用，而且制备的材料为具有高附加值和无污染的优质耐火材料。
本发明的利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方，其特征在于：所述原料由铝型材厂污泥、高岭土和TiO2组成；
本发明的利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的制备方法为：以铝型材厂污泥、高岭土和TiO2主原料，将原料混合压制成型，经高温反应，反应产物经冷却，得到制备的钛酸铝-莫来石复相材料。
本发明主要创新点和特色如下：
1)原料与技术创新：利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料，具有生态环保技术和原料的创新，具有重大环保意义。
2)经检索，国内外尚未报到利用铝型材厂工业污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料，该项目属国内外首家研究发明的技术。
3)充分利用污泥的特性，提高产品质量：污泥粒子超细，表面积大，活性高，有利于固相反应形成钛酸铝-莫来石复相材料，降低制备温度，节约能源和原料加工费用，并可以提高钛酸铝-莫来石复相材料的高温性能。
4)低生产成本：原料成本很低，经济效益和社会效益十分显著，具有很强的市场竟争能力，投资见效快，投资无风险。
5)本发明以铝型材厂污泥、高岭土和TiO2为原料，采用反应烧结法制备钛酸铝-莫来石复相材料，该钛酸铝中引入第二相莫来石，可提高钛酸铝的稳定性和抑制钛酸铝分解，从而提高钛酸铝-莫来石复相材料的高温性能。
具体实施方式
该原料配方的重量配比为：铝型材厂污泥为63-68wt％，高岭土为7-28wt％，TiO2为9-25wt％。，原料配方的化学组成Al2O3为60-67wt％，SiO2为7-21wt％，TiO2为12-33wt％。
利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的制备方法具体步骤为：
(A)按配方将铝型材厂污泥、高岭土和TiO2置于球磨机中研磨12-24小时，研磨的浆料经过过滤脱水、烘干和破碎，得到小于80目的统料。
(B)在研磨统料中添加占统料重量的6～7％的水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。
(C)成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1300-1500℃，反应烧结保温时间为1-6小时，冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料存在四个晶相：钛酸铝、莫来石、Al2O3和TiO2，其中钛酸铝-莫来石是主晶相。
实施例1
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为68wt％，高岭土为7wt％，TiO2为25wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1420℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为68.0wt％，莫来石为8.1wt％，Al2O3为15.9wt％，TiO2为8.0wt％。
实施例2
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1420℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为60.8wt％，莫来石为22.7wt％，Al2O3为11.5wt％，TiO2为5.0wt％。
实施例3
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为65wt％，高岭土为22wt％，TiO2为13wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1420℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为43.8wt％，莫来石为39.5wt％，Al2O3为13.5wt％，TiO2为3.2wt％。
实施例4
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为63wt％，高岭土为28wt％，TiO2为9wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1420℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为24.0wt％，莫来石为63.8wt％，Al2O3为11.3wt％，TiO2为0.9wt％。
实施例5
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1300℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为68.0wt％，莫来石为8.1wt％，Al2O3为15.9wt％，TiO2为8.0wt％。
实施例6
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加6％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1360℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为46.0wt％，莫来石为15.2wt％，Al2O3为28.1wt％，TiO2为10.7wt％。
实施例7
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加8％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1450℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为56.7wt％，莫来石为27.6wt％，Al2O3为11.2wt％，TiO2为4.5wt％。
实施例8
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加8％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1480℃，反应烧结保温时间为2小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为61.1wt％，莫来石为28.7wt％，Al2O3为6.7wt％，TiO2为3.5wt％。
实施例9
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加8％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半于压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1480℃，反应烧结保温时间为1小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为58.5wt％，莫来石为28.3wt％，Al2O3为9.0wt％，TiO2为4.2wt％。
实施例10
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加8％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1450℃，反应烧结保温时间为3小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为68.0wt％，莫来石为8.1wt％，Al2O3为15.9wt％，TiO2为8.0wt％。
实施例11
本例原料配方的重量配比：铝型材厂污泥为67wt％，高岭土为13wt％，TiO2为20wt％。按配方将三种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干24小时，破碎，得到小于80目的统料。在研磨统料中添加8％水进行混料，混料均匀，将混合料进行半干压成型。成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，反应烧结温度为1450℃，反应烧结保温时间为6小时，自然冷却至室温，制备得到钛酸铝-莫来石复相材料的晶相含量：钛酸铝为70.7wt％，莫来石为24.6wt％，Al2O3为4.2wt％，TiO2为0.5wt％。
Claims (6)
1.一种利用铝型材厂污泥制备钛酸铝—莫来石复相材料的原料配方，其特征在于：所述原料由铝型材厂污泥、高岭土和TiO2组成。
2. 根据权利要求1所述的利用铝型材厂污泥制备钛酸铝—莫来石复相材料的原料配方，其特征在于：所述原料配方中铝型材厂污泥为63-68wt％，高岭土为7-28wt％，TiO2为9-25wt％。
3.根据权利要求1或2所述的利用铝型材厂污泥制备钛酸铝—莫来石复相材料的原料配方，其特征在于：原料配方中的化学组成Al2O3为60-67wt％，SiO2为7-21wt％，TiO2为12-33wt％。
4.一种利用铝型材厂污泥制备钛酸铝—莫来石复相材料的方法，其特征在于：以铝型材厂污泥、高岭土和TiO2为原料，将原料混合，压制成型，经高温反应，制备成钛酸铝—莫来石复相材料。
5.根据权利要求4所述的利用铝型材厂污泥制备钛酸铝—莫来石复相材料的方法，其特征在于：所述制备步骤为：按配方将铝型材厂污泥、高岭土和TiO2置于球磨机中研磨12-24小时，研磨的浆料经过过滤脱水、烘干和破碎，得到＜80目的统料；在统料中添加占统料重量的6～7％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，冷却至室温，得到钛酸铝—莫来石的复相材料。
6.根据权利要求4或5所述的利用铝型材厂污泥合成钛酸铝—莫来石复相材料的制备方法，其特征在于：所述的钛酸铝—莫来石复相材料反应烧结温度范围为1300-1500℃，反应烧结保温时间为1-6小时。
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