CN102557711A - 利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其原料成分及其质量百分比含量为：30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的铝矾土，5～15wt％的工业氟化铝。制备方法是：先按上述配方配料，混合球磨至中位粒径≤10μm，干燥后与固相总含量30～40wt％的淀粉和原料总质量5％的分散剂聚乙二醇混合，加入适量水调整总固相含量达到70wt％，球磨使各物料分散均匀；注模成型；再于1300℃～1500℃烧成。本发明实现了粉煤灰的高值利用，莫来石含量高，耐高温性能好，孔径级配合理，孔分布均匀，本发明可用于过滤和吸附有毒气体或者离子环境以及复合材料领域。

Description

利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体涉及一种利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料及其制备方法。 

背景技术

粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物，近年来，由于它的大量堆积对环境造成了巨大的压力。它是一定细度的煤粉在锅炉中燃烧(1100～1500℃)后，由除尘器收集到的粉状物质，又称“飞灰”。它的物相以玻璃质微珠为主，其次为结晶相，主要结晶相为莫来石、石英刚玉、磁铁矿等。自二十世纪六十年代以来各国就已经开始研究利用粉煤灰生产多孔陶瓷材料。已有报道这种材料作为一种新型水处理材料，含油废水处理的过滤材料，代替传统水处理中深度处理用滤料等。但这种材料因含有大量的玻璃相而使材料的耐高温使用性能差，有文献和专利报道了高纯氧化铝、二氧化硅和氟化硅气体反应形成具有较高气孔率、良好的耐高温性能和抗热震性能的多孔莫来石质陶瓷。这类多孔莫来石质陶瓷成本较高，且通过含氟气体控制反应使合成过程难于控制并有一定的危险性。于是如何制备成本低、工艺简单、高性好的多孔莫来石陶瓷是亟待解决的问题。 

莫来石，作为一种重要的传统和先进陶瓷材料，备受社会关注。它具有优良的热学和机械性能，如：低的热膨胀系数、热导热系数；高的断裂韧性和高温抗折强度；高的耐热冲击性；低的介电常数和介电损耗；很强的耐酸碱腐蚀能力等等。多孔莫来石陶瓷可应用于有耐热性和耐腐性要求的窑炉耐火材料、各种陶瓷烧成用窑具如匣钵、棚板等，以及金属熔液用过滤器、废气净化用催化载体等领域。目前在过滤和催化领域使用的多孔陶瓷主要为碳化硅质和堇青石质。前者成本高，能耗大；后者耐热性能差，易产生热斑。莫来石质可降低多孔陶瓷成本，并使其具有较好的耐热性能和较小的能耗。 

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺点和不足，提供一种利用固体污染物粉煤灰制备的多孔过滤材料，达到节能减排，绿色环保的目的，同时提供一种工艺简单，制备的多孔过滤材料孔径级配合理，孔分布均匀，莫来石含量高，耐高温性能好，适合于高低温多种应用要求的多孔过滤材料的制备方法。 

本发明通过对煤炭燃烧后产生的粉煤灰直接进行利用，利用粉煤灰中的主要成分是氧化铝和氧化硅，通过加入少量的粘结剂和造孔剂使价值低廉的粉煤灰变成高价值的多孔莫来石陶瓷过滤材料。本发明通过如下技术方案予以实现。 

一种利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其原料成分及其质量百分比含量为： 30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的铝矾土，5～15wt％的工业氟化铝。 

所述粉煤灰中含有Al₂O₃≥35wt％，SiO₂≥53wt％，Fe₂O₃≤3wt％；所述铝矾土中含有Al₂O₃≥70wt％，SiO₂≥10wt％，Fe₂O₃≤0.5wt％。 

所述粉煤灰为山西神头发电厂的粉煤灰。 

所述铝矾土为山西省阳泉市中阳耐火材料厂的铝矾土。 

利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料的制备方法，具有如下步骤： 

(1)配料 

按原料成分及其质量百分比含量为：30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的铝矾土，5～15wt％的工业氟化铝进行配料，混合球磨至中位粒径≤10μm；干燥后再加入固相总含量的30～40wt％淀粉和固相总含量的5％分散剂聚乙二醇混合，再加入适量水调整总固相含量达到70wt％，球磨，使各物料分散均匀； 

(2)注模成型 

将步骤(1)的混合浆料注入预热后的模具，在80℃加热固化，脱模后于100℃下干燥，制成多孔莫来石陶瓷坯体； 

(3)烧成 

将步骤(2)干燥后的坯体在高温炉中大气环境下烧成，以5℃/min的升温速度加热至400℃保温0.5h，再以10℃/min速度加热至1300℃～1500℃，保温2～4h，自然冷却，制成多孔莫来石陶瓷。 

本发明的有益效果是，提供了一种利用燃烧后产生的固体污染物粉煤灰制备的多孔过滤材料，本发明通过加入少量的粘结剂和造孔剂使价值低廉的粉煤灰变成高价值的多孔莫来石过滤材料，在减少固体废弃物和空气污染的同时，实现了粉煤灰的高值利用。本发明的多孔过滤材料孔径级配合理，孔分布均匀，莫来石含量高，耐高温性能好，适合于高低温多种应用要求。本发明不仅可用于过滤和吸附有毒气体或者离子的环境领域，还可以应用于复合材料领域，对于陶瓷基多孔过滤材料等研究有着深远而广泛的意义。 

附图说明

图1是本发明多孔莫来石过滤材料的XRD图； 

图2是本发明多孔莫来石过滤材料的SEM图。 

具体实施方式

实施例1 

选用磁选30wt％的粉煤灰、55wt％的铝矾土进行配料，加入15wt％AlF₃，球磨干燥后，外加30wt％淀粉，5wt％聚乙二醇，再加入去离子水，体系固相含量为70wt％。球磨30min，将料浆注入尺寸为15mm×25mm×140mm模具中成型，并在恒温干燥箱中80℃固化，脱模后继续在100℃烘干至恒重。再将坯体置于高温炉中，以5℃/min的升温速度加热至400℃保温0.5h，再以10℃/min速度加热至1500℃，保温2h，得到多孔莫来石过滤材料。图1与图2均来自实施例1，图1表示该陶瓷的主要晶相为莫来石相，图2表示该陶瓷具有多孔 结构。 

将制得的多孔莫来石过滤材料采用排水法测定气孔率，测定方法参见《多孔功能陶瓷制备与应用》，化学工业出版社，2006年第一版教材；抗弯强度、孔道直径、耐酸性分别按GB/T 1965-1996，GB/T 1967-1996，GB/T 1970-1996测定；水淬法测定其抗热冲击性，以1000℃～20℃水冷循环4次，以强度变化百分数表征；各项性能测定结果详见表1。 

实施例2 

选用磁选30wt％的粉煤灰、60wt％的铝矾土进行配料，加入10wt％AlF₃，球磨干燥后，外加30wt％淀粉，烧制温度为1400℃，其它工艺条件完全同于实施例1。 

各项性能测定结果详见表1。 

实施例3 

选用磁选30wt％的粉煤灰、65wt％的铝矾土进行配料，加入5wt％AlF₃，球磨干燥后，外加30wt％淀粉，烧制温度为1400℃，其它工艺条件完全同于实施例1。 

各项性能测定结果详见表1。 

实施例4 

选用磁选34wt％的粉煤灰、58wt％的铝矾土进行配料，加入8wt％AlF₃，球磨干燥后，外加20wt％淀粉，烧制温度为1400℃，其它工艺条件完全同于实施例1。 

各项性能测定结果详见表1。 

实施例5 

选用磁选34wt％的粉煤灰、58wt％的铝矾土进行配料，加入8wt％AlF₃，球磨干燥后，外加30wt％淀粉，烧制温度为1400℃，其它工艺条件完全同于实施例1。 

各项性能测定结果详见表1。 

实施例6 

选用磁选34wt％的粉煤灰、58wt％的铝矾土进行配料，加入8wt％AlF₃，球磨干燥后，外加40wt％淀粉，烧制温度为1400℃，其它工艺条件完全同于实施例1。 

各项性能测定结果详见表1。 

表1 

本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。 

Claims (5)

1.一种利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其原料成分及其质量百分比含量为：30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的铝矾土，5～15wt％的工业氟化铝。

2.根据权利要求1的利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其特征在于，所述粉煤灰中含有Al₂O₃≥35wt％，SiO₂≥53wt％，Fe₂O₃≤3wt％；所述铝矾土中含有Al₂O₃≥70wt％，SiO₂≥10wt％，Fe₂O₃≤0.5wt％。

3.根据权利要求1的利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其特征在于，所述粉煤灰为山西神头发电厂的粉煤灰。

4.根据权利要求1的利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料，其特征在于，所述铝矾土为山西省阳泉市中阳耐火材料厂的铝矾土。

5.权利要求1的利用粉煤灰为原料的多孔过滤材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料

按原料成分及其质量百分比含量为：30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的铝矾土，5～15wt％的工业氟化铝进行配料，混合球磨至中位粒径≤10μm；干燥后再加入固相总含量的30～40wt％淀粉和固相总含量的5％分散剂聚乙二醇混合，再加入适量水调整总固相含量达到70wt％，球磨，使各物料分散均匀；

(2)注模成型

将步骤(1)的混合浆料注入预热后的模具，在80℃加热固化，脱模后于100℃下干燥，制成多孔莫来石陶瓷坯体；

(3)烧成

将步骤(2)干燥后的坯体在高温炉中大气环境下烧成，以5℃/min的升温速度加热至400℃保温0.5h，再以10℃/min速度加热至1300℃～1500℃，保温2～4h，自然冷却，制成多孔莫来石陶瓷。

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