CN102557717A

CN102557717A - 一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102557717A
Application number: CN2012100729474A
Authority: CN
Inventors: 鄢文; 李楠; 柯昌明; 魏耀武; 韩兵强; 余桂林; 李友胜
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN102557717B

Abstract

本发明涉及一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法。其技术方案是：先以16~27wt%的煤矸石粉、38~44wt%的Al(OH)₃粉、5~8wt%的滑石粉、8~13wt%的菱镁矿粉和16~25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料3~12wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥8~36小时，然后加热至1320~1450℃，保温2~6小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。其中：煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm；成型为机械压制或为手工捣打。本发明具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。

Description

一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料技术领域。尤其涉及一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

我国现有热电厂几百座、工业锅炉/窑炉几十万台，每年排放的烟尘高达1亿吨以上，排放大量含有微细杂质粒子及有害化学物质的高温气体，造成了严重的环境污染（其中燃煤锅炉造成的大气污染占70%左右），不仅严重影响了人们的心身健康，而且严重制约了工业的进一步发展。因此，开展高温含尘气体的净化技术及材料的研究，对于环境保护、节约能源、实现社会的可持续发展具有十分重要的意义。

堇青石是一种硅酸盐矿物，其理论组成为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，具有很小的热膨胀系数、优异的抗热震性和较好的化学稳定性，使得多孔堇青石陶瓷具有优异的性能，是适合用于高温含尘气体净化的多孔材料之一。但由于堇青石熔点相对较低（1460℃）、强度不够高，使得多孔堇青石陶瓷的应用范围受到限制。莫来石的理论组成为3Al₂O₃·2SiO₂，除了具有较小的热膨胀系数、良好的抗热震性，还有很好的机械强度和很高的熔点（1850℃）。将堇青石和莫来石复合，能提高机械强度和高温性能，故堇青石—莫来石复合材料的机械强度和高温性能都优于堇青石材料。

关于多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的研究目前已有一定的进展，但仍存在一些问题：如“一种利用固体废弃物合成多孔堇青石—莫来石复相材料的方法”（ CN200910180637.2）专利技术，以煤矸石、废弃耐火材料及木屑造孔剂为原料，经烧成后制得了多孔堇青石—莫来石陶瓷，但木屑造孔剂燃烧后产生CO₂，造成了二次污染，不利于环境保护；“特种轻质隔热堇青石莫来石窑车砖”（ 201120072917.4）专利技术，制备轻质堇青石—莫来石陶瓷时，也加入了造孔剂，同样会产生CO₂，造成了二次污染；文献（倪文，刘凤煤。煤矸石菱镁矿合成堇青石-莫来石隔热砖研究。矿产综合利用，1999, 1：35-38）以煤矸石、菱镁矿和除铁矾土为主要原料，采用有机物燃尽法制备堇青石—莫来石隔热材料，也存在同样问题；又如“一种堇青石—莫来石轻质耐火砖及其制备方法”（ CN 200410006302.6）专利技术，以煤矸石、菱苦土和除铁矾土主要原料，以锯末等无机物为造孔剂，经烧成后也制得了多孔堇青石—莫来石陶瓷，但一方面造孔剂会产生CO₂污染，另一方面，制备的多孔堇青石—莫来石陶瓷的强度很低，实施例中最大抗压强度只有4MPa；再如“一种高温气体过滤器支撑体及其制备方法”（ CN200910159655.2）专利技术，以粒径为0.074～0.088mm的堇青石和莫来石颗粒为主要原料，经烧成后制得了多孔堇青石—莫来石陶瓷，但一方面堇青石、莫来石原料合成时就已经耗费了大量能源，另一方面，特殊粒径（0.074～0.088mm）会造成原料成本偏高。

综上所述，目前关于多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备存在四个问题：（1）造孔剂燃烧产生气孔后，生成的CO₂会造成二次污染；（2）以合成材料为原料，增加了成本和能源消耗；（3）以特殊粒度材料为原料，增加了原料制作成本；（4）制得的多孔堇青石—莫来石陶瓷材料的强度很低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备方法，用该方法制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以16~27wt%的煤矸石粉、38~44wt%的Al(OH)₃粉、5~8wt%的滑石粉、8~13wt%的菱镁矿粉和16~25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料3~12wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥8~36小时，然后加热至1320~1450℃，保温2~6小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

上述技术方案中：所述煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm；所述成型为机械压制或为手工捣打。

由于采用上述技术方案，本发明利用原料自身分解原位产生贯通状气孔，避免了因添加造孔剂形成CO₂造成二次污染，有利于环境保护；分解后的原料原位反应生成堇青石和莫来石，形成了堇青石和莫来石分布均匀的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料，具有更高的强度和更佳的高温性能。同时，还具有成本低、节约能源、物相组成、显气孔率和气孔孔径可控的优点。

本发明所制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料：主要物相为15~85wt%堇青石、14~84wt%莫来石和1~5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均匀，气孔结构为贯通状，显气孔率为35~60%，平均孔径为15~100μm，体积密度为1.30~1.65g/cm³，常温耐压强度为20~80MPa，透气度为8.0×10^-13~1.0×10^-10m²的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

因此，本发明具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，所制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法：先以16~19wt%的煤矸石粉、38~40wt%的Al(OH)₃粉、6~8wt%的滑石粉、11~13wt%的菱镁矿粉和22~25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料3~6wt%的水搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥8~24小时，然后加热至1320~1380℃，保温2~4小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

本实施例中：煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm；成型为机械压制，成型压力为20~80MPa。

本实施例制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料：主要物相为65~85wt%堇青石、14~34wt%莫来石和1~5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均匀，气孔结构为贯通状，显气孔率为40~55%，平均孔径为30~60μm，体积密度为1.40~1.52g/cm³，常温耐压强度为30~50MPa，透气度为8.0×10^-12~9.0×10^-11m²的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

实施例2

一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法：先以18~23wt%的煤矸石粉、39~42wt%的Al(OH)₃粉、6~8wt%的滑石粉、9~12wt%的菱镁矿粉和19~23wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料8~12wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥24~36小时，然后加热至1350~1420℃，保温3~5小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

本实施例中：煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm；成型为手工捣打。

本实施例制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料：主要物相为45~75wt%堇青石、24~54wt%莫来石和1~5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均匀，气孔结构为贯通状，显气孔率为45~60%，平均孔径为50~100μm，体积密度为1.30~1.50g/cm³，常温耐压强度为20~40MPa，透气度为5.0×10^-11~1.0×10^-10m²的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

实施例3

一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法：先以23~27wt%的煤矸石粉、42~44wt%的Al(OH)₃粉、5~7wt%的滑石粉、8~10wt%的菱镁矿粉和16~19wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料4~8wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥18~24小时，然后加热至1380~1450℃，保温3~6小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

本实施例中：煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于44μm；成型为机械压制，成型压力为50~100MPa。

本实施例制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料：主要物相为15~45wt%堇青石、54~84wt%莫来石和1~5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均匀，气孔结构为贯通状，显气孔率为35~45%，平均孔径为15~50μm，体积密度为1.48~1.65g/cm³，常温耐压强度为40~80MPa，透气度为8.0×10^-13~8.0×10^-12m²的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

本具体实施方式利用原料自身分解原位产生贯通状气孔，避免了因添加造

孔剂形成CO₂造成二次污染，有利于环境保护；分解后的原料原位反应生成堇青石和莫来石，形成了堇青石和莫来石分布均匀的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料，具有更高的强度和更佳的高温性能。同时，还具有成本低、节约能源、物相组成、显气孔率、气孔孔径可控的优点。

本具体实施方式所制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料：主要物相为

15~85wt%堇青石、14~84wt%莫来石和1~5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均匀，气孔结构为贯通状，显气孔率为35~60%，平均孔径为15~100μm，体积密度为1.30~1.65g/cm³，常温耐压强度为20~80MPa，透气度为8.0×10^-13~1.0×10^-10m²的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

因此，本具体实施方式具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，所制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。

Claims

1.一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于先以16~27wt%的煤矸石粉、38~44wt%的Al(OH)₃粉、5~8wt%的滑石粉、8~13wt%的菱镁矿粉和16~25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料3~12wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥8~36小时，然后加热至1320~1450℃，保温2~6小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述煤矸石粉、Al(OH)₃粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm。

3.根据权利要求1所述的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述成型为机械压制或为手工捣打。

4.根据权利要求1~3项中任一项所述的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料的制备方法所制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。