CN102584190B - 改性高岭土低温制备莫来石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用改性高岭土低温制备莫来石的方法，旨在提供一种降低了陶瓷烧成温度，节省能耗，降低了生产成本和污染物排放莫来石的制备方法；其技术要点是：该方法依次包括下述步骤：1）以质量百分比计，配制成含有机酸2~20%和含氟化物1~5%的改性水溶液；2）取1质量份的高岭土，加入到1.3~1.5份步骤（1）配制的改性水溶液中，浸泡得到改性高岭土；3）将步骤（2）所得的改性高岭土放入高温炉煅烧，即得到纳米尺度针状莫来石；属于陶瓷材料制备技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种莫来石的制备方法，具体地说，是一种用改性高岭土低温制备莫来石的方法；属于陶瓷材料制备技术领域。
背景技术
莫来石，特别是涉及一种改性高岭土低温制备莫来石的方法，该莫来石是一种轻工及建筑材料，用于日用陶瓷、工艺陈设陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、耐火材料等。在陶瓷等硅酸盐材料生产中，由于原料硅酸盐矿物的硅氧键能大，烧成温度高，需要消耗大量的能源，不仅增加了生产成本，而且污染环境。传统陶瓷的主晶相为莫来石，由粘土矿物通过高温热分解反应形成，初次形成莫来石的温度在1150℃以上，较高的莫来石形成温度直接导致较高的陶瓷烧成温度。降低陶瓷生产中莫来石的形成温度可有效降低陶瓷的烧成温度，实现陶瓷生产节能减排的目的。
莫来石是SiO2-Al2O3二元系统中唯一稳定的化合物，是传统陶瓷制品的主晶相，具有导热率低、热膨胀系数小、抗蠕变和抗热震性好、高温强度大、化学稳定性好等性质，起着提高陶瓷强度的重要作用。莫来石一般有片状、颗粒状和针状等几种形态，其中针状莫来石易互相穿插构成坚固的骨架，形成空间网络结构，有利于阻止微裂纹扩展，对于提高陶瓷的断裂韧性具有重要意义。
目前莫来石的制备方法主要有以下几类：一是以铝质、硅质原料制备莫来石溶胶-凝胶前驱体，高温煅烧或气体催化制备莫来石；二是采用一种或数种低熔点的盐类作为反应介质，在熔盐中完成合成反应，制备莫来石；三是采用水热晶化法、沉淀法、喷雾热解法等制备莫来石；四是原位合成法制备莫来石，但是原位合成法制备的针状莫来石晶相含量普遍不高，为了提高莫来石生成量，降低生成温度，同时针状提高莫来石的长径比，很多研究探索了掺杂氧化物的作用，但是由于掺杂不同氧化物对莫来石的影响不同，对于掺杂氧化物种类的选择以及加入量的方面存在一定的困难。另外，为了降低莫来石的烧成温度，提高莫来石的含量并且促进致密烧结，常选用低温烧成原料或是易莫来石化的红柱石、硅线石等原料，这些天然矿物虽然储量丰富，但其伴生矿也多，其组成和性质也会由于成因的不同而有很大的差别，造成原料的不稳定性。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前改性高岭土制备莫来石的问题，提供一种在低温条件下用改性高岭土制备莫来石的方法，该方法降低了陶瓷烧成温度，节省能耗，降低了生产成本和污染物排放。
本发明的目的通过如下技术方案实现：该改性高岭土低温制备莫来石的方法，依次包括如下步骤：（1）以质量百分比计，配制成含有机酸2~20%和含氟化物1~5%的改性水溶液；（2）取1质量份的高岭土，加入到1.3~1.5份步骤（1）配制的改性水溶液中，浸泡得到改性高岭土；（3）将步骤（2）所得的改性高岭土放入高温炉煅烧，即得到纳米尺度针状莫来石。
上述的改性高岭土低温制备莫来石的方法，其中：步骤（1）所述的有机酸为柠檬酸、草酸、醋酸的其中之一或者它们的任意组合；所述的氟化物包括氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化氢铵的其中之一或者它们的任意组合。
上述的改性高岭土低温制备莫来石的方法，其中：步骤（2）所述的浸泡时间是12~48h，
上述的改性高岭土低温制备莫来石的方法，其中：步骤（3）所述的煅烧是在850~950℃段烧30~120分钟。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
（1）本发明在通过高岭土的改性，大幅度降低莫来石的形成温度，同样的高岭土，未改性煅烧1180℃，保温1小时，才可见明显莫来石生成，通过改性，煅烧温度降至850~950℃，高温保温时间30~120分钟，已有大量生成莫来石。
（2）本发明选择最为常见的陶瓷原料高岭土在较低的温度下合成出了纳米尺度针状莫来石，将之作为原料加入陶瓷配方，降低了陶瓷烧成温度，节省能耗，降低了生产成本和污染物排放；工艺简单、成本较低，便于应用到实际生产中。
（3）本发明所得到的针状莫来石互相穿插形成具有刚性骨架结构的空间网络，有助于提高陶瓷的断裂韧性和高温性能。
发明原理：在自然界中，我们可以看到一些现象，水稻、燕麦等植物通过根系分泌物可加速粘土等硅酸盐矿物的风化，硅酸盐细菌等微生物的可促进长石等硅酸盐矿物的分解。这些现象都说明了低分子有机酸能加速硅酸盐矿物结构的破坏，提高硅酸盐的反应活性。因此，利用低分子有机酸的活化作用和其有机配体的络合作用，对硅酸盐矿物进行改性，可有效破坏硅酸盐矿物的结构有序性，增强其反应活性，从而达到降低硅酸盐材料烧成温度的目的，节约能耗、降低生产成本，同时提高产品质量及实现低碳环保。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明。本发明有许多成功的实施例，下面列举4个代表性的实施例，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
在水中加入柠檬酸和氟化钠，以重量百分比计，配制成含柠檬酸20%和含氟化钠1%的改性水溶液，将高岭土以固液重量比1:1.5的比例加入到改性溶液中，浸泡36h，将溶液抽滤，用蒸馏水多次洗涤，在80℃下烘干，研磨成粉体，得到改性高岭土。将改性高岭土放入高温炉中，在870℃在煅烧，高温保温时间30分钟，即可生成针状莫来石。
实施例2
在水中加入草酸和氟化钾，以重量百分比计，配制成含草酸10%和含氟化钾2%的改性水溶液，将高岭土以固液重量比1:2.0的比例加入到改性溶液中，浸泡48h，将溶液抽滤，用蒸馏水多次洗涤，在80℃下烘干，研磨成粉体，得到改性高岭土。将改性高岭土放入高温炉中，在850℃在煅烧，高温保温时间45分钟，即可生成针状莫来石。
实施例3
在水中加入醋酸和氟化铵，以重量百分比计，配制成含醋酸2%和含氟化铵5%的改性水溶液，将高岭土以固液重量比1:2.5的比例加入到改性溶液中，浸泡48h，将溶液抽滤，用蒸馏水多次洗涤，在80℃下烘干，研磨成粉体，得到改性高岭土。将改性高岭土放入高温炉中，在930℃在煅烧，高温保温时间110分钟，即可得到针状莫来石。
实施例4
以重量百分比计，配制成含醋酸1%、柠檬酸2%和草酸2%的复合有机酸水溶液，配制含氟化钠1%、氟化钾1%、氟化氢铵1%的复合氟化物水溶液，将上述复合有机酸溶液和复合氟化物溶液混合，得到改性溶液。将高岭土以固液重量比1:2.25的比例加入到上述改性溶液中，浸泡40h，将溶液抽滤，用蒸馏水多次洗涤，在80℃下烘干，研磨成粉体，得到改性高岭土。将改性高岭土放入高温炉中，在950℃在煅烧，高温保温时间120分钟，即可得到针状莫来石。
与现有技术相比，本发明选择最为常见的陶瓷原料高岭土在较低的温度下合成出了纳米尺度针状莫来石，将之作为原料加入陶瓷配方，降低了陶瓷烧成温度，节省能耗，降低了生产成本和污染物排放。针状莫来石互相穿插形成具有刚性骨架结构的空间网络，有助于提高陶瓷的断裂韧性和高温性能。
Claims (3)
1.一种改性高岭土低温制备莫来石的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
（1）以质量百分比计，配制成含有机酸2~20%和含氟化物1~5%的改性水溶液；
（2）取1质量份的高岭土，加入到1.3~1.5份步骤（1）配制的改性水溶液中，浸泡12~48h得到改性高岭土；
（3）将步骤（2）所得的改性高岭土放入高温炉在850~950℃煅烧30~120分钟，即得到纳米尺度针状莫来石。
2.根据权利要求1所述的改性高岭土低温制备莫来石的方法，其特征在于：步骤（1）所述的有机酸为柠檬酸、草酸、醋酸的其中之一或者它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的改性高岭土低温制备莫来石的方法，其特征在于：步骤（1）所述的氟化物包括氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化氢铵的其中之一或者它们的任意组合。
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