CN104291853A - 一种循环硫化床粉煤灰陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种循环硫化床粉煤灰陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷及其制备方法，本发明的粉煤灰多孔陶瓷的原料由循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂组成。各原料所占的质量百分比例是30～70％，30～70％，5～30％和0.1～1％。激发剂是偏硅酸钠和NaOH的混合物，与循环硫化床粉煤灰、造孔剂和粘结剂混合球磨，干压成型，在800-1100℃烧结1-10小时得到多孔陶瓷。

Description

一种循环硫化床粉煤灰陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种循环硫化床粉煤灰陶瓷及其制备方法。
技术背景
粉煤灰是火力发电厂的主要固体废弃物和副产品，也是我国当前排放量最大的工业废渣之一。据统计，我国2010至2013年的粉煤灰年排放量从4.8亿吨增长到5.32亿吨。大量的粉煤灰堆放占用了我国大量土地资源，也造成了严重的环境污染。
循环硫化床燃烧技术是一种新型燃煤技术，燃烧过程中加入大量的脱硫剂，由于其在800～900℃中温运行，所以热效率较高，污染排放较少，同时有脱硫脱硝的作用。近年来，我国建设了大量的循环硫化床电厂，相应的每年也会产生数百万吨至上亿吨的循环硫化床粉煤灰。不同于煤粉炉粉煤灰，循环流化床粉煤灰通常在800～900℃下产生，具有低活性，高比表面，高氧化钙含量，高硫含量等特点。
当前，循环硫化床粉煤灰主要用于电厂脱硫剂、水泥混凝土掺合料、轻质建材等。由于其燃烧温度低、Si、Al活性相对较高，而且灰中含有大量的石英和莫来石晶相。粉煤灰中的莫来石，可以免去烧制前期形成晶核所要求体系的自由能，大大降低的烧结能耗和时间。因此，循环硫化床粉煤灰很适合低温烧结，废弃物资源二次利用，变废为宝，制备陶瓷产品，从经济和环保角度都有重大意义。
发明内容
为了提高循环硫化床粉煤灰的利用率和利用范围，本发明提供了一种制备工艺简单，性能稳定，烧结的循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的多孔陶瓷材料的原料，包括循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂、粘结剂。
所述碱性激发剂包括Na2SiO3·9H2O和NaOH，所述造孔剂是石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种；所述粘结剂是含1～3wt.％甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或多种的水溶液。
本发明的多孔陶瓷材料包括以下质量配比的原料：
循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂所占的质量百分比例分别是30～70％，30～70％，5～30％和0.1～1％；
所述循环硫化床粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
所述激发剂：包括Na2SiO3·9H2O和NaOH，均为工业级；
所述造孔剂：石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种，粒径在5～100μm；
所述粘结剂：含1～3wt.％甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或多种的水溶液。
制得的多孔陶瓷材料中，SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5～4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5～2。
6、一种多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备过程：
将循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂混合球磨30-60min；
将所述混合料干压成型，干压强度为100～200MPa；
干压成型后，将坯体放入烘箱中，在80～120℃下烘干1～4h，
烘干坯体在800-1100℃下烧结1-10h，得到所述的多孔陶瓷材料。
本发明制备工艺简单，性能优良、稳定，中温烧结，成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例给出的多孔陶瓷材料的物相分析图
具体实施方式
本发明一实施例给出了一种多孔陶瓷材料，包括循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷材料，主要由以下原料制成：循环硫化床粉煤灰为主的硅铝质粉体原料、激发剂、造孔剂和粘结剂等，其中激发剂由Na2SiO3·9H2O和NaOH组成。造孔剂是石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种。粘结剂是含1～3wt.％甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或多种的水溶液。各种原料的配比分别为：
循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂所占的质量百分比例分别是30～70％，30～70％，5～30％和0.1～1％；
所述循环硫化床粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
所述激发剂：包括Na2SiO3·9H2O和NaOH，均为工业级；
所述造孔剂：石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种，粒径在5～100μm；
制得的多孔陶瓷材料中，SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5～4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5～2。
本发明实施例给出了上述多孔陶瓷材料的制备方法，包括：
1)将循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂混合球磨30-60min，可以球磨30、40、50、60min等，直至球磨均匀；
2)将所述混合料干压成型，干压强度为100～200MPa，可以是100、150、200MPa；
3)干压成型后，将坯体放入烘箱中，在80～120℃下烘干1～4h，可以是80、90、100、110、120℃，烘干时间可以是1、2、3、4h；
4)烘干坯体在800-1100℃下烧结1-10h，可以是800、900、1000、1100℃，保温时间可以是1、3、5、7、10h，得到所述的多孔陶瓷材料。
实施例一：
称取循环硫化床粉煤灰300g，淀粉58g，Na2SiO3·9H2O120g，NaOH40g和3wt.％聚乙烯醇溶液4.6g，充分混合球磨60min；将混合料装入模具，100MPa下干压成型。
坯体在烘箱内，80℃烘干3h，再放入马弗炉中空气气氛下烧结。首先1℃min升温至200℃保温1h，再以1.5℃min升温至400℃保温1h，再以2℃/min升温至900℃保温6h，再以2℃/min降温至400℃，随炉冷却至室温，出炉，质检，即制得循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷成品。
实施例二：
称取循环硫化床粉煤灰300g，煤粉94g，Na2SiO3·9H2O380g，NaOH5g和2wt.％甲基纤维素溶液6.8g，充分混合球磨60min；将混合料装入模具，150MPa下干压成型。
坯体在烘箱内，90℃烘干2h，再放入马弗炉中空气气氛下烧结。首先1℃/min升温至200℃保温1h，再以1.5℃/min升温至400℃保温1h，再以2℃/min升温至1000℃保温4h，再以2℃/min降温至400℃，随炉冷却至室温，出炉，质检，即制得循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷成品。
实施例三：
称取循环硫化床粉煤灰300g，石墨150g，Na2SiO3·9H2O 460g和3wt.％羟丙基纤维素6g，充分混合球磨40min；将混合料装入模具，200MPa下干压成型。
坯体在烘箱内，100℃烘干1h，再放入马弗炉中空气气氛下烧结。首先1℃/min升温至200℃保温1h，再以1.5℃/min升温至400℃保温1h，再以2℃/min升温至1100℃保温3h，再以2℃/min降温至400℃，随炉冷却至室温，出炉，质检，即制得循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷成品。
实施例四：
称取循环硫化床粉煤灰300g，煤粉87g，Na2SiO3·9H2O 290g，NaOH 10g和1wt.％羧甲基纤维素3g，充分混合球磨30min；将混合料装入模具，200MPa下干压成型。
坯体在烘箱内，110℃烘干1h，再放入马弗炉中空气气氛下烧结。首先1℃/min升温至200℃保温1h，再以1.5℃/min升温至400℃保温1h，再以2℃/min升温至1000℃保温3h，再以2℃/min降温至400℃，随炉冷却至室温，出炉，质检，即制得循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷成品。
实施例五：
称取循环硫化床粉煤灰300g，淀粉120g，Na2SiO3·9H2O 690g和3wt.％羧甲基纤维素10g，充分混合球磨60min；将混合料装入模具，150MPa下干压成型。
坯体在烘箱内，90℃烘干3h，再放入马弗炉中空气气氛下烧结。首先1℃/min升温至200℃保温1h，再以1.5℃/min升温至400℃保温1h，再以2℃/min升温至800℃保温8h，再以2℃/min降温至400℃，随炉冷却至室温，出炉，质检，即制得循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷成品。
本发明的多孔陶瓷材料以循环硫化床粉煤灰为主要原料，结合激发剂和造孔剂，应用先进的化学激发与造孔制备而成，制作工艺简单、性能可靠，稳定性好。产品可用作防火材料、保温材料、隔音材料、绝热材料等。
以上所述，仅为本发明优化的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的。

Claims (4)

1.一种循环硫化床粉煤灰多孔陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷材料包括循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂。 
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷材料，其特征在于，所述碱性激发剂包括Na2SiO3·9H2O和NaOH，所述造孔剂是石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种；所述粘结剂是含1～3wt.％甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或多种的水溶液。 
3.根据权利要求2所述的多孔陶瓷材料，其特征在于，所述多孔陶瓷的原材料包括以下质量配比的原料： 
循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂所占的质量百分比例分别是30～70％，30～70％，5～30％和0.1～1％； 
所述循环硫化床粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％； 
所述激发剂：包括Na2SiO3·9H2O和NaOH，均为工业级； 
所述造孔剂：石墨、碳粉或淀粉中的一种或多种，粒径在5～100μm； 
所述粘结剂：含1～3wt.％甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或多种的水溶液。 
制得的多孔陶瓷材料中，SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5～4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5～2。 
4.一种多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备过程： 
将循环硫化床粉煤灰、激发剂、造孔剂和粘结剂混合球磨30-60min； 
将所述混合料干压成型，干压强度为100～200MPa； 
干压成型后，将坯体放入烘箱中，在80～120℃下烘干1～4h， 
烘干坯体在800-1100℃下烧结1-10h，得到所述的多孔陶瓷材料。 
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