CN104446595B - 一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；所述基料的组成为稀土尾砂40～65wt％、铝矾土30～60wt％、莫来石粉0～5wt％；以基料计，所述添加剂的组成为粘结剂4～6wt％、塑化剂8～10wt％、润滑剂1～2wt％，所述水的用量为19～21wt％。此外还公开了上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体。此外还公开了上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制造方法。本发明在废弃资源得到充分利用的同时，以较低的成本实现了蜂窝陶瓷蓄热体的生产，产品强度高、密度高，可满足各种蓄热式装置中蓄热材料的性能要求，能够有效促进稀土尾砂的资源化利用、以及蜂窝陶瓷蓄热体技术的应用和发展。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体及其制造方法。
背景技术
蜂窝陶瓷蓄热体目前广泛应用于工业热工设备节能技术领域，是工业热工设备提高效率、降低能耗、提高产量和改善质量的有效措施，是解决能源与环境问题的重要且有效手段。蜂窝蓄热体截面孔主要有正方形和正六边形两种孔结构，且孔道是相互平行的直通道结构。这种结构大大降低了气体流经的阻力，大幅度提高了蓄热体的单孔体积换热效率。
目前，现有技术蜂窝陶瓷蓄热体的材质主要有堇青石质、铝质、莫来石质或者刚玉莫来石质、堇青石-莫来石质等。其中，堇青石材料是由滑石、氧化镁或者轻烧镁、氧化铝或者高岭土煅烧合成，莫来石材料是由氧化铝和高岭土煅烧合成，并且两种材料的煅烧温度都很高(均需要在1400℃以上)，因而成本高、资源能源浪费大，不利于蜂窝陶瓷蓄热体的应用和发展。
稀土尾砂是提取稀土后剩余的尾砂，由于主要是采取堆积或填埋的方式进行处理，因此不仅占地面积增大，对环境造成严重的污染并存在极大的安全隐患，而且造成大量的资源浪费，给企业和地区经济的发展带来很多不利的影响。对稀土尾砂的资源再生利用，不仅是我国稀土产区发展的战略需求，也是我国建立资源、能源节约型社会的迫切要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以稀土尾砂为原料制备的蜂窝陶瓷蓄热体，在废弃资源得到充分利用的同时，以较低的成本实现蜂窝陶瓷蓄热体的生产，从而促进稀土尾砂的资源化利用、以及蜂窝陶瓷蓄热体技术的应用和发展。本发明的另一目的在于提供上述蜂窝陶瓷蓄热体的制造方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；所述基料的组成为稀土尾砂40～65wt％、铝矾土30～60wt％、莫来石粉0～5wt％；以基料计，所述添加剂的组成为粘结剂4～6wt％、塑化剂8～10wt％、润滑剂1～2wt％，所述水的用量为19～21wt％。
进一步地，本发明所述基料物料的粒度为325目筛以下。所述粘结剂为甲基纤维素、塑化剂为甘油、润滑剂为油酸。
上述方案中，本发明所述稀土尾砂其化学组成含有SiO276.54～77.10wt％、Al2O317.5～18.06wt％、Fe2O31.98～2.11wt％、TiO20.38～0.46wt％、K2O1.21～1.58wt％、Na2O0.43～0.49wt％、CaO0.22～0.28wt％、MgO1.18～1.33wt％；其矿物组成含有高岭土42.29～43.82wt％、石英48.16～49.69wt％、长石3.9～4.1wt％、白云母0.68～0.76wt％、黑云母1.36～1.42wt％、钛磁铁矿及含铁矿物1.65～1.72wt％、其它0.43～0.54wt％。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制造方法如下：
将所述基料各组成配料混料均匀，并在捏合机中搅拌混合1～1.5h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥陈腐后进行过滤，然后重复进行真空练泥；之后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1350～1400℃温度下烧成，优选地，烧成温度为1370～1390℃，保温2～3h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明蜂窝陶瓷蓄热体以大量的稀土尾砂为主要原料，不仅大大降低了蜂窝陶瓷蓄热体的生产成本，而且充分利用了资源，减少了稀土尾砂对环境的危害，变废为宝，具有重大的经济效益和社会效益，符合我国稀土产区对稀土尾砂再生利用的战略需求，也符合我国建立资源、能源节约型社会的要求。
(2)本发明制备的蜂窝陶瓷蓄热体强度高、密度高(抗压强度纵向达到35～40MPa、抗压强度横向达到9～11MPa、真密度为2.6～2.8g/cm3、吸水率为0.1～0.5％)，可满足各种蓄热式装置中蓄热材料的性能要求。
(3)本发明工艺简单，烧成温度较低(比现有技术烧成温度降低50℃左右)，原料成本低(可节约30％以上)，有利于节能减排和产业化的实现。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例采用的稀土尾砂来源于江西赣南寻乌县稀土矿区，其化学组成含有SiO276.54～77.10wt％、Al2O317.5～18.06wt％、Fe2O31.98～2.11wt％、TiO20.38～0.46wt％、K2O1.21～1.58wt％、Na2O0.43～0.49wt％、CaO0.22～0.28wt％、MgO1.18～1.33wt％；其矿物组成含有高岭土42.29～43.82wt％、石英48.16～49.69wt％、长石3.9～4.1wt％、白云母0.68～0.76wt％、黑云母1.36～1.42wt％、钛磁铁矿及含铁矿物1.65～1.72wt％、其它0.43～0.54wt％。
实施例一：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂40wt％、铝矾土60wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素6wt％、塑化剂甘油8wt％、润滑剂油酸1wt％，水的用量为21wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1370℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例二：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂50wt％、铝矾土50wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素6wt％、塑化剂甘油8wt％、润滑剂油酸1wt％，水的用量为21wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1.5h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1370℃温度下烧成，保温3h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例三：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂40wt％、铝矾土55wt％、莫来石粉5wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素6wt％、塑化剂甘油10wt％、润滑剂油酸2wt％，水的用量为21wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1390℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例四：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂65wt％、铝矾土30wt％、莫来石粉5wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素4wt％、塑化剂甘油8wt％、润滑剂油酸1wt％，水的用量为21wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1370℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例五：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂45wt％、铝矾土50wt％、莫来石粉5wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素6wt％、塑化剂甘油8wt％、润滑剂油酸2wt％，水的用量为19wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1390℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例六：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂60wt％、铝矾土35wt％、莫来石粉5wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素6wt％、塑化剂甘油8wt％、润滑剂油酸1wt％，水的用量为21wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1370℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例七：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂40wt％、铝矾土58wt％、莫来石粉2wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素8wt％、塑化剂甘油10wt％、润滑剂油酸2wt％，水的用量为19wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1390℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
实施例八：
1、本实施例一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，包括基料、添加剂和水；其中基料的组成为稀土尾砂55wt％、铝矾土40wt％、莫来石粉5wt％；以基料计，添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素7wt％、塑化剂甘油9wt％、润滑剂油酸1wt％，水的用量为20wt％。
2、本实施例上述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，其步骤如下：
将基料各组成配料混料均匀(基料物料的粒度为325目筛以下)，并在捏合机中搅拌混合1h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥装入塑料袋陈腐2天后进行过滤，重复进行一次真空练泥；然后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1370℃温度下烧成，保温2h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
性能测试：
本发明上述各实施例制备的蜂窝陶瓷蓄热体的性能测试如下：
1、抗压强度：采用电子万能试验机(抗折、抗压强度测试)，按照公式抗压强度σ(MPa)＝试件破坏荷载F(N)/试件承压面积S(mm2)。蜂窝陶瓷抗压强度分为纵向和横向。
2、吸水率：表示物体在正常大气压下吸水程度的物理量，按照公式吸水率W(％)＝100％×(m1-m0)/m0，其中，m0为干燥试样在空气的质量(g)，m1为水饱和试样在空气中的质量(g)。
3、真密度：表示材料在绝对密实状态下的单位体积内固体物质的实际体积(不包括内部空隙)，采用真密度分析仪TD-1200测定，按照公式真密度ρ(g/cm3)＝m(g)/V(cm3)。
测试结果如表1所示。
表1本发明各实施例制备的蜂窝陶瓷蓄热体的性能指标
本发明一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体及其制造方法，各组分用量及其工艺参数不局限于上述列举的实施例。
Claims (6)
1.一种利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，其特征在于：包括基料、添加剂和水；所述基料的组成为稀土尾砂40～65wt％、铝矾土30～60wt％、莫来石粉0～5wt％；以基料计，所述添加剂的组成为粘结剂甲基纤维素4～6wt％、塑化剂甘油8～10wt％、润滑剂油酸1～2wt％，所述水的用量为19～21wt％。
2.根据权利要求1所述的利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，其特征在于：所述基料物料的粒度为325目筛以下。
3.根据权利要求1所述的利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，其特征在于：所述稀土尾砂其化学组成含有SiO276.54～77.10wt％、Al2O317.5～18.06wt％、Fe2O31.98～2.11wt％、TiO20.38～0.46wt％、K2O1.21～1.58wt％、Na2O0.43～0.49wt％、CaO0.22～0.28wt％、MgO1.18～1.33wt％。
4.根据权利要求1或3所述的利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体，其特征在于：所述稀土尾砂其矿物组成含有高岭土42.29～43.82wt％、石英48.16～49.69wt％、长石3.9～4.1wt％、白云母0.68～0.76wt％、黑云母1.36～1.42wt％、钛磁铁矿及含铁矿物1.65～1.72wt％、其它0.43～0.54wt％。
5.权利要求1-4之一所述利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制造方法，其特征在于：将所述基料各组成配料混料均匀，并在捏合机中搅拌混合1～1.5h；然后加入添加剂和水进行捏合而形成泥状；经真空练泥陈腐后进行过滤，然后重复进行真空练泥；之后进行挤出成型，经微波干燥和热风干燥后，在1350～1400℃温度下烧成，保温2～3h，获得蜂窝陶瓷蓄热体。
6.根据权利要求5所述的利用稀土尾砂制备的蜂窝陶瓷蓄热体的制造方法，其特征在于：所述烧成温度为1370～1390℃。
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