CN104529506A - 一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及矿物材料技术领域,具体涉及是一种可用于高效吸附、催化的健康环保材料、催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土、高岭土和烧结助剂按70～90：5～25：1～10：1～10：1～10：1～10比例(重量)进行配料成为复合多孔矿物；(2)复合多孔矿物添加分散剂、粘结剂和水后，给入球磨机内研磨混合成为混合料；(3)将研磨好的混合料喷雾干燥成微珠；(4)将干燥后的微珠煅烧成型，可以达到的有益效果是：原料来源广，材料生产成本低，陶瓷烧结温度低，节能，有良好的应用前景。

Description

一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法
技术领域
本发明涉及矿物材料技术领域,具体涉及是一种可用于高效吸附、催化的健康环保材料、催化剂材料的制备方法。
背景技术
多孔陶瓷微珠是一种轻质无机非金属多孔材料。因其具有热导率低、比表面积大、吸附性强、堆积密度小、高温稳定性和化学稳定性良好等特性，在催化、分离、轻质建材、环保滤料等方面有着广泛应用而备受关注。目前，商品化的陶瓷微珠主要是以氧化铝、氧化锆、氧化铅和莫来石为主要原料制备的陶瓷材料，主要用作研磨介质，虽然强度高，但材料比表面积小、孔径分布不均，而且这些材料的高成本和制备过程中高能耗限制了多孔陶瓷微珠在许多方面的推广和应用。因此，寻找合适的原料，降低烧结温度和生产成本，对于多孔陶瓷微珠材料的更广泛应用有着积极的作用。
天然多孔矿物根据孔道形态可分为以下三类：具有三维孔道结构的硅藻土、沸石等；具有二维层状孔结构的蒙脱石、蛭石、石墨等；具有一维柱状孔结构的凹凸棒石、海泡石、石棉等。多孔矿物独特的孔道结构及形态是其具有吸附、离子交换、催化剂载体等多功能性的本质因素。但单一采用某种天然多孔矿物作为多孔陶瓷微珠制备原料，往往只能得到孔道形态及功能性单一的陶瓷材料。中国专利“一种硅藻土基多孔陶瓷微球的制备方法”(CN102391011B)利用硅藻土的多孔结构，采用加入造孔剂和喷雾造粒工艺使可以经济地制得比表面积大、粒径分布均匀、流动性较好的多孔陶瓷微球。但由于该技术仅采用硅藻土为造孔骨料，孔径分布特性及吸附特性单一，不利于催化剂与环保吸附剂的制备。
本发明针对目前功能性多孔陶瓷微珠的制备现状，特别是以天然矿物为原料制备陶瓷微珠的技术现状，提供一种利用复合天然多孔矿物的多级孔道结构特性生产多孔陶瓷微珠的方法。这种方法不仅生产成本低、原料来源广泛，直接综合了多种天然多孔矿物各自独特的孔结构及吸附特性，而且为废水处理、室内空气治理、调湿建材及催化剂制备及其他相关领域提供了一种吸附性能较好、催化负载活性高的多功能性材料的制备方法。这种多孔硅质材料在建材、化工等领域有广泛的用途。
本发明所采用的复合天然多孔矿物是由硅藻土、蛋白土、海泡石、凹凸棒石等按照一定配比复合而成，然后将上述复合材料与高岭土及添加剂混合制浆，通过喷雾造粒及煅烧成型工艺制备成强度较高、粒度在10-1000μm的陶瓷微珠材料。
所述硅藻土是一种主要成分为无定型SiO2、堆密度小、孔隙率大的天然硅质非金属矿物，因其独特的硅藻壳体结构、强吸附性、高孔隙度、耐高温等优良理化特性，已被大量用于化工、建材及环保领域。
所述蛋白土是一种主要成分为无定型SiO2、孔隙率较大的硅酸盐矿物，其孔径分布范围为零点几个纳米到几个纳米，具有比表面积较大，吸附性能强、化学性质稳定等特性，适合于作为催化剂载体材料。蛋白土在我国东北嫩江地区储量丰富，质量较好，具有来源广泛、生产成本较低等优势。
所述海泡石是一种富镁纤维状硅酸盐粘土矿物，具有特殊的孔道结构，比表面积和孔体积很大(理论总表面积可达900m2/g),具有极强的吸附、脱色及分散特性。
所述凹凸棒石是一种含镁的天然多孔硅酸盐矿物，结构中含有大量直径0.5～1.0nm左右的孔道，具有比表面积高、化学稳定性好、吸附性能强等特点，而且我国该资源储量较丰富，是一种具有性能优势和成本比较优势的天然多孔矿物材料。
发明内容
本发明的目的是针对目前多孔陶瓷微珠制备中的不足，以硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土等天然多孔矿物为基料，适量添加高岭土与烧结助剂，通过对工艺的控制，制备耐候性强、孔隙率高、比表面积大、粒径与微孔分布均匀、抗压强度高、比重小、吸附与负载性能好的多孔矿物基多功能新型陶瓷微珠材料。这种材料具有优良的环境污染治理功能，可广泛应用于室内空气污染控制和水污染治理及催化剂载体材料的制备。而且，该制备工艺生产成本低、工艺简单且制备过程可控。
本发明的内容是将硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土、高岭土和添加剂，按一定比例配料后与水、分散剂、粘结剂后加入球磨机中研磨混合，然后经喷雾造粒成型和煅烧，制取多孔陶瓷微珠材料。
本发明是这样解决技术问题的：包括以下步骤：
(1)将硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土、高岭土和烧结助剂按70～90：5～25：1～10：1～10：1～10：1～10比例(重量)进行配料成为复合多孔矿物；
(2)复合多孔矿物添加分散剂、粘结剂和水后，给入球磨机内研磨混合成为混合料；
(3)将研磨好的混合料喷雾干燥成微珠；
(4)将干燥后的微珠煅烧成型。
本发明还可以这样解决技术问题：分散剂、粘结剂、水的比例(体积)为0.1～2：0.5～5：100～250，研磨时间0.5h～24h；
喷雾干燥的加热介质为空气；喷雾干燥的干燥空气温度为100℃～400℃；喷雾头转速为1500～20000rpm；喷雾塔内压强为-300～-50Pa；
煅烧温度850～1300℃，煅烧时间0.5～5h。
研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm。
用本发明制备的多孔陶瓷微珠，粒度均匀、孔隙率高、比表面积大。微珠直径10～1000μm可控，平均孔径40～100nm左右，孔体积＞0.4cm3/g，比表面积＞50m2/g，微球的破压强度＞15Mpa，产品球形度高。
可以达到个有益效果是：一是所用制备原料来源广，材料生产成本低；二是配料中所用硅藻土、蛋白土的主要化学成分为非晶质二氧化硅，陶瓷烧结温度低，节能；三是在配料中复合多种天然多孔矿物多级孔道特性，使制备的多孔陶瓷微珠具有多种功能，在环保领域的室内空气污染治理和清新空气、水污染治理以及催化合成方面有良好的应用前景。
附图内容
图1是本发明实施例制备的复合天然多孔矿物陶瓷微珠的扫描电镜放大45倍图；
图2是本发明实施例制备的复合天然多孔矿物陶瓷微珠的扫描电镜放大5000倍图。
具体实施方式
本发明所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)将硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土、高岭土和烧结助剂按70～90：5～25：1～10：1～10：1～10：1～10比例(重量)进行配料成为复合多孔矿物；
(2)复合多孔矿物添加分散剂、粘结剂和水后，给入球磨机内研磨混合成为混合料；
(3)将研磨好的混合料喷雾干燥成微珠；
(4)将干燥后的微珠煅烧成型。
其中，分散剂、粘结剂、水的比例(体积)为0.1～2：0.5～5：100～250，研磨时间0.5h～24h。
喷雾干燥的加热介质为空气；喷雾干燥的干燥空气温度为100℃～400℃；喷雾头转速为1500～20000rpm；喷雾塔内压强为-300～-50Pa.
煅烧温度850～1300℃，煅烧时间0.5～5h。
研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm
实施例一：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石5g，海泡石10g，凹凸棒土10g，高岭土20g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为250℃；喷雾头转速为15000rpm；喷雾塔内压强为-200Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中960℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例二：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石10g，海泡石5g，凹凸棒土5g，高岭土20g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1.2ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为180℃；喷雾头转速为9000rpm；喷雾塔内压强为-180Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中950℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例三：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石5g，海泡石10g，凹凸棒土10g，高岭土15g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1.2ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为200℃；喷雾头转速为10000rpm；喷雾塔内压强为-150Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中1000℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例四：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石5g，海泡石10g，凹凸棒土10g，高岭土20g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为150℃；喷雾头转速为15000rpm；喷雾塔内压强为-150Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中1100℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例五：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石10g，海泡石10g，凹凸棒土5g，高岭土15g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为280℃；喷雾头转速为9000rpm；喷雾塔内压强为-250Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中1000℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例六：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石10g，海泡石10g，凹凸棒土10g，高岭土15g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为200℃；喷雾头转速为10000rpm；喷雾塔内压强为-100Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中950℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例七：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石5g，海泡石5g，凹凸棒土5g，高岭土25g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为150℃；喷雾头转速为15000rpm；喷雾塔内压强为-150Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中800℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
实施例八：
取干燥的硅藻土140g，蛋白石5g，海泡石10g，凹凸棒土5g，高岭土20g，烧结助剂5g，水200mL，分散剂1ml，粘结剂1.5ml，加入球磨机，用0.8～1.2mm的氧化锆球作为介质，研磨50min。将研磨浆料进行喷雾造粒，喷雾造粒的工艺参数：喷雾干燥的干燥空气温度为180℃；喷雾头转速为9000rpm；喷雾塔内压强为-180Pa。将干燥成球的微珠在马弗炉中1000℃下煅烧2h，即得多孔矿物陶瓷微珠。
表1为实施例所得产品的基本性能测定结果。
表1实施例所得产品的基本性能测定

Claims (9)

1.一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将硅藻土、蛋白石、海泡石、凹凸棒土、高岭土和烧结助剂按70～90：5～25：1～10：1～10：1～10：1～10比例(重量)进行配料成为复合多孔矿物；
(2)复合多孔矿物添加分散剂、粘结剂和水后，给入球磨机内研磨混合成为混合料浆料；
(3)将研磨好的混合料浆料喷雾干燥成微珠；
(4)将干燥后的微珠煅烧成型。
2.根据权利要求1所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：分散剂、粘结剂、水的比例(体积)为0.1～2：0.5～5：100～250，研磨时间0.5h～24h。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：喷雾干燥的加热介质为空气；喷雾干燥的干燥空气温度为100℃～400℃；喷雾头转速为1500～20000rpm；喷雾塔内压强为-300～-50Pa。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：煅烧温度850～1300℃，煅烧时间0.5～5h。
5.根据权利要求3所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：煅烧温度850～1300℃，煅烧时间0.5～5h。
6.根据权利要求1或2所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm。
7.根据权利要求3所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm。
8.根据权利要求4所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm。
9.根据权利要求5所述的一种复合天然多孔矿物陶瓷微珠的制备方法，其特征在于：研磨后浆料粒度分布为D97≤10μm。
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