CN104987107B - 用于生产过滤陶瓷的组合物以及过滤陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于生产过滤陶瓷的组合物以及过滤陶瓷及其制备方法和应用。该组合物包括气化渣和水，其中，水的用量为气化渣的重量的5‑25重量％。本发明实现了气化渣的利用，且无需造孔剂即可获得性能优异的过滤陶瓷，适合应用于煤化工和电厂污水处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产过滤陶瓷的组合物，和用该组合物制备过滤陶瓷的方法，以及由该方法制备得到的过滤陶瓷及其在煤化工、电厂污水处理的应用。
背景技术
气化渣是煤气化过程排出的一种新的固体废弃物。随着中国煤化工业的发展，每年气化渣的产量也急剧增加。以神华宁煤集团为例，目前气化渣年产量为100万吨左右。随着在建项目的完成，预计到2016年，气化渣的年排放量将达到350万吨左右。可以预见，气化渣必将成为今后固体废弃物处理的重点之一。
目前，对多孔陶瓷材料研究领域中，利用粉煤灰制备多孔陶瓷的有很多。众所周知，粉煤灰的主要成分是以二氧化硅和氧化铝为主，二者含量达到 70％以上。因粉煤灰本身具有大量的微孔和较高的比表面积，很多研究集中在用粉煤灰为主要原料制备多孔陶瓷材料。
CN104211427A公开了一种利用粉煤灰制备的多孔陶瓷，包括原料成分：粉煤灰、造孔剂、粘接剂、添加剂和纸浆废液，原料各成分含量为粉煤灰 35-45％，造孔剂25-30％，粘接剂5-10％，添加剂5-8％，纸浆废液15-20％。
CN104016699A公开了一种高孔隙多孔陶瓷滤料，该滤料包括：粉煤灰漂珠料55-65％，粘土8-12％，粘接剂18-25％，造孔剂5-20％，添加剂2-3％；粉煤灰漂珠料为多孔硅铝氧玻璃体，还包括有发泡剂。
CN103304253A公开利用赤泥和粉煤灰制备的多孔陶瓷，包括按重量计的原料配比：赤泥40-70％，粉煤灰5-40％，造孔剂10-30％，添加剂1-5％，还包括上述物料总重量的10-20％的水。
但上述制备的多孔陶瓷材料中，除了粉煤灰之外，均需要添加造孔剂等其他助剂。
发明人经过多次实验发现用气化渣制备的多孔陶瓷材料，在不添加额外造孔剂等助剂的情况下，也能具有优良的物理性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决气化渣的利用以及如何利用气化渣获得性能优异的多孔陶瓷的问题，提供了用于生产过滤陶瓷的组合物以及过滤陶瓷及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于生产过滤陶瓷的组合物，该组合物包括气化渣和粘结剂，粘结剂的用量为气化渣的重量的5-25重量％。
本发明还提供了一种制备过滤陶瓷的方法，该方法包括：
1)将本发明提供的组合物进行湿法研磨，形成混合浆料；
2)将步骤(1)得到的混合浆料进行陈化，然后进行加压成型；
3)将步骤(2)得到的成型产物进行烧结，再冷却得到过滤陶瓷。
本发明还提供了一种本发明提供的方法制备得到的过滤陶瓷，该过滤陶瓷的密度为1500-1800kg/m3，吸水率为28％以上，抗折强度为15MPa以上， 0.2MPa下的水通量为23000L/h·m2以上的过滤陶瓷。
本发明还提供了本发明提供的过滤陶瓷在处理煤化工和电厂污水中的应用。
本发明提供的用于生产过滤陶瓷的组合物利用气化渣作为成分，并且无需另加造孔剂即可制备得到过滤陶瓷，实现了气化渣的利用，而且获得的过滤陶瓷性能适合处理煤化工和电厂污水。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种用于生产过滤陶瓷的组合物，该组合物包括气化渣和粘结剂，粘结剂的用量为气化渣的5-25重量％。
根据本发明，优选情况下，所述气化渣为煤气化过程产生的废渣。
优选地，所述气化渣含有30-50重量％的SiO2、10-20重量％的Al2O3，烧失量为15重量％以上；更优选地，烧失量为20-25重量％。
根据本发明，优选情况下，所述粘结剂为水以及任选地选自羟甲基纤维素、聚乙烯醇、预胶化淀粉和糊精中的至少一种。
本发明中，所述粘结剂的含量不大于气化渣的10重量％。
根据本发明，优选情况下，所述组合物还包括粉煤灰和/或助熔剂，所述粉煤灰的含量不大于气化渣的10重量％，所述助熔剂的含量不大于气化渣的8重量％。
优选地，所述助熔剂主要成分为60-70重量％的SiO2，10-20重量％的 Al2O3，其烧失量为1-5重量％。更优选地，所述助熔剂为钠长石、钾长石和高岭土中的至少一种。
根据本发明，优选情况下，所述粉煤灰为火电厂产生的一级粉煤灰和/ 或二级粉煤灰。
优选地，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO2、14-41重量％的Al2O3，烧失量为1-5重量％。
本发明还提供了一种制备过滤陶瓷的方法，该方法包括：
1)将本发明提供的组合物进行湿法研磨，形成混合浆料；
2)将步骤(1)得到的混合浆料进行陈化，然后进行加压成型；
3)将步骤(2)得到的成型产物进行烧结，再冷却得到过滤陶瓷。
根据本发明，步骤(1)的湿法研磨可以是在球磨机中进行，可以利用氧化铝球为研磨介质，按照氧化铝球和组合物的重量比为2-3：1的比例混合研磨，研磨时间为1-2h。
根据本发明，步骤(2)中所述陈化没有特别的限定，可以是本领域常规采用的陈化，可以是将步骤(1)得到的混合浆料进行静置，优选地，所述陈化时间为24-48h。
根据本发明，步骤(2)的加压成型可以是常规的成型方法，可以是压制成型或挤出成型。优选地，可以将陈化后的浆料放入钢制模具中进行压制成型。优选地，所述压制成型的压力为10-40MPa。
根据本发明，在上述压制成型后脱模得到产物，该产物经10-24小时 100-150℃干燥后，进行步骤(3)的烧结。所述烧结可以在比现有技术更低的温度下完成。优选地，所述烧结的条件包括：以5-15℃/min的加热速度自室温升至1150-1250℃后保温1-3h。
本发明还提供了一种本发明提供的方法制备得到的过滤陶瓷，该过滤陶瓷的密度为1500-1800kg/m3，吸水率为28％以上，抗折强度为15MPa以上， 0.2MPa下的水通量为23000L/h·m2以上的过滤陶瓷。
优选地，制备得到的过滤陶瓷的吸水率为35％以上，抗折强度为 20MpaMPa以上，0.2MPa下的水通量为45000L/h·m2以上。
本发明还提供了本发明提供的过滤陶瓷在处理煤化工和电厂污水中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
过滤陶瓷的密度的测试：取试件一组3块，尺寸为62.5mm×12.5mm× 5mm，应逐块量取长、宽、厚三个方向的轴线尺寸，并应精确至1mm，计算试件的体积V。将三块试件放在温度为105℃±2℃干燥箱内烘干至恒质量。当试件冷却至室温后，应称取试件烘干质量M0，精确至0.01g；按下式计算密度：式中：r0—密度(kg/m3)，M0—烘干质量(g)，V —试件的体积(mm3)；该组试件的密度值应为3块试件密度的平均值，精确至1kg/m3。
过滤陶瓷的抗压强度的测试：成型条件为室温且相对湿度为(50± 10)％。成型之后，将样品转移至水泥标准养护箱中，在标准养护条件(20 ±2℃，相对湿度100％)下放置24小时。然后将样品脱模继续养护在恒温恒湿养护箱。采用GB1965-1996规定的三点弯曲法在无锡建仪仪器机械有限公司的型号为TYE-300D的抗压强度测试仪上测定试样的抗折强度，跨距为 10mm，加载速率为0.1mm/min，每组样品采取3根样品，计算公式如下：式中：K—抗折强度，MPa；P：最大破坏荷重，N； L：跨距(支点间距)，mm；B：试样宽度，mm；H：试样厚度，mm。
过滤陶瓷的吸水率的测试：取试件一组3块，尺寸为(R)30mm×(H) 5mm。将三块试件放在温度为105℃±2℃干燥箱内烘干至恒质量。当试件冷却至室温后，称取试件烘干质量M0，精确至0.01g。将试样放置倒入蒸馏水的器皿里，试样完全被浸入24h。取出样品使用饱和的海绵吸取表面多余水分，在空气中称其饱和样品的重量M1，精确到0.01g。吸水率Wa按下式计算：Wa＝[(M1-M0)/M0]×100％
过滤陶瓷的水通量的测试：取试件一组3块，尺寸为(R)10mm×(H) 5mm，放在温度为105℃±2℃干燥箱内烘干至恒质量。在水压为0.2MPa下测试1min内水通过样品膜的水量。
以下实施例和对比例中，粘结剂和助熔剂均为商购的北京医药集团有限公司产品；粉煤灰为火电厂一级粉煤灰，其主要含有45.46重量％的SiO2和32.76重量％的Al2O3，烧失量为1.75重量％；气化渣为31.83重量％的SiO2、 15.83重量％的Al2O3，烧失量为39.27重量％。
实施例1
本实施例用于说明本发明制备过滤陶瓷的方法。
按照表1列出的用于生产过滤陶瓷的组合物的组成和用量，将各种物料放入球磨机(长沙米淇仪器设备有限公司型号YXQM-2L)中研磨1.5h，其中氧化铝球与组合物的物料的重量比为2:1，得到混合浆料。
将混合浆料静置陈化30h，然后放入钢制模具中加压10MPa进行压制成型；将成型产物脱模并在100℃下干燥24h，然后放入烧结炉中，以5℃/min 的加热速度自室温升至1150℃后保温1h，冷却后得到过滤陶瓷。
根据过滤陶瓷的密度、吸水率、抗折强度和水通量的测试方法制备各测试试样，测试结果见表2。
实施例2
本实施例用于说明本发明制备过滤陶瓷的方法。
按照表1列出的用于生产过滤陶瓷的组合物的组成和用量，将各种物料放入球磨机中研磨2h，其中氧化铝球与组合物的物料的重量比为3:1，得到混合浆料。粘结剂为羟甲基纤维素，添加量为气化渣的2重量％。
将混合浆料静置陈化24h，然后放入钢制模具中加压30MPa进行压制成型；将成型产物脱模并在150℃下干燥10h，然后放入烧结炉中，以15℃/min 的加热速度自室温升至1250℃后保温3h，冷却后得到过滤陶瓷。
根据过滤陶瓷的密度、吸水率、抗折强度和水通量的测试方法制备各测试试样，测试结果见表2。
实施例3
本实施例用于说明本发明制备过滤陶瓷的方法。
按照表1列出的用于生产过滤陶瓷的组合物的组成和用量，将各种物料放入球磨机中研磨1h，其中氧化铝球与组合物的物料的重量比为2:1，得到混合浆料。粘结剂为羟甲基纤维素，添加量为气化渣的2重量％。
将混合浆料静置陈化20h，然后放入钢制模具中加压20MPa进行压制成型；将成型产物脱模并在120℃下干燥18h，然后放入烧结炉中，以10℃/min 的加热速度自室温升至1200℃后保温2h，冷却后得到过滤陶瓷。
根据过滤陶瓷的密度、吸水率、抗折强度和水通量的测试方法制备各测试试样，测试结果见表2。
实施例4
按照实施例3的方法，不同的是，组合物中没有助熔剂。结果如表2所示。
实施例5
按照实施例3的方法，组合物的组成见表1，不同的是，组合物中没有助熔剂和粉煤灰。结果如表2所示。
实施例6
按照实施例3的方法，组合物的组成见表1，不同的是，组合物中没有粉煤灰。结果如表2所示。
对比例1
按照实施例3的方法，组合物的组成见表1，不同的是，组合物中没有气化渣。结果如表2所示。
对比例2
按照实施例3的方法，组合物的组成见表1，不同的是，组合物中没有气化渣和助熔剂。结果如表2所示。
对比例3
按照实施例3的方法，组合物的组成见表1，不同的是，组合物中还含有作为造孔剂的炭黑(F900A牌号，天津艺博化工有限公司)。结果如表 2所示。
表1
表2
从上面的实施例和对比例结果可以看出，本发明提供的用于生产过滤陶瓷的组合物以气化渣为组分，并且不含有造孔剂制备，得到密度为1500-1800 kg/m3，吸水率为28％以上，抗折强度为15MPa以上，0.2MPa下的水通量为 23000L/h·m2以上的过滤陶瓷。
Claims (8)
1.一种用于生产过滤陶瓷的组合物，该组合物由粉煤灰和/或助熔剂、粘结剂、气化渣和水组成，水的用量为气化渣的5-25重量％；所述粘结剂的含量不大于气化渣的10重量％；所述粉煤灰的含量不大于气化渣的10重量％，所述助熔剂的含量不大于气化渣的8重量％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述气化渣含有30-50重量％的SiO2、10-20重量％的Al2O3，烧失量为15重量％以上。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述粘结剂选自羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、预胶化淀粉和糊精中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述粉煤灰为火电厂产生的一级粉煤灰和/或二级粉煤灰；所述助熔剂为钠长石、钾长石和高岭土中的至少一种。
5.一种制备过滤陶瓷的方法，该方法包括：
1)将权利要求1-4中任一项所述的组合物进行湿法研磨，形成混合浆料；
2)将步骤(1)得到的混合浆料进行陈化，然后进行加压成型；
3)将步骤(2)得到的成型产物进行烧结，再冷却得到过滤陶瓷。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述陈化时间为24-48h；所述加压成型的压力为10-40MPa；所述烧结的条件包括：以5-15℃/min的加热速度自室温升至1150-1250℃后保温1-3h。
7.一种权利要求1-4中任一项所述的组合物或5所述的方法制备得到的过滤陶瓷，该过滤陶瓷的密度为1500-1800kg/m3，吸水率为28％以上，抗折强度为15MPa以上，0.2MPa下的水通量为23000L/h·m2以上的过滤陶瓷。
8.权利要求7所述的过滤陶瓷在处理煤化工和电厂污水中的应用。
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