CN106316444A - 一种多孔莫来石陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，该方法以铝矾土和硅藻土为起始原料，采用湿法磨矿、过滤、烘干、加水搅拌，并外加粘结剂、分散剂、稳泡剂和起泡剂，再进行成型、烘干和烧结制备多孔莫来石陶瓷。本发明方法原材料易得、制备工艺较简单、无需大型特殊设备，投资少，生产成本较低，产品生产周期短，效率高，纯度高，孔隙率高，产品质量稳定，可按需生产制备多孔莫来石陶瓷，多孔莫来石陶瓷的气孔率为88～93%，具有较好的工业利用前景。

Description

一种多孔莫来石陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷制备技术领域，具体涉及一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，尤其涉及一种铝矾土和硅藻土制备多孔莫来石陶瓷的方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种含有较多气孔的无机非金属材料，具有孔隙率高、渗透率高、耐腐蚀、比表面积大、体积密度小和热导率低等优异特性，被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、食品、制药、生物等各个领域，作为过滤、分离、布气、吸音、隔热、化工填料、生物陶瓷和催化剂载体等材料使用，因其新型绿色环保，越来越受到该领域科研人员的关注。
目前，制备多孔陶瓷的方法主要有三种，包括化学法、有机泡沫浸渍法和泡沫法。化学法是指在坯料中添加一些可以通过化学反应产生气泡的物质，借化学反应产生气体，使制品获得气孔。有机泡沫浸渍法是利用具有网状结构的有机泡沫浸渍于陶瓷浆料中，干燥后经烧结去除有机物，得到多孔陶瓷，制备过程包括配制有机浆料、选择合适的有机泡沫、泡沫的预处理、浸渍、挂浆、烧结等步骤。发泡法是向浆料中引入发泡剂，通过机械方法处理产生气泡，然后固化浆料，得到多孔坯体，最后再烧结得到多孔陶瓷。其中，化学法制备多孔陶瓷制品反应迅速，其生成的气泡不易控制；有机泡沫浸渍法工艺简单，通常用来制备高孔隙率且具有通孔结构的多孔陶瓷，但是，煅烧时，在低温区的升温速率必须很慢，而且有机模板在烧去除时，易产生烧渣，造成环境污染，陶瓷框架容易开裂，会显著降低最后陶瓷制品的力学强度；而发泡法具有产生气泡微小、孔隙率高、孔形状和大小可控、生产成本低和工艺简单等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，该方法所得多孔莫来石陶瓷具有产品纯度高、孔隙率高、产品质量稳定、工艺简单、设备少且无需大型特殊设备、投资小、成本低等特点，具有较好的工业应用前景。
为解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
设计一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）根据莫来石中Al2O3、SiO2的成分要求，称取一定比例的铝矾土和硅藻土，将二者混合连续湿磨6～12h后，再进行过滤、烘干、研磨，得到混合粉末；其中，所述铝矾土和硅藻土的比例以使混合粉末中Al2O3与SiO2的摩尔比达到2.5～3.5：1.5～2.5为准，优选3：2；
（2）向所述混合粉末中加入适量水（1.2～1.6倍），搅拌10～30min后，加入所述混合粉末4～6wt%的淀粉、0.4～0.6wt%的柠檬酸三铵、0.05～0.20wt%的羧甲基纤维素钠和0.05～0.20wt%的硅树脂聚醚乳液（固含量50～60wt%）（优选加入量依次为5wt%、0.5wt%、0.05wt%、0.15～0.20wt%），搅拌均匀后再加入所述混合粉末0.5～1.0wt%的十二烷基硫酸钠（优选加入量1.0wt%），搅拌2～6min，至得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后，将成型的泡沫浆料置于40～70℃条件下保温10～60min后脱模，得到坯体；
（3）将所述坯体置于110～140℃条件下保温6～24h，自然冷却后，再置于1500～1600℃下烧结，即得到多孔莫来石陶瓷；烧结升温制度为：室温至600℃，升温速率为2～5℃•min-1；600～1000℃，升温速率为5～8℃•min-1，并在1000℃下保温30～60min；1000℃以上，升温速率为3～5℃•min-1，最后保温1～6h，获得本发明多孔莫来石陶瓷。
本发明具有以下积极有益效果：
（1）本发明采用了造孔与发泡相结合的新工艺方法来制备多孔莫来石陶瓷：该方法一方面充分发挥了造孔剂制备出孔隙分布均匀的多孔陶瓷，另一单方面又发挥了发泡法制备陶瓷的孔隙率高的特点，同时充分利用硅藻土原料具有天然多孔的特性，从而使制备出的陶瓷不但孔洞分布均匀，而且具有气孔率高的特点。
（2）本发明方法与现有化学法相比，克服了化学法孔洞尺寸和发泡量不易控制的缺陷；与单纯的发泡法相比，可根据需要有效控制连通气孔的数量；与有机泡沫浸渍法相比，制备出的陶瓷具有较高的力学强度。也就是说，本发明方法制备的陶瓷具有孔隙分布均匀、连通气孔数量得到有效控制和提高陶瓷力学性能等特点。
（3）本发明所采用的原料来源广泛，价格低廉；所设计的工艺方法操作简单方便、安全，设备少，投资小，容易建厂生产；所得产品的生产周期短、纯度高、质量稳定、成本低，可按需生产。
（4）本发明方法制备出的多孔莫来石陶瓷更具有强度高、蠕变率低、热膨胀系数小、抗热震性好等优点，在熔融金属过滤、气体净化分离、热交换器、隔热保温、催化剂载体、膜支撑体等领域具有广泛应用。
附图说明
图1～图5依次为以本发明实施例1～5制备出的不同批次的多孔莫来石陶瓷的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料及试剂，如无特别说明，均购自常规化学试剂商店，所用的硅藻土含SiO2为85wt%，铝矾土含Al2O3为90wt%。
实施例1
一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
分别称取115克铝矾土（1.015摩尔的Al2O3）和47.8克的硅藻土（0.676摩尔的SiO2）放入磨机中连续湿磨12h后，将料浆进行过滤得到滤饼，滤饼置于110℃烘箱中烘干后研磨得到混合粉末，将混合粉末置于容器中加水（水与粉末的重量比为1.5:1）搅拌30min，接着加入8g淀粉、0.8g柠檬酸三铵、0.16g羧甲基纤维素钠和0.24g硅树脂聚醚乳液（固含量55wt%），搅拌均匀后加入1.6g的十二烷基硫酸钠，搅拌6min，得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后将成型的泡沫浆料置于烘箱中于40℃中保温60min后，脱模得到固化的泡沫坯体置于110℃烘箱中保温24h，自然冷却后置于电炉中在1600℃下保温2h，其升温制度为：室温至600℃，升温速率为2℃•min-1；600～1000℃，升温速率为5℃•min-1，并在1000℃下保温60min；1000～1600℃，升温速率为3℃•min-1，保温时间为2h，然后自然冷却至室温后，得到多孔莫来石陶瓷。所得多孔莫来石陶瓷的气孔率为88%，XRD图谱见图1。
实施例2
一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
分别称取72 克铝矾土（0.636摩尔的Al2O3）和30克的硅藻土（0.424摩尔的SiO2）放入磨机中连续湿磨6h后，将料浆进行过滤得到滤饼，滤饼置于110℃烘箱中烘干后研磨得到混合粉末，将混合粉末置于容器中加水（水与粉末的重量比为1.5:1）搅拌10min，接着加入5g淀粉、0.5g柠檬酸三铵、0.05g羧甲基纤维素钠和0.2g硅树脂聚醚乳液（固含量55wt%），搅拌均匀后加入1.0g十二烷基硫酸钠，搅拌3min，得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后将成型的泡沫浆料置于烘箱中于70℃中保温10min后，脱模得到固化的泡沫坯体置于140℃烘箱中保温6h，自然冷却后置于电炉中在1500℃下保温5h，其升温制度为：室温至600℃，升温速率为5℃•min-1；600～1000℃，升温速率为8℃•min-1，并在1000℃下保温30min；1000～1500℃，升温速率为5℃•min-1，保温时间为5h；然后自然冷却至室温后，得到多孔莫来石陶瓷。所得多孔莫来石陶瓷的气孔率为93%， XRD图谱见图2。
实施例3
一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
分别称取85 克铝矾土（0.750摩尔的Al2O3）和33.4克的硅藻土（0.501摩尔的SiO2）放入磨机中连续湿磨11h后，将料浆进行过滤得到滤饼，滤饼置于110℃烘箱中烘干后研磨得到混合粉末，将混合粉末置于容器中加水（水与粉末的重量比为1.2:1）搅拌30min，接着加入6g淀粉、0.6g柠檬酸三铵、0.24g羧甲基纤维素钠和0.08g硅树脂聚醚乳液（固含量55wt%），搅拌均匀后加入1.0g十二烷基硫酸钠，搅拌5min，得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后将成型的泡沫浆料置于烘箱中于40℃中保温50min后，脱模得到固化的泡沫坯体置于110℃烘箱中保温20h，自然冷却后置于电炉中在1600℃下保温2h，其烧结升温制度为：室温至600℃，升温速率为4℃•min-1；600～1000℃，升温速率为6℃•min-1，并在1000℃下保温50min；1000～1600℃，升温速率为4℃•min-1，保温时间为2h；然后自然冷却至室温后，得到多孔莫来石陶瓷。所得多孔莫来石陶瓷的气孔率为90%，XRD图谱见图3。
实施例4
一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
分别称取58 克铝矾土（0.512摩尔的Al2O3）和22.8克的硅藻土（0.341摩尔的SiO2）放入磨机中连续湿磨10h后，将料浆进行过滤得到滤饼，滤饼置于110℃烘箱中烘干后研磨得到混合粉末，将混合粉末置于容器中加水（水与粉末的重量比为1.6:1）搅拌10min，接着加入4g淀粉、0.4g柠檬酸三铵、0.04g羧甲基纤维素钠和0.16g硅树脂聚醚乳液（固含量55wt%），搅拌均匀后加入0.6g十二烷基硫酸钠，搅拌4min，得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后将成型的泡沫浆料置于烘箱中于60℃中保温20min后，脱模得到固化的泡沫坯体置于120℃烘箱中保温12h，自然冷却后置于电炉中在1500℃下保温6h，其烧结升温制度为：室温至600℃，升温速率为4℃•min-1；600～1000℃，升温速率为5℃•min-1，并在1000℃下保温40min；1000～1500℃，升温速率为3℃•min-1，保温时间为6h；然后自然冷却至室温后，得到多孔莫来石陶瓷。所得多孔莫来石陶瓷的气孔率为92%，XRD图谱见图4。
实施例5 一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
分别称取65 克铝矾土（0.574摩尔的Al2O3）和25.6克的硅藻土（0.382摩尔的SiO2）放入磨机中连续湿磨10h后，将料浆进行过滤得到滤饼，滤饼置于110℃烘箱中烘干后研磨得到混合粉末，将混合粉末置于容器中加水（水与粉末的重量比为1.4:1）搅拌10min，接着加入4.5g淀粉、0.45g柠檬酸三铵、0.045g羧甲基纤维素钠和0.135g硅树脂聚醚乳液（固含量55wt%），搅拌均匀后加入0.9g十二烷基硫酸钠，搅拌4min，得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后将成型的泡沫浆料置于烘箱中于50℃中保温40min后，脱模得到固化的泡沫坯体置于110℃烘箱中保温20h，自然冷却后置于电炉中在1500℃下保温5h，其烧结升温制度为：室温至600℃，升温速率为4℃•min-1；600～1000℃，升温速率为5℃•min-1，并在1000℃下保温40min；1000～1500℃，升温速率为3℃•min-1，保温时间为5h；然后自然冷却至室温后，得到多孔莫来石陶瓷。所得多孔莫来石陶瓷的气孔率为93%，XRD图谱见图5。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据莫来石中Al2O3、SiO2的成分要求，称取一定比例的铝矾土和硅藻土，将二者混合后连续湿磨6～12h后，再进行过滤、烘干、研磨，得到混合粉末；
（2）向所述混合粉末中加入适量水，搅拌10～30min后，加入所述混合粉末4～6wt%的淀粉、0.4～0.6wt%的柠檬酸三铵、0.05～0.20wt%的羧甲基纤维素钠和0.05～0.20wt%的硅树脂聚醚乳液，搅拌均匀后再加入所述混合粉末0.5～1.0wt%的十二烷基硫酸钠，搅拌2～6min，至得到均匀稳定的泡沫浆料后注模成型，然后，将成型的泡沫浆料置于40～70℃条件下保温10～60min后脱模，得到坯体；
（3）将所述坯体置于110～140℃条件下保温6～24h，自然冷却后，再置于1500～1600℃下烧结，即得到多孔莫来石陶瓷。
2.根据权利要求1所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铝矾土和硅藻土的比例以使混合粉末中Al2O3与SiO2的摩尔比达到2.5～3.5：1.5～2.5为准。
3.根据权利要求2所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铝矾土和硅藻土的比例以使混合粉末中Al2O3与SiO2的摩尔比达到3：2为准。
4.根据权利要求1所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述水的用量为所述混合粉末重量的1.2～1.6倍。
5.根据权利要求1所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述硅树脂聚醚乳液的固含量为50～60wt%。
6.根据权利要求1所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述淀粉、柠檬酸三铵、羧甲基纤维素钠、硅树脂聚醚乳液和十二烷基硫酸钠加入量依次为所述混合粉末的5wt%、0.5wt%、0.05wt%、0.15～0.20wt%和1.0wt%。
7.根据权利要求1所述多孔莫来石陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述烧结的升温制度为：室温至600℃，升温速率为2～5℃•min-1；600～1000℃，升温速率为5～8℃•min-1，并在1000℃下保温30～60min；1000℃以上，升温速率为3～5℃•min-1，最后保温1～6h。
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