CN108947511A - 一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷及其制备方法，粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶校正剂∶造孔剂∶熔剂＝100∶(100～200)∶(0～15)∶(10～20)。制法为：步骤1，将粉煤灰进行煅烧处理，制得粉煤灰熟料；步骤2，按质量配比，将原料混合均匀，制得混匀物料；步骤3(1)将混匀物料干压成型；(2)将成型后的物料充分干燥后，置于高温炉中，烧结并保温一定时间，制得粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。本发明在原料使用上经济环保，方法操作简单易行，便于工业化生产，且能够提高莫来石闭孔陶瓷的闭口气孔率，降低其热导率，增加莫来石陶瓷的耐压强度，综合性能较佳，应用前景广阔。

Description

一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于工业固废资源高值化利用技术领域，具体涉及一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷及其制备方法。
背景技术：
我国的建筑使用较多的是有机保温材料，其具有质轻、保温隔热效果好、便于加工等优点。但有机保温材料强度低、易燃烧、生态环保性差，因此，无机保温材料是墙体保温材料领域新的研究方向。相比发达国家，我国无机保温材料研发相对落后。目前，中国的工农业正蓬勃发展，面临环境污染日益加剧的问题。因此，如何利用廉价的原材料制备出性能优异的无机保温材料，是现阶段我国保温材料领域的研究热点。
莫来石多孔陶瓷导热系数低、化学稳定性好、硬度大，可作为优良的无机保温材料。随着发电量不断上升，煤燃烧产生粉煤灰的排放量逐年增加，对大气河流造成的污染日趋严重。粉煤灰的主要组分是SiO2和Al2O3，非常适合制备莫来石陶瓷材料。因此，以粉煤灰为主要原料制备莫来石闭孔陶瓷可大大提高粉煤灰利用率和附加值，变废为宝，变害为利。
目前常用的制备多孔陶瓷的工艺有：有机泡沫浸渍法、发泡法、添加造孔剂法、溶胶-凝胶法等。其中，添加造孔剂工艺步骤简单、制备条件易于控制，是最常用的多孔陶瓷制备工艺。然而，添加造孔剂工艺难以制得闭口气孔率较高的陶瓷材料，所制得材料闭口气孔率低、导热系数偏高，不利于保温隔热。因此，提高莫来石陶瓷材料的闭口气孔率，降低其热导率是莫来石陶瓷材料领域的研究重点。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷及其制备方法，该方法的主要工序如下：首先，对粉煤灰预先煅烧处理，以获得稳定性高的粉煤灰熟料；其次，根据粉煤灰组分掺入适量的校正料(含铝料、含硅料)；然后，以混合后的粉煤灰、校正料为原料，向其中加入适量造孔剂、熔剂，将混合料再次混合均匀；最后，经干压成型，高温烧结制得莫来石闭孔陶瓷。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶校正剂∶造孔剂∶熔剂＝100∶(100～200)∶(0～15)∶(10～20)。
所述的粉煤灰熟料由粉煤灰煅烧处理制得，所述的粉煤灰成分主要是SiO2和Al2O3。
所述的校正料为含铝原料或含硅原料中的一种或多种。
所述的校正料添加量应按照莫来石化学组分进行计算。
所述的含铝原料为铝粉、高铝矾土或氧化铝粉中的一种或多种；所述的含硅原料为硅粉和/或硅微粉。
所述的造孔剂为碳化硅、碳酸氢铵、硫酸氢铵或硝酸铵中的一种或多种。
所述的熔剂为V2O5、氯化铝、氟化铝、钾长石或钠长石中的一种或多种。
所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷闭口气孔率为15～21％，常温抗压强度为190～220MPa，热导率为0.21～0.29w/(m·K)。
本发明的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
将粉煤灰进行煅烧处理，制得粉煤灰熟料；
步骤2：称料和混料
按原料质量配比，粉煤灰熟料∶校正剂∶造孔剂∶熔剂＝100∶(100～200)∶(0～15)∶(10～20)，将原料混合均匀，制得混匀物料；
步骤3：干压和烧结
(1)将混匀物料干压成型；
(2)将成型后的物料充分干燥后，置于高温炉中，烧结并保温一定时间，制得粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
所述的步骤1中，煅烧用于去除工业硅基废渣中的杂质。
所述的步骤1中，所述的煅烧操作在煅烧炉中进行，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为5h，所述的煅烧炉为箱式电阻丝炉、硅碳棒炉、硅钼棒炉和隧道窑中的一种。
所述的步骤2中，所述的原料混合方式为手混、高能球磨混合或机械搅拌中的一种或多种。
所述的步骤3(1)中，所述的成型压力为50～300MPa，保压时间为3～5min。
所述的步骤3(2)中，所述的高温炉为箱式电阻炉、管式电阻炉和隧道窑中一种。
所述的步骤3(2)中，所述的烧结温度为1400～1600℃，烧结保温时间为2～8h。
本发明的有益效果：
1.本发明提出的制备莫来石闭孔陶瓷的方法，实现了粉煤灰的高效综合利用，不仅减少其对环境产生的污染，而且可制得高性能的莫来石闭孔陶瓷，具有较好的经济效益和环保效益。
2.本发明的制备莫来石闭孔陶瓷的方法，制得材料的强度较高，综合性能较佳，应用前景广阔。
3.本发明的制备莫来石闭孔陶瓷的方法，操作简单易行，便于工业化生产。
附图说明：
图1是本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶高铝钒土∶碳酸氢铵∶钾长石＝100∶100∶5∶10。
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其工艺流程图如图1所示，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
(1)将粉煤灰置于箱式电阻丝炉中，在1000℃下煅烧5h，得到稳定性好的粉煤灰熟料；
(2)按照莫来石的组分配比，配制高铝钒土；其中，高铝石土质量与粉煤灰熟料质量相同；
步骤2：称料和混料
按100∶100∶5∶10的质量配比称量粉煤灰熟料、高铝钒土、碳酸氢铵和钾长石，在玛瑙坩埚中混合手磨30min，制得混匀物料；
步骤3：制样和烧结
(1)将混匀物料置于压力机中干压成型，100MPa下保压5min；
(2)将成型后的物料置于1400℃的高温炉中充分烧结保温4h，待高温炉冷却至室温，得到粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
经检测，所得莫来石闭孔陶瓷的闭口气孔率为20％，常温抗压强度为200MPa，热导率为0.23W/(m·K)。
实施例2
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶高铝钒土∶碳化硅∶钾长石＝100∶100∶5∶10。
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其工艺流程图如图1所示，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
(1)将粉煤灰置于箱式电阻丝炉中，在1000℃下煅烧5h，得到稳定性好的粉煤灰熟料；
(2)按照莫来石的组分配比，配制高铝钒土；其中，高铝石土质量与粉煤灰熟料质量相同；
步骤2：称料和混料
按100∶100∶5∶10的质量配比称量粉煤灰熟料、高铝钒土、碳化硅和钾长石，在玛瑙坩埚中混合手磨30min，制得混匀物料；
步骤3：制样和烧结
(1)将混匀物料置于压力机中干压成型，100MPa下保压5min；
(2)将成型后的物料置于1400℃的高温炉中充分烧结保温8h，待高温炉冷却至室温，得到粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
经检测，所得莫来石闭孔陶瓷的闭口气孔率为15％，常温抗压强度为220MPa，热导率为0.29W/(m·K)。
实施例3
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶氧化铝粉∶碳酸氢铵∶钾长石＝100∶100∶5∶10。
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其工艺流程图如图1所示，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
(1)将粉煤灰置于箱式电阻丝炉中，在1000℃下煅烧5h，得到稳定性好的粉煤灰熟料；
(2)按照莫来石的组分配比，配制高铝钒土；其中，高铝石土质量与粉煤灰熟料质量相同；
步骤2：称料和混料
按100∶100∶5∶10的质量配比称量粉煤灰熟料、氧化铝粉、碳酸氢铵和钾长石，在玛瑙坩埚中混合手磨30min，制得混匀物料；
步骤3：制样和烧结
(1)将混匀物料置于压力机中干压成型，100MPa下保压5min；
(2)将成型后的物料置于1600℃的高温炉中充分烧结保温4h，待高温炉冷却至室温，得到粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
经检测，所得莫来石闭孔陶瓷的闭口气孔率为21％，常温抗压强度为190MPa，热导率为0.21W/(m·K)。
实施例4
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶高铝钒土∶硝酸铵∶氟化铝＝100∶200∶15∶15。
一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其工艺流程图如图1所示，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
(1)将粉煤灰置于箱式电阻丝炉中，在1000℃下煅烧5h，得到稳定性好的粉煤灰熟料；
(2)按照莫来石的组分配比，配制高铝钒土；其中，高铝石土质量与粉煤灰熟料质量比为1∶2；
步骤2：称料和混料
按100∶200∶15∶15的质量配比称量粉煤灰熟料、高铝钒土、硝酸铵和氟化铝，在玛瑙坩埚中高能球磨30min，制得混匀物料；
步骤3：制样和烧结
(1)将混匀物料置于压力机中干压成型，100MPa下保压5min；
(2)将成型后的物料置于1400℃的高温炉中充分烧结保温4h，待高温炉冷却至室温，得到粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
经检测，所得莫来石闭孔陶瓷的闭口气孔率为19％，常温抗压强度为210MPa，热导率为0.28W/(m·K)。

Claims (10)

1.一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，各组分按质量配比，粉煤灰熟料∶校正剂∶造孔剂∶熔剂＝100∶(100～200)∶(0～15)∶(10～20)。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，所述的校正料为含铝原料或含硅原料中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，所述的含铝原料为铝粉、高铝矾土或氧化铝粉中的一种或多种；所述的含硅原料为硅粉和/或硅微粉。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，所述的造孔剂为碳化硅、碳酸氢铵、硫酸氢铵或硝酸铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，所述的熔剂为V2O5、氯化铝、氟化铝、钾长石或钠长石中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷，其特征在于，所述的粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷闭口气孔率为15～21％，常温抗压强度为190～220MPa，热导率为0.21～0.29w/(m·K)。
7.权利要求1所述的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
步骤1：原料预处理
将粉煤灰进行煅烧处理，制得粉煤灰熟料；
步骤2：称料和混料
按原料质量配比，粉煤灰熟料∶校正剂∶造孔剂∶熔剂＝100∶(100～200)∶(0～15)∶(10～20)，将原料混合均匀，制得混匀物料；
步骤3：干压和烧结
(1)将混匀物料干压成型；
(2)将成型后的物料充分干燥后，置于高温炉中，烧结并保温一定时间，制得粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷。
8.根据权利要求7所述的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的原料混合方式为手混、高能球磨混合或机械搅拌中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，所述的成型压力为50～300MPa，保压时间为3～5min。
10.根据权利要求7所述的一种粉煤灰基莫来石闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的步骤3(2)中，所述的烧结温度为1400～1600℃，烧结保温时间为2～8h。
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