CN109704722A - 一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无机非金属材料技术领域，公开了一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法。本发明以铝灰为主要原料，制备泡沫陶瓷浆料，通过添加辅助原料、增塑剂、粘结剂、流变剂、分散剂等，制备出的泡沫陶瓷浆料具有良好的稳定性和触变性，操作简单方便，工艺流程环保无污染，适合于有机泡沫体浸渍法制备泡沫陶瓷。

Description

一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，公开了一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法。

背景技术

泡沫陶瓷主要以有机泡沫浸渍法制备，这种方法是将制备好的浆料均匀地浸渍到有机泡沫体中，经干燥后烧掉有机泡沫载体从而获得泡沫陶瓷。采用有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷，关键在于陶瓷浆料的制备，要求陶瓷浆料具有较大的固相含量、较低的粘度、良好的分散稳定性以及良好的触变性。

专利申请号为201711106572.8公开了一种氧化铝基泡沫陶瓷及其制备方法；专利申请号为CN201610826905公开了一种泡沫陶瓷材料及其制备方法；专利申请号为CN201711315860公开了一种泡沫陶瓷浆料及其制备方法；专利申请号为201611042648.0公开了一种碳化硅泡沫陶瓷的制备方法。从以上公开的泡沫陶瓷制备方法的专利中可以看出，目前制备泡沫陶瓷及浆料主要以氧化铝、氮化铝、碳化硅为原料。

目前，国内尚未公布有用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的相关专利，国内有研究院所对铝灰制备泡沫陶瓷进行了相关研究：段理杰等研究了铝灰渣浸渍制备多孔材料素坯，先将铝灰渣进行磨细洗涤处理，然后依次加入分散剂柠檬酸钠、流变剂CMC和水，混合后制备出较低粘度的浆料，最后采用离心挂浆得方式浸渍涂覆在处理后的有机泡沫体上，得到具有一定强度的多孔陶瓷素坯。但是，该方法制备的陶瓷浆料分散稳定性和触变性都有所不足。

发明内容

本发明提供一种用铝灰作为主要原料制备泡沫陶瓷浆料的方法，解决了这种浆料散稳定性较差，触变性较差的问题。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：

一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，包括如下步骤：

步骤1：配料，按组分配比称量，各组分质量百分比为：铝灰60～100％、辅助原料0～40％、增塑剂0～5％、粘结剂0～5％、流变剂0～5％；所述铝灰为经过预处理，铝灰中的有害物质已经脱除；

步骤2：混料，将步骤1配好的原料放入球磨罐中，再加入原料总质量0.1～2％的消泡剂、1～5％的分散剂和30～100％的水，共同混料1～4h，得到浆料；

步骤3：调节浆料pH，将混合好的浆料倒出，过筛分离，取筛下的浆料，滴加氨水，调节浆料pH至8～12；

步骤4：超声分散，将步骤3调节好pH的浆料超声分散，同时除去浆料中的气泡，得到泡沫陶瓷浆料。

上述步骤1中铝灰预处理的方法为专利CN201710893673.8所示方法，包括：①灰/铝分离：将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；②喂料：将经过步骤1处理得到的提取铝后的铝灰用冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入经过预热的30～80℃的水，并加入表面活性剂和促进剂，反应器中的固液比为1:2～10；③脱氮：反应条件为温度80～150℃，旋流速度10～80r/min，反应器内压力在0.01～0.20MPa周期调节，反应时间1～8h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；脱氮过程中的反应器内压力调节手段为利用风机或真空泵降低反应器内压力维持0.01～0.09MPa，利用增压器来提高反应器内气压维持0.10～0.20MPa；调压过程：以30-240min为一个周期，周期内先减压保持反应器内压力维持0.01～0.09MPa，之后增压使反应器内压力维持0.10～0.20MPa，周期内0.01～0.09MPa的时间与0.10～0.20MPa的时间比为1:3～3:1，在脱氮过程中完成至少一次压力调节周期；④沉降过滤洗涤：将经过步骤3处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤；⑤干燥：将经过步骤4处理得到的滤饼进行干燥，得到脱氮铝灰粉体。

②中表面活性剂是六偏磷酸钠、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钠、PEG 2000(聚乙二醇2000)中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.1～5％。促进剂是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.01％～10％。④中絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，沉降槽溢流返回脱氮反应器，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应器循环利用。

上述步骤1中的辅助原料为高岭土、黏土、微硅粉、滑石粉中一种或两种以上的混合物，粒度为100目～2000目。辅助原料有利于调节浆料的流动性，提高陶瓷制品的烧结性，降低烧结温度。

上述步骤1中的增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二丁酯、Zusoplast C 21中一种或两种以上的混合物。浆料中加入适量的增塑剂，可以有效地提高浆料的塑性。

上述步骤1中的粘结剂为聚乙烯醇、Lithopix P 15、羧甲基纤维素、硅溶胶中的一种或两种以上的混合物。在浆料中加入粘结剂，一是为提高素坯干燥后的强度，二是为防止坯体在排除有机泡沫体过程中坍塌，保证最终烧结制品有足够的强度。

上述步骤1中的流变剂为羧甲基纤维素钠、有机膨润土、Silubit FB 17、气相二氧化硅、聚酰胺中的一种或两种以上的混合物。陶瓷浆料需要具有良好的流变性，以保证浆料能够有效的浸透到有机泡沫体中，均匀的涂覆在泡沫体的孔筋上。而在泡沫体浸渍饱和后挤出多余浆料时，在剪切力的作用下浆料粘度降低，提高浆料的流动性，有助于浆料涂覆及素坯的成型；在成型结束后，剪切力消失，浆料的粘度迅速升高，流动性降低，使得涂覆在孔筋上的浆料容易固化定型。

上述步骤2中的球料比为0.5～4:1，球磨机转速为60～300r/min。

上述步骤2中的消泡剂为Contraspum K 1012、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅中的一种或两种以上的混合物。球磨混料过程中会产生一定数量的气泡，加入消泡剂有利于降低泡沫表面张力从而使泡沫破裂达到消除的效果。

上述步骤2中的分散剂为六偏磷酸钠、柠檬酸钠、Dolaflux B 11、Dolapix CE 64、Duramax D3019中的一种或两种以上的混合物。为了提高浆料的分散性和稳定性，加入分散剂以改变悬浮颗粒的表面状态和颗粒之间的相互作用力，分散剂可吸附在粉体颗粒表面，增加颗粒间的排斥势能和空间位能从而阻止颗粒团聚，达到分散稳定效果。

最终，制备出的浆料固相含量为50％～80％

本发明的有益效果是

本发明以铝灰为主要原料，制备泡沫陶瓷浆料，相比于现阶段大部分以碳化硅、氧化铝等为主要原料制备泡沫陶瓷浆料的工艺而言，极大的节约了陶瓷浆料的原料成本

本发明以铝灰为主要原料，制备泡沫陶瓷浆料，通过添加辅助原料、增塑剂、粘结剂、流变剂、分散剂等，制备出的泡沫陶瓷浆料具有良好的稳定性和触变性，操作简单方便，工艺流程环保无污染，适合于有机泡沫体浸渍法制备泡沫陶瓷。

具体实施方式

实施例：

例1，按重量依次称取预处理后的铝灰60kg，高岭土30kg，黏土10kg，再加入增塑剂邻苯二甲酸二甲酯1kg，粘结剂羧甲基纤维素2.5kg，流变剂SilubitFB171.5kg，将上述称量好的物料放入球磨罐中，稍加搅拌混合，按照上述物料总质量百分比再加入消泡剂Contraspum K10120.2kg，分散剂柠檬酸钠3kg，水30kg，球料质量比为2:1，球磨机转速为300r/min，混料时间为4h。混料结束后，浆料倒出，通过80目筛分离出浆料，边搅拌边逐渐加入氨水，调节浆料pH至9左右。球磨与搅拌过程中浆料会产生一些气泡，此时，将上述调节好pH的浆料倒入超声机中超声分散，设定超声波频率为50kHz，除去浆料中的气泡，得到固相含量为78.2％的陶瓷浆料。

例2，按重量依次称取预处理后的铝灰70kg，高岭土20kg，黏土5kg，微硅粉5kg，再加入增塑剂Zusoplast C211.5kg，粘结剂聚乙烯醇2kg，流变剂羧甲基纤维素钠3kg，将上述称量好的物料放入球磨罐中，稍加搅拌混合，按照上述物料总质量百分比再加入消泡剂聚醚改性硅0.5kg，分散剂Dolaflux B112kg，水50kg，球料比质量为1.5:1，球磨机转速为240r/min，混料时间为3h。混料结束后，浆料倒出，通过120目筛分离出浆料，边搅拌边逐渐加入氨水，调节浆料pH至9左右。将上述调节好pH的浆料倒入超声机中超声分散，设定超声波频率为80kHz，进一步除去浆料中的气泡，得到固相含量为68.2％的陶瓷浆料。

例3，按重量依次称取预处理后的铝灰90kg，微硅粉10kg，再加入增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯3kg，粘结剂Lithopix P155kg，流变剂有机膨润土4kg，将上述称量好的物料放入球磨罐中，稍加搅拌混合，按照上述物料总质量百分比再加入消泡剂聚二甲基硅氧烷2kg，分散剂六偏磷酸钠5kg，水80kg，球料质量比为2:1，球磨机转速为120r/min，混料时间为2h。混料结束后，浆料倒出，通过200目筛分离出浆料，边搅拌边逐渐加入氨水，调节浆料pH至9左右。将上述调节好pH的浆料倒入超声机中超声分散，设定超声波频率为150kHz，除去浆料中的气泡，得到固相含量为58.8％的陶瓷浆料。

例4，按重量依次称取预处理后的铝灰80kg，滑石粉10kg，微硅粉10kg，增塑剂邻苯二甲酸二甲酯3.5kg，粘结剂硅溶胶3.5kg，流变剂羧甲基纤维素钠4kg，将上述称量好的物料放入球磨罐中，稍加搅拌混合，再加入消泡剂Contraspum K10121kg，分散剂DolapixCE643kg，水100kg，球料质量比为3:1，球磨机转速为120r/min，混料时间为2h。混料结束后，浆料倒出，通过100目筛分离出浆料，边搅拌边逐渐加入氨水，调节浆料pH至9左右。将上述调节好pH的浆料倒入超声机中超声分散，设定超声波频率为120kHz，除去浆料中的气泡，得到固相含量为53％的陶瓷浆料。

将实例1至4所得的泡沫陶瓷浆料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：

1、RSH测定法：浆料静置24h后，测量浆料的沉降层与固液悬浮体的总高度之比，以此数值表征浆料的稳定性，RSH值越大，说明浆料的稳定性越好；稳定的陶瓷浆料有利于提高泡沫陶瓷挂浆表面的光滑性和均匀性，增强陶瓷的结构性能。

2、粘度计法：以NDJ-5s型粘度计测量浆料的粘度，分别测量室温下剪切速率为30(1/s)和60(1/s)时浆料的粘度。以有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷史，在剪切作用下浆料的粘度越低，其流动性越好，有助于多余浆料的排除，而在成型结束时，剪切力为零，浆料的粘度迅速提高，流动性降低，使孔筋上的浆料快速固化成型，避免因浆料继续流动而造成涂覆层不均匀，影响泡沫陶瓷性能。

表1检测结果

由检测结果表1可知，本发明技术方案制备的泡沫陶瓷浆料具有良好的稳定性，同时其粘度随剪切速率的增加而显著降低，具有良好的触变性，适宜有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷的条件要求。

Claims (10)

1.一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：配料，按组分配比称量，各组分质量百分比为：铝灰60～100％、辅助原料0～40％、增塑剂0～5％、粘结剂0～5％、流变剂0～5％；所述铝灰为经过预处理，铝灰中的有害物质已经脱除；

步骤2：混料，将步骤1配好的原料放入球磨罐中，再加入原料总质量0.1～2％的消泡剂、1～5％的分散剂和30～100％的水，共同混料1～4h，得到浆料；

步骤3：调节浆料pH，将混合好的浆料倒出，过筛分离，取筛下的浆料，滴加氨水，调节浆料pH至8～12；

步骤4：超声分散，将步骤3调节好pH的浆料超声分散，同时除去浆料中的气泡，得到泡沫陶瓷浆料。

2.根据权利要求1所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤1中铝灰预处理的方法包括：①灰/铝分离：将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；②喂料：将经过步骤1处理得到的提取铝后的铝灰用冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入经过预热的30～80℃的水，并加入表面活性剂和促进剂，反应器中的固液比为1:2～10；③脱氮：反应条件为温度80～150℃，旋流速度10～80r/min，反应器内压力在0.01～0.20MPa周期调节，反应时间1～8h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；脱氮过程中的反应器内压力调节手段为利用风机或真空泵降低反应器内压力维持0.01～0.09MPa，利用增压器来提高反应器内气压维持0.10～0.20MPa；调压过程：以30-240min为一个周期，周期内先减压保持反应器内压力维持0.01～0.09MPa，之后增压使反应器内压力维持0.10～0.20MPa，周期内0.01～0.09MPa的时间与0.10～0.20MPa的时间比为1:3～3:1，在脱氮过程中完成至少一次压力调节周期；④沉降过滤洗涤：将经过步骤3处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤；⑤干燥：将经过步骤4处理得到的滤饼进行干燥，得到脱氮铝灰粉体。

3.根据权利要求2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，②中表面活性剂是六偏磷酸钠、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钠、PEG2000(聚乙二醇2000)中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.1～5％，促进剂是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.01％～10％；④中絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，沉降槽溢流返回脱氮反应器，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应器循环利用。

4.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤1中的辅助原料为高岭土、黏土、微硅粉、滑石粉中一种或两种以上的混合物，粒度为100目～2000目。

5.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤1中的增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二丁酯、Zusoplast C 21中一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤1中的粘结剂为聚乙烯醇、Lithopix P 15、羧甲基纤维素、硅溶胶中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤1中的流变剂为羧甲基纤维素钠、有机膨润土、Silubit FB 17、气相二氧化硅、聚酰胺中的一种或两种以上的混合物。

8.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤2中的球料比为0.5～4:1，球磨机转速为60～300r/min。

9.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤2中的消泡剂为Contraspum K 1012、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅中的一种或两种以上的混合物。

10.根据权利要求1或2所述的一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，其特征在于，步骤2中的分散剂为六偏磷酸钠、柠檬酸钠、Dolaflux B 11、Dolapix CE 64、Duramax D3019中的一种或两种以上的混合物。