CN110028337A - 一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，将钢渣粉体和去离子水配制成水基浆料，并进行球磨；向球磨后的浆料中加入表面活性剂，并通过磁力搅拌器混合均匀，用10％的盐酸或氨水调节浆料pH值至6～10.5；浆料通过机械搅拌进行发泡，发泡后制成泡沫坯体，再在室温下进行干燥，然后烧结。该制备方法制备的多级开孔泡沫陶瓷的气孔率为70～90％，耐压强度6～20MPa，导热系数0.025～0.5W/(m·K)。本制备方法工艺简单，生产成本低廉，制得的泡沫陶瓷综合性能优良，具有良好的推广前景。

Description

一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫陶瓷的制备方法，尤其涉及一种以钢渣为原料制备多级开孔泡沫陶瓷的方法。
背景技术
钢渣是在钢铁冶炼过程中产生主要固体废弃物，钢渣的排放会导致严重的环境污染与危害，随意的堆放会占用大量的土地。随着固体废弃物的处理和资源的综合利用日益得到人们的关注，目前对钢渣综合利用的途径主要有：作为烧结矿和冶炼的原料；作为路基的工程材料；制作钢渣水泥或者混凝土的掺合料。
由于部分钢渣以颗粒形式存在，造成粉尘污染，影响人体健康。这部分钢渣由于粒径小，活性大不易被充分的利用。如何变废为宝，提高钢渣的综合利用率，建立可持续发展计划是钢铁企业亟待解决的问题。
泡沫陶瓷是一种经过特定高温烧成工艺，具有高开气孔率、耐高温、抗有机介质腐蚀的多孔陶瓷材料。可适用于净化污水、溶液过滤分离和催化剂载体等等。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高气孔率和高耐压强度的多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，工艺简单，生产成本低廉，制得的泡沫陶瓷综合性能优良。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配制成水基浆料，并进行球磨，球磨4～48h；
2)向球磨后的浆料中加入表面活性剂，并通过磁力搅拌器混合均匀，用10％的盐酸或氨水调节浆料pH值至6～10.5；
3)浆料通过机械搅拌进行发泡，发泡后制成泡沫坯体；
4)将泡沫坯体放在室温下进行干燥，然后烧结。
步骤1)所述的钢渣粉体球磨后的粒径为0.2～4μm。
步骤1)中钢渣粉体的固相含量为30～60wt％。
步骤2)所述的表面活性剂为十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠中的一种或两种以上，加入量为0.05～1.2wt％。
步骤3)中机械搅拌速度为1000～3000r/min。
步骤4)的烧结制度为以1～5℃/min的升温速率升温，烧结温度为1000～1500℃，保温时间为1～5h。
该制备方法制备的多级开孔泡沫陶瓷的气孔率为70～90％，耐压强度6～20MPa，导热系数0.025～0.5W/(m·K)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本制备方法工艺简单，生产成本低廉，制得的泡沫陶瓷综合性能优良，具有良好的推广前景。采用低成本的废料钢渣制备泡沫陶瓷，对资源充分利用，建设社会效益、环境效益和经济效益良好的企业，具体的优点是：
1)基于颗粒稳定泡沫原理开创性地采用直接发泡法制备了钢渣开孔泡沫陶瓷，工艺简单，成本低廉；
2)本发明只需一次烧结，无需添加造孔剂，因此在烧结过程中不需要排胶工序，节能减排；
3)本发明制备的泡沫陶瓷具有多级的开孔结构，具有很高的气孔率和耐压强度。
附图说明
图1是钢渣粉体的扫描电子显微镜照片图。
图2是多级开孔泡沫陶瓷的扫描电子显微镜照片图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配制成水基浆料，并进行球磨，球磨4～48h；
2)向球磨后的浆料中加入表面活性剂，并通过磁力搅拌器混合均匀，用10％的盐酸或氨水调节浆料pH值至6～10.5；
3)浆料通过机械搅拌进行发泡，发泡后制成泡沫坯体；
4)将泡沫坯体放在室温下进行干燥，然后烧结，烧结制度为以1～5℃/min的升温速率升温，烧结温度为1000～1500℃，保温时间为1～5h。
步骤1)所述的钢渣粉体到粒径为0.2～4μm。钢渣粉体的固相含量为30～60wt％，通过调控浆料的固相含量，可以实现对泡沫陶瓷气孔率的有效调控。由于固相含量的减少导致悬浮液粘度降低，使得在机械搅拌过程中更多的空气进入悬浮液中，从而提高泡沫的发泡倍率。
步骤2)所述的表面活性剂为十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠中的一种或两种以上，加入量为0.05～1.2wt％，通过调节表面活性剂的浓度可以有效调节控制陶瓷泡沫浆料的发泡倍率，从而调控烧结后泡沫陶瓷的气孔率。
步骤3)中机械搅拌速度为1000～3000r/min；搅拌过程中转速需要稳步提升，搅拌速度每提升200r/min为一个阶段，每阶段搅拌过程中需不断处理搅拌桶壁上的浆料，使每个阶段浆料中的气泡稳定、细腻。这样所制备的钢渣泡沫具有超稳定性，在室温下不会发生坍塌，气泡不稳定等现象。
本发明提供的制备方法，由于钢渣细粉中组分为不均质相，在烧结过后收缩程度不同所以能够制备出多级开孔的泡沫陶瓷。实现泡沫陶瓷的气孔率达到70～90％，耐压强度6～20MPa，导热系数0.025～0.5W/(m·K)。
实施例1：
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为30％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨10h，钢渣粉体的平均粒径为0.52μm。
2)向球磨后的浆料中加入0.1wt％十二烷基硫酸钠，磁力搅拌3min后，调节pH至8.5。
3)用机械搅拌机在1500r/min转速下搅拌20min得到超稳定的钢渣泡沫浆料，注模5min后脱模，在常温常压下干燥24h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1150℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔大小均匀，气孔率为90％，耐压强度为6.3MPa。采用无毒环保的长链表面活性剂十二烷基硫酸钠修饰陶瓷颗粒，制备稳定的钢渣颗粒稳定泡沫。本实施例具有较高的气孔率和一定的耐压强度，可以用于降低噪声领域。
实施例2：
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为40％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨10h，钢渣粉体的平均粒径为0.78μm。
2)向球磨后的浆料中加入0.6wt％十二烷基硫酸钠，磁力搅拌3min后，调节pH至8.5。
3)用机械搅拌机在1500r/min转速下搅拌20min得到超稳定的钢渣泡沫浆料，注模5min后脱模，在常温常压下干燥24h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1150℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔大小均匀，气孔率为83.1％，耐压强度为8.7MPa。本实施例与实施例1对比可以看出，通过调节表面活性剂浓度可以调控烧后泡沫陶瓷的气孔率，并且浆料的固相含量的减少会使得更多的空气在搅拌过程中进入浆料，从而提高泡沫陶瓷的气孔率。由于本实施例中的泡沫陶瓷具有均匀的多级开孔，对烟气和有毒气体有较强的吸附作用，可用于气化处理器领域。
实施例3：
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为45％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨24h，钢渣粉体的平均粒径为1.57μm。
2)向球磨后的浆料中加入0.8wt％十二烷基硫酸钠，磁力搅拌3min后，调节pH至8。
3)用机械搅拌机在1500r/min转速下搅拌20min得到超稳定的钢渣泡沫浆料，注模5min后脱模，在常温常压下干燥24h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1200℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔率为73％，耐压强度为12.8MPa。本实施例的泡沫陶瓷气孔大小均匀，耐压强度高，适用于吸附重金属离子等领域。
实施例4：
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为50％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨30h，钢渣粉体的平均粒径为1.57μm。
2)向球磨后的浆料中加入1.2wt％十二烷基硫酸钠，磁力搅拌3min后，调节pH至8。
3)用机械搅拌机在1500r/min转速下搅拌20min得到超稳定的钢渣泡沫浆料，注模5min后脱模，在常温常压下干燥48h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1150℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔率为72％，耐压强度为16.8MPa。本实施例的泡沫陶瓷气孔大小均匀，耐压强度高，适用于吸附工业废水和生活污水等领域。
实施例5
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为50wt％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨30h；钢渣粉体的平均粒径为2.5μm；
2)向球磨后的浆料中加入0.3wt％十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺的混合溶液，磁力搅拌3min后，调节pH至7.0；
3)用机械搅拌机在1700r/min转速下搅拌20min得到超稳定的钢渣泡沫浆料，注模5min后脱模，在常温常压下干燥24h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1100℃，保温2.5h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔大小均匀，气孔率为82％，耐压强度为7.3MPa。本实施例中的泡沫陶瓷由于具有较高的气孔率和一定的耐压强度，可用于保温隔热材料。
实施例6
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为40wt％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨30h；钢渣粉体的平均粒径为2.5μm；
2)向球磨后的浆料中加入0.8wt％十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺的混合溶液，磁力搅拌3min后，调节pH至7.0；
3)用机械搅拌机在1000r/min转速下搅拌10min得到稳定的泡沫浆料，再提高转速到2000r/min搅拌10min后得到超稳定的钢渣泡沫，注模10min后脱模，在常温常压下干燥36h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1200℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔大小均匀，气孔率为80％，耐压强度为10.2MPa。本实施例中的泡沫陶瓷中孔径为2-50nm，属于介孔材料范畴，且呈现多级开孔结构，可以应用在催化裂化反应领域。
实施例7
多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配成固相含量为60wt％的水基浆料，然后利用滚筒式球磨机球磨30h；钢渣粉体的平均粒径为2.5μm；
2)向球磨后的浆料中加入1.0wt％十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺的混合溶液，磁力搅拌3min后，调节pH至7.0；
3)用机械搅拌机在1500r/min转速下搅拌10min得到稳定的泡沫浆料，再提高转速到2000r/min搅拌10min后得到超稳定的钢渣泡沫，注模10min后脱模，在常温常压下干燥36h。
4)干燥后的钢渣泡沫坯体以4℃/min的升温速率加热至1200℃，保温2h。
制得的钢渣开孔泡沫陶瓷气孔大小均匀，气孔率为85％，耐压强度为11.2MPa。本实施例中的泡沫陶瓷中孔径为2-50nm，属于介孔材料范畴，且呈现多级开孔结构，可以应用在催化裂化反应领域。

Claims (7)

1.一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钢渣粉体和去离子水配制成水基浆料，并进行球磨，球磨4～48h；
2)向球磨后的浆料中加入表面活性剂，并通过磁力搅拌器混合均匀，用10％的盐酸或氨水调节浆料pH值至6～10.5；
3)浆料通过机械搅拌进行发泡，发泡后制成泡沫坯体；
4)将泡沫坯体放在室温下进行干燥，然后烧结。
2.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的钢渣粉体球磨后的粒径为0.2～4μm。
3.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤1)中钢渣粉体的固相含量为30～60wt％。
4.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的表面活性剂为十八烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠中的一种或两种以上，加入量为0.05～1.2wt％。
5.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3)中机械搅拌速度为1000～3000r/min。
6.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤4)的烧结制度为以1～5℃/min的升温速率升温，烧结温度为1000～1500℃，保温时间为1～5h。
7.根据权利要求1所述的一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，该制备方法制备的多级开孔泡沫陶瓷的气孔率为70～90％，耐压强度6～20MPa，导热系数0.025～0.5W/(m·K)。
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