CN114315408A - 透水多孔陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透水多孔陶瓷材料及其制备方法，属于新无机材料技术领域。本发明所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球磨，过筛得到60目以上的高温粘结剂；将高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀，制得粉料；在粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒，粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；将多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；将湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。本发明的多孔陶瓷透水性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种透水多孔陶瓷材料及其制备方法，属于新无机材料技术领域。
背景技术
多孔陶瓷是一种含有较多孔洞并利用其结构或表面积来达到所需性能的无机非金属过滤 材料。多孔陶瓷具有化学稳定性好、机械强度和刚度高、耐热性好以及使用寿命长等特点， 在环保、化工、建筑等领域得到广泛应用。主要制备方法有添加造孔剂法、发泡法、有机泡 沫浸渍法和溶胶一凝胶法等。
多孔陶瓷的尺寸特性和微孔的化学特性共同决定了多孔的性能。而多孔表面的化学特性 受陶瓷的组成、结晶结构、非晶质、OH-的有无影响。在多孔的尺寸特性中，孔的直径、孔 径的分布与孔径的形式、材料的比表面积，都对材料的过滤与分离性能有很大的影响。多孔 陶瓷的性能不同，应用领域也不同。例如，可以利用多孔陶瓷孔径分布的均匀性，制造各种 元件如流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件以及过滤器和分离装置等；可以利用 多孔陶瓷吸收能量的性能，制造各种吸声材料以及减震材料等；可以利用多孔陶瓷较高的比 表面积，制成各种性能优异的多孔电极、催化剂载体、热交流器、气体传感器等功能材料； 可以利用多孔陶瓷的低密度性、低热导性能，制备各种保温材料以及轻质结构材料等。
目前对多孔陶瓷材料的强度、孔隙率、密度、吸水率等等研究得比较多，然而，对其透 水性研究得少。很多多孔陶瓷的孔隙率高，但是透水性却比较差，过滤效率低，排水效果差。
攀枝花高岭土的主要成份为：
表1攀枝花本地高岭土的主要成份(w/％)
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种透水性好的多孔陶瓷材料。
为达到本发明的第一个目的，所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：
a.制备高温粘结剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球 磨，过筛得到60目以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀， 制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得 多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
60目以上的高温粘结剂是指目数在60以上，尺寸更小的颗粒，例如70目、80目等等。
40目以上是指目数在40以上，尺寸更小的颗粒，例如50目，60目等等。
高岭土、钾长石、玻璃粉原料的目数小于40会增大烧结温度，同时还降低过滤材料的强 度。
在一种具体实施方式中，a步骤所述球磨的时间为30～60min；料球比优选为1:10。
在一种具体实施方式中，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目。
在一种具体实施方式中，b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标 准筛的木炭；更优选所述木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
在一种具体实施方式中，b步骤所述混合均匀为在每分钟60～80转混制20～40min。
在一种具体实施方式中，c步骤所述水玻璃的模数为3。
在一种具体实施方式中，d步骤所述压制成型的压力为5～10MPa，保压1～3min。
在一种具体实施方式中，e步骤所述将所述湿坯在1150～1200℃保温。
本发明的第二个目的是提供一种上述透水多孔陶瓷材料的制备方法。
为达到本发明的第二个目的，所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：a.制备高温粘结 剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球磨，过筛得到60目 以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀， 制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得 多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
在一种具体实施方式中，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目；
b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标准筛的木炭；更优选所述 木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
有益效果：
本发明的多孔陶瓷透水性好，透水率25％以上，适用于过滤和制备透水建筑材料等等。
本发明的制备方法具有制备工序简单，成本低廉、烧结温度低、节能环保、适合工业化 生产等特点。
附图说明
图1为实施例1-4及对比例1制备得到的圆型的透水多孔陶瓷材料。从左到右依次是对 比例1，实施例1-4。
图2为透水率检测装置。
具体实施方式
为达到本发明的第一个目的，所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：
a.制备高温粘结剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球 磨，过筛得到60目以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀， 制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得 多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
60目以上的高温粘结剂是指目数在60以上，尺寸更小的颗粒，例如70目、80目等等。
40目以上是指目数在40以上，尺寸更小的颗粒，例如50目，60目等等。
高岭土、钾长石、玻璃粉原料的目数小于40会增大烧结温度，同时还降低过滤材料的强 度。
在一种具体实施方式中，a步骤所述球磨的时间为30～60min；料球比优选为1:10。
在一种具体实施方式中，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目。
在一种具体实施方式中，b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标 准筛的木炭；更优选所述木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
在一种具体实施方式中，b步骤所述混合均匀为在每分钟60～80转混制20～40min。
在一种具体实施方式中，c步骤所述水玻璃的模数为3。
在一种具体实施方式中，d步骤所述压制成型的压力为5～10MPa，保压1～3min。
在一种具体实施方式中，e步骤所述将所述湿坯在1150～1200℃保温。
本发明的第二个目的是提供一种上述透水多孔陶瓷材料的制备方法。
为达到本发明的第二个目的，所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：a.制备高温粘结 剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球磨，过筛得到60目 以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀， 制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得 多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
在一种具体实施方式中，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目；
b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标准筛的木炭；更优选所述 木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所 述的实施例范围之中。
实施例1
1、选取攀枝花本地天然石英砂60-80目作为主要基体材料。
2、制备高温粘结剂。首先将原料破碎过40目标准筛，然后称取质量分数为55％的攀枝 花当地高岭土，25％的钾长石，20％的玻璃粉放入行星式球磨机中，料球比为1:10，球磨时 间为40min，然后过60目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料高温粘结剂。
3、称取石英砂、自制高温粘结剂、造孔剂分别为680g、230g、90g放入混料机中，在混料机里混制30min，混合均匀，制得多孔陶瓷过滤材料粉料。
4、然后在混料机里向混合均匀的粉料中加入粉料质量13％的水玻璃，混合造粒20min， 将混合后的粉料颗粒陈腐4h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒。
5、将过筛后的多孔陶瓷过滤材料颗粒放入模具，成型压力为5MPa，保压3min，脱模成型，制得多孔陶瓷过滤材料湿坯。
6、将制得的多孔陶瓷过滤材料湿坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1150℃，保温时间 2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。
本发明的透水实验参考GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》制定了本检测方 法，实验装置如图2所示，实验操作如下：
1.测量式样的半径，厚度，分别测量两次，取平均值，精确到0.1cm
2.将试样块周围用橡皮泥进行密封处理，使其不漏水，确保不能从周围漏出，水仅从上 下表面进行渗透。
3.在试块上方注水，通过调整进水量，使水稳定在300ml处，记录一分钟内流出水量(Q)， 测量三次，取平均值。
4.用尺子测量试样上方水位差精确到0.1cm。
5.试样中流出水的温度(T)用温度计测量，精确到0.5℃。
透水系数:
K-试样透水系数(cm/s)
Q-在时间t秒内透水砖的渗出水量(ml)
L-试样厚度(cm)
A-试样上表面积(cm2)
H-水位差(cm)
T-时间
透水率：
Q-试样上表面渗过水量(ml)
B-试样上表面稳定水量(300ml)
q-式样透水率
本实施例制得的多孔陶瓷过滤材料，孔隙率为40.0％，抗压强度17.45MPa,密度为1.54g/cm3，透水系数0.049cm/s，透水率26.0％。
本发明中多孔陶瓷过滤材料，孔隙率由湘潭市仪器仪表有限公司生产的DRX显气孔率 测试仪测定；抗压强度由济南恒思盛大仪器有限公司生产的DWD-10E万能材料试验机测定。
实施例2
1、选取攀枝花本地天然石英砂40-60目作为主要基体材料。
2、制备高温粘结剂。首先将原料破碎过40目标准筛，然后称取质量分数为60％的攀枝 花当地高岭土，20％的钾长石，20％的玻璃粉放入行星式球磨机中，料球比为1:10，球磨时 间为30min，然后过60目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料高温粘结剂。
3、称取石英砂、自制高温粘结剂、造孔剂分别为750g、170g、80g放入混料机中，在混料机里混制40min，混合均匀，制得多孔陶瓷过滤材料粉料。
4、然后在混料机里向混合均匀的粉料中加入粉料质量15％的水玻璃，混合造粒30min， 将混合后的粉料颗粒陈腐6h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒。
5、将过筛后的多孔陶瓷过滤材料颗粒放入模具，成型压力为10MPa，保压2min，脱模 成型，制得多孔陶瓷过滤材料湿坯。
6、将制得的多孔陶瓷过滤材料湿坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1200℃，保温时间 1.5h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。
本实施例制得的多孔陶瓷过滤材料，孔隙率为25.1％，抗压强度15.88MPa,密度为1.87g/cm3，透水系数0.056cm/s，透水率31.1％。
实施例3
1、选取攀枝花本地天然石英砂20-40目作为主要基体材料。
2、制备高温粘结剂。首先将原料破碎过40目标准筛，然后称取质量分数为55％的攀 枝花当地高岭土，30％的钾长石，15％的玻璃粉放入行星式球磨机中，料球比为1:10，球磨 时间为50min，然后过60目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料高温粘结剂。
3、称取石英砂、自制高温粘结剂、造孔剂分别为650g、210g、140g放入混料机中，在混料机里混制20min，混合均匀，制得多孔陶瓷过滤材料粉料。
4、然后在混料机里向混合均匀的粉料中加入粉料质量13％的水玻璃，混合造粒20min， 将混合后的粉料颗粒陈腐2h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒。
5、将过筛后的多孔陶瓷过滤材料颗粒放入模具，成型压力为5MPa，保压1min，脱模成型，制得多孔陶瓷过滤材料湿坯。
6、将制得的多孔陶瓷过滤材料湿坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1200℃，保温时间1h， 然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。
本实施例制得的多孔陶瓷过滤材料，孔隙率为36.6％，抗压强度16.42MPa,密度为1.72g/cm3，透水系数0.332cm/s，透水率65.7％。
实施例4
1、选取攀枝花本地天然石英砂10-20目作为主要基体材料。
2、制备高温粘结剂。首先将原料破碎过40目标准筛，然后称取质量分数为50％的攀 枝花当地高岭土，30％的钾长石，20％的玻璃粉放入行星式球磨机中，料球比为1:10，球磨 时间为60min，然后过60目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料高温粘结剂。
3、称取石英砂、自制高温粘结剂、造孔剂分别为700g、200g、100g放入混料机中，在混料机里混制20min，混合均匀，制得多孔陶瓷过滤材料粉料。
4、然后在混料机里向混合均匀的粉料中加入粉料质量13％的水玻璃，混合造粒20min， 将混合后的粉料颗粒陈腐4h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒。
5、将过筛后的多孔陶瓷过滤材料颗粒放入模具，成型压力为5MPa，保压2min，脱模成型，制得多孔陶瓷过滤材料湿坯。
6、将制得的多孔陶瓷过滤材料湿坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1250℃，保温时间1h， 然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。
本实施例制得的多孔陶瓷过滤材料，孔隙率为27.8％，抗压强度15.18MPa,密度为1.74g/cm3，透水系数0.144cm/s，透水率42％。
对比例1
1、选取攀枝花本地天然石英砂80-100目作为主要基体材料。
2、制备高温粘结剂。首先将原料破碎过40目标准筛，然后称取质量分数为50％％的攀 枝花当地高岭土，30％的钾长石，20％的玻璃粉放入行星式球磨机中，料球比为1:10，球磨 时间为60min，然后过60目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料高温粘结剂。
3、称取石英砂、自制高温粘结剂、造孔剂分别为650g、210g、140g放入混料机中，在混料机里混制20min，混合均匀，制得多孔陶瓷过滤材料粉料。
4、然后在混料机里向混合均匀的粉料中加入粉料质量10％的水玻璃，混合造粒15min， 将混合后的粉料颗粒陈腐2h，后过40目标准筛，制得多孔陶瓷过滤材料颗粒。
5、将过筛后的多孔陶瓷过滤材料颗粒放入模具，成型压力为5MPa，保压1min，脱模成型，制得多孔陶瓷过滤材料湿坯。
6、将制得的多孔陶瓷过滤材料湿坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1250℃，保温时间 1h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料。
本实施例制得的多孔陶瓷过滤材料，孔隙率为36.6％，抗压强度16.42MPa,密度为1.72g/cm3，透水系数0.024cm/s，透水率12.9％。
Claims (10)
1.透水多孔陶瓷材料，其特征在于，所述透水多孔陶瓷材料的制备方法包括：
a.制备高温粘结剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球磨，过筛得到60目以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀，制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
2.根据权利要求1所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，a步骤所述球磨的时间为30～60min；料球比优选为1:10。
3.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目。
4.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标准筛的木炭；更优选所述木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
5.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，b步骤所述混合均匀为在每分钟60～80转混制20～40min。
6.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，c步骤所述水玻璃的模数为3。
7.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，d步骤所述压制成型的压力为5～10MPa，保压1～3min。
8.根据权利要求1或2所述的透水多孔陶瓷材料，其特征在于，e步骤所述将所述湿坯在1150～1200℃保温。
9.如权利要求1～8任一项所述的透水多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，方法包括：
a.制备高温粘结剂：将50～60wt％高岭土，20～30wt％钾长石，15～20wt％玻璃粉混合球磨，过筛得到60目以上的高温粘结剂；
b.将所述高温粘结剂与石英砂、造孔剂按照质量比：15～25：65～75：8～15混合均匀，制得粉料；
c.在所述粉料中加入水玻璃，混合造粒，陈腐2～6h，后过40目标准筛，取筛下物制得多孔陶瓷过滤材料颗粒，所述粉料与水玻璃的质量比为1：0.12～0.15；
d.将所述多孔陶瓷过滤材料颗粒压制成型，得到湿坯；
e.将所述湿坯在1150～1250℃保温1～2h，然后随炉降温，制得多孔陶瓷过滤材料；
a步骤所述高岭土、钾长石、玻璃粉的原料优选为40目以上；
所述高岭土优选为攀枝花高岭土。
10.根据权利要求9所述的透水多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，b步骤所述石英砂的大小为10～80目；优选为20～40目；
b步骤所述造孔剂为木炭；优选所述木炭为球磨厚过60目标准筛的木炭；更优选所述木炭的球磨时间为30～40min，料球比优选为1:10。
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