CN115043591B

CN115043591B - 多孔微晶陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN115043591B
Application number: CN202210858902.3A
Authority: CN
Inventors: 孙红娟; 刘全; 彭同江; 陈涛
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2022-07-20
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2042-07-20
Also published as: CN115043591A

Abstract

本发明提供了一种多孔微晶陶瓷及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；使用混合粉体造粒，得到粒料；将粒料压制成型，得到坯体；通过将坯体进行干燥和施釉，然后进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8。所述多孔微晶陶瓷包括所述的制备多孔微晶陶瓷的方法所制备出的多孔微晶陶瓷。本发明的有益效果包括：流程简单、绿色环保；在生产过程中利用石棉尾渣，解决其难处理的问题。

Description

多孔微晶陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理与资源化利用及无机非金属功能材料制备领域，特别地，涉及多孔微晶陶瓷及其制备方法。

背景技术

我国石棉矿产资源非常丰富，是世界上第三石棉储量大国，石棉矿产资源主要分布在甘肃阿克塞、青海茫崖、陕西黑木林和四川石棉县等地。自上世纪50年代生产石棉后，矿山剥离的废石、剔除的夹石和选矿的尾矿主要露天堆放，不仅污染土壤、水源，且存在严重安全隐患。

多孔微晶陶瓷既是具有孔隙结构的多孔材料，也是多晶烧结材料，通过对孔径、孔形、分布和连通性等孔隙结构参数的区分，能将多孔陶瓷应用于吸声、隔热、运输和生物等场景，相较于高分子聚合体、金属等材质的多孔材料，多孔微晶陶瓷具有优良的耐酸碱性和生物兼容性。现有的工业工艺主要包括颗粒堆积法、模板牺牲法、复制模板法、直接发泡法、3D打印法，这几类方法主要以人工造孔为核心关键，生产工艺流程长、设备复杂、生产成本高，且会造成一定的环境污染，并且不适用于工业固废的二次利用。

综上所述，现有的多孔微晶陶瓷主流生产技术存在生产能耗高、工艺流程长、固废利用率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足的至少一项，本发明的目的之一是提供一种可以利用石棉选矿的尾渣制备多孔微晶陶瓷的方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备多孔微晶陶瓷的方法。

所述方法包括以下步骤：

将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；使用混合粉体造粒，得到粒料；将粒料压制成型，得到坯体；通过将坯体进行干燥和施釉，然后再进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8。

根据本发明的一个示例性实施例，所述造粒可包括半干法造粒，半干法造粒可包括以下步骤：将混合粉体与粘结剂水溶液混合均匀，搅拌得到不均匀质地松散的颗粒状物料；其中，混合粉体的含水量为4～8％，混合粉体的粒径为180～350目，搅拌转速为200～400rpm/min；对颗粒状物料进行球形化造粒，得到所述粒料，并干燥至含水量3～5％；其中，粒料的粒径为20～40目。

根据本发明的一个示例性实施例，所述粘结剂水溶液可包括聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的一种或多种溶于水得到的粘结剂水溶液；所述粘结剂水溶液的浓度为0.5～1％；所述粘结剂水溶液的用量为混合粉体质量的1～10％。

根据本发明的一个示例性实施例，所述制坯可包括以下步骤：将粒料均匀平铺在模具中；在250～720kgf/cm²压力下压制、脱模后得到坯体；将所得坯体干燥、按实际需求施釉、上色；其中，干燥包括：在温度为80～300℃条件下将坯体干燥至含水率1～3％之间。

根据本发明的一个示例性实施例，所述热处理可包括烧结和冷却；其中，烧结可包括：将坯体按6～40℃/min的升温速率加热至1230～1300℃，保温30～60min，进一步地，保温43～50min；冷却可包括：自然降温或先缓冷再快冷至室温使坯体冷却；所述后处理可包括按规格尺寸进行整形和修边。

根据本发明的一个示例性实施例，所述石棉尾渣可包括石棉开采过程中剥离的废石、剔除的夹石和选矿过程中排出的尾渣；所述石棉尾渣干基的化学组成可包括按质量百分数计的以下组分：40～60％SiO₂、30～46％MgO、6～12％Fe₂O₃、2～5％Al₂O₃；所述石棉尾渣的矿物组成可包括：蛇纹石，磁铁矿、滑石、白云石、绿泥石、方解石、透闪石和石英中的至少一种。

根据本发明的一个示例性实施例，所述长石可包括钠长石、钙长石和钾长石的一种或多种；所述长石的纯度＞90％。

另一方面，本发明提供了一种多孔微晶陶瓷。

所述多孔微晶陶瓷包括所述制备多孔微晶陶瓷的方法所制备出的多孔微晶陶瓷。

根据本发明的一个示例性实施例，所述多孔微晶陶瓷的化学组成可包括按质量百分数计的以下组分：40～60％SiO₂、25％～35％MgO、5～15％Al₂O₃、0～10％Na₂O、0～14％K₂O、0～14％CaO和3～8％Fe₂O₃；所述多孔微晶陶瓷的晶相组成可包括镁橄榄石相、透辉石相和顽火辉石相，非晶相组成可包括长石或顽火辉石熔融形成的玻璃相。

根据本发明的一个示例性实施例，所述多孔微晶陶瓷开孔率为5％～40％，闭孔率为8％～45％；总孔隙率为15.1％～70％；所述多孔微晶陶瓷体积密度为0.88～1.83g/cm³；所述多孔微晶陶瓷抗压强度为2～23MPa；所述多孔微晶陶瓷孔体积为：10×10³～10×10⁹μm³，其中，80％的孔体积为10×10³～10×10⁷μm³；所述多孔微晶陶瓷平均孔径分布范围为：10～1000μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)多孔微晶陶瓷制备的流程更加简化，避免了造孔剂、发泡剂和有机泡沫引入等过程。

(2)在制备过程中不需添加晶核剂，也无需添加造粒剂直接进行干压成型。

(3)能够很好的利用石棉尾渣，石棉尾渣利用率为20～80％。

(4)通过调控长石粉体中钾长石和斜长石的比例，能够适应不同质量比的石棉尾渣。

(5)热处理过程无废物排放，生产过程无三废排放，满足绿色制造工艺技术要求。

(6)原料价格极低，来源广泛；工艺方法兼容度高，可利用现有工艺和设备进行生产；工艺流程短，易于控制。

(7)本方法制备的多孔微晶陶瓷在工艺性能上的优势包括：多孔微晶陶瓷总孔隙率可高达70％，体积密度最小低至0.88/cm³，抗压强度可高达23MPa；孔体积可高达10×10⁹μm³，平均孔径分布范围为：10～1000μm。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的X射线衍射图；

图2示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的截面扫描电镜图；

图3示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品2的截面扫描电镜图；

图4示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品3的截面扫描电镜图；

图5示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品4的截面扫描电镜图；

图6示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的CT扫描模型图；

图7示出了本发明的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的CT扫描气孔透视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，使本技术领域的人员更好地理解本发明。

石棉尾渣是石棉矿石经过“破碎-风选”的取棉工艺处理后得到的一种含有石棉纤维的矿石残渣。发明人发现：石棉尾渣的主要成分包括SiO₂、MgO、Al₂O₃等，符合制备多孔微晶陶瓷的主要组分，同时其含有可直接作为多孔微晶陶瓷的晶核剂成分的NiO、Fe₂O₃。

长石是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物，常用于陶瓷、玻璃工业，碱性长石中Na₂O和K₂O具有较好的助熔作用，不同的长石添加比例具有不同的助熔效果，能够在多孔微晶陶瓷的制备过程中熔融包裹气体，膨胀发泡。

因此，本发明提出了一种长石协同石棉尾渣制备多孔微晶陶瓷的方法。所述方法只需通过一次高温处理即可制得多孔微晶陶瓷，本发明的制备方法是固废利用、减少环境污染并在生产中节能降耗和无三废排放的绿色制造工艺。

示例性实施例1

本示例性实施例提供了一种多孔微晶陶瓷的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1：将石棉尾渣与长石进行预处理，得到混合粉体。

在本实施例中，预处理包括干燥、粉碎、球磨并混合等环节。

预处理包括步骤：将石棉尾渣破碎、球磨后和长石混合，再干燥、粉碎、球磨；或者，当石棉尾渣中含水量较少无需干燥时，只需将长石进行干燥，再将干燥后的长石和石棉尾渣粉末进行粉碎、混合，粉碎与混合可不分先后顺序；或者，当长石和石棉尾渣中含水量均较高时，将石棉尾渣和长石都进行干燥，然后再粉碎、球磨后混合，破碎和球磨顺序始终先于混合。

当长石只有一种时，预处理的步骤可包括：将长石和石棉尾渣干燥、粉碎并按一定比例球磨混匀。

当长石为两种以上长石混合使用时，预处理的步骤可包括：将长石和石棉尾渣干燥、粉碎，将两类长石按一定比例球磨混匀，将混匀的长石粉末按一定比例和石棉尾渣粉末球磨混合均匀。

在本实施例中，石棉尾渣可包括石棉开采过程中剥离的废石、剔除的夹石和选矿过程中排出的尾渣。石棉尾渣包括按照质量分数计的如下成分：

40～60％SiO₂，例如41％、43％、45％、47％、49％、51％、53％、55％、57％、59％；

30～46％MgO，例如31％、33％、35％、37％、39％、41％、43％、45％；

6～12％Fe₂O₃，例如6.5％、7％、8％、8.5％、9％、10％、11％、11.5％；

和2～5％Al₂O₃，例如2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％。

石棉尾渣的矿物组成可包括：主要为蛇纹石，含少量其它物质，例如：磁铁矿、滑石、白云石、绿泥石、方解石、透闪石及石英等。石棉尾渣中含有少量的细小纤维在升温阶段可分解为镁橄榄石和顽火辉石。

在本实施例中，长石包括钠长石、钙长石和钾长石中的一种或多种。选用纯度＞90％的长石作为原料，纯度是指长石混合体中，纯钠长石、纯钙长石或纯钾长石的占比。长石可以作为助熔剂和多孔微晶陶瓷的成分补充剂。添加一种长石或多种长石，不仅能够起到助熔的作用，令生产出的多孔微晶陶瓷具有不同孔隙结构；而且能够在高温条件下提供液相，促进坯体致密烧结包裹气体，使坯体发泡膨胀。不同混合比例的长石对石棉尾渣具有不同的助熔效果，在不添加造孔剂、发泡剂的情况下能够成功制备出不同孔径的多孔微晶陶瓷。

长石与石棉尾渣均作为成分补充剂；长石协同石棉尾渣补充成分形成骨架晶粒，满足多孔微晶陶瓷配方或成分配比，令所制备的多孔微晶陶瓷具有不同孔隙结构，能够应用于不同场景。

在本实施例中，石棉尾渣与长石的质量比为8：2～2：8，换而言之，按照石棉尾渣与长石质量份数之和为100份计，石棉尾渣的质量份数为20～80份。石棉尾渣添加量较低时会使多孔微晶陶瓷样品扁平，石棉尾渣添加量较高时会使多孔微晶陶瓷样品平均孔径减小。

在本实施例中，混合粉体中石棉尾渣的质量分数在20％～80％，例如，21％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、79％；这可以满足固废的高利用率需求，混合粉体中长石的质量分数为80％～20％，例如，79％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、21％。

S2：使用混合粉体造粒，得到粒料。

在本实施例中，采用的造粒方法为半干法造粒，半干法造粒包括以下步骤：

S21：将混合粉体与粘结剂水溶液混合均匀，进行高速搅拌得到不均匀质地松散的颗粒状物料。

在本实施例中，混合粉体的含水量为4～8％，例如，4.5％、5％、6％、7％、7.5％；混合粉体的粒径为180～350目，例如185目、190目、210目、230目、250目、270目、300目、320目、340目。将粒径控制在该范围内有利于坯体成型，同时能够避免粉磨过细所增加的时间与能耗。进一步地，混合粉体的粒径为200～350目。

在本实施例中，粘结剂水溶液包括聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的一种或多种溶于水得到的粘结剂水溶液，其浓度为0.5％～1％。

在本实施例中，粘结剂水溶液的加入量为混合粉体质量的1～10％。

在本实施例中，高速搅拌采用高速搅拌机，搅拌转速为200～400rpm/min，搅拌过程具有预造粒作用，搅拌混合均匀后的物料呈不均匀质地松散的颗粒状。

S22：采用圆锅、圆盘或流化床造粒机对不均匀质地松散的颗粒状物料进行球形化造粒，得到素坯颗粒料为较均匀的球形颗粒粒料；其中，粒料的粒径为20～40目。将粒料干燥至含水量3～5％。

石棉尾渣中具有的细小纤维，对造粒有一定的影响，通过添加长石粉体，能够增加混合粉体的粘度，造粒过程实际上就是将细小的粉体颗粒通过添加粘结剂的作用，聚集形成大颗粒。

S3：将粒料压制成型，得到坯体。

在本实施例中，压制成型的步骤可包括：将粒料均匀平铺在模具中，在250～720kgf/cm²的压力下保压15～30s，然后脱模后得到所述微晶多孔陶瓷的坯体，进一步地，可在255～720kgf/cm²的压力下保压。压力与保压时间参数控制在上述范围内有利于坯体成型与脱模。其中，制坯的环境条件可为室温，或者略高于室温的温度，例如30～100℃。

在本实施例中，不同的长石粉体的加入会使总的混合粉体具有不同的粘结度，所以在制坯过程中需要加入4％～8％质量比的水，但是过量的水会使模具加快腐蚀，因此需对成型的坯体进行干燥处理，使其水含量降低至5％以下。

在本实施例中，制坯过程中，混合粉体中总的水含量应控制在3％～5％，例如，3.1％、3.3％、3.8％、4.1％、4.3％、4.7％、4.9％。进一步地，可控制在4％～5％。同时当制坯粉体含水率低于3％时，在制坯步骤中的压力下，例如在250～720kgf/cm²压力下压制坯体时，容易导致坯体无法压实，边角处出现缺陷，若提高压力，则易引起残余空气的膨胀而使坯体开裂。

S4：通过将坯体进行干燥和施釉，然后再进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷。

在本实施例中，干燥包括：在温度为80～300℃条件下将坯体干燥至含水率在1～3％之间；例如，温度为81℃、85℃、90℃、100℃、150℃、200℃、250℃、299℃；坯体含水率为1.1％、1.5％、2％、2.5％、2.9％。

在本实施例中，将素坯干燥后，将多孔微晶陶瓷素坯放于喷枪或喷釉机下，通过压缩空气将目标釉料喷压缩成雾状，喷附于坯体之上，其中釉料选择按成分分类，包括石灰釉、长石釉、铅釉、无铅釉、硼釉、铅硼釉等。

在本实施例中，热处理包括烧结和冷却。

烧结包括：将坯体按6～40℃/min的升温速率加热至1230～1300℃，保温30～60min；例如，升温速率为7℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min、35℃/min、39℃/min；加热至1231℃、1235℃、1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1299℃；保温31min、35min、40min、45min、50min、55min、59min。进一步地，保温43～50min。

烧结过程可在辊道窑、隧道窑中进行。

冷却包括：自然降温或先缓冷再快冷至室温使坯体冷却。

在本实施例中，热处理过程可在含氧的气体中进行，例如空气或富氧气体。

在本实施例中，热处理可包括：将坯体按一定升温速率加热至1230～1300℃，其中，坯体在室温～800℃(低温阶段)排干水分，坯体在800～950℃成核结晶并形成液相，再继续加热至1230～1300℃(高温阶段或烧结阶段)坯体软化开始膨胀发泡，待烧结完成后，冷却。

其中，低温阶段的升温速率可为6～40℃/min，高温阶段的升温速率可为10～30℃/min并在烧结温度保温60min。对升温速率进行控制能够在低温阶段迅速去水和去除易烧失部分，同时防止高温阶段升温速率过快导致坯体发泡不彻底的现象。将低温阶段的温度和时间控制在室温～800℃和20～40min，有利于坯体的去水和去易烧失组分；将高温阶段的温度和时间控制在1230～1300℃和43～50min，保温促使坯体软化成孔，能够令坯体充分发泡。升温速率过高会影响到烧结的质量，而升温速率过低会造成能耗高，效率低。

冷却的步骤可包括缓冷至室温(或环境温度)或者先缓冷再快冷。其中，先缓冷再快冷具体可包括：在烧结温度下保温结束(即高温阶段保温结束)后，进行缓冷处理，由烧结温度缓慢降温至300～500℃，降温速率可为1～4℃/min，该降温速率能够减少石英晶型转换或烧结不稳定对多孔微晶陶瓷的影响；然后由300～500℃快速降温至200℃以下，例如30～100℃，在此温度区间的微晶多孔陶瓷性能不受温度影响，因此可进行快速冷却，例如直接鼓冷风进行快速冷却以降低能耗，该阶段降温速率可为5～10℃/min。

在本实施例中，后处理可包括按规格尺寸进行整形、修边。

在本实施例中，所述制备方法不添加发泡剂，工艺流程简单，所述制备得到的多孔微晶陶瓷可以包括板状、片状产品，其表面可以自发生成釉质层或可以施加釉料改变产品纹理、颜色，简单切边整形处理后即可获得具有装饰、保温或隔音作用的多孔微晶陶瓷材料。

示例性实施例2

本示例性实施例提供了一种多孔微晶陶瓷，所述多孔微晶陶瓷包括示例性实施例1的制备多孔微晶陶瓷的方法所制备的多孔微晶陶瓷。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷的化学组成包括按质量百分数计的以下组分：

40～60％SiO₂，例如，41％、45％、50％、55％、59％；

25％～35％MgO，例如，26％、28％、30％、32％、34％；

5～15％Al₂O₃，例如，6％、8％、10％、12％、14％；

0～10％Na₂O，例如，1％、3％、5％、7％、9％；

0～14％K₂O，例如，1％、3％、5％、7％、9％、11％、13％；

0～14％CaO，例如，1％、3％、5％、7％、9％、11％、13％；

和3～8％Fe₂O₃，例如，4％、5％、6％、7％。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷的物相可包括玻璃相、微晶相和气孔。多孔微晶陶瓷的微晶相形态主要以规则板状为主，玻璃相与微晶相互相填充，结构较为致密。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷的晶相组成包括镁橄榄石相、透辉石相和顽火辉石相，非晶相组成包括长石或顽火辉石熔融形成的玻璃相。其中，主晶相为镁橄榄石，副晶相为顽火辉石和透辉石；在微晶相中，镁橄榄石相所占质量分数为58～68％，顽火辉石相所占质量分数为18～26％，透辉石相所占质量分数为14～16％。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷的开孔率为5％～40％，例如，6％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、39％；闭孔率为8％～45％，例如，9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、44％；总孔隙率为15.1％～70％；例如，15.5％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、69％。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷体积密度为0.88～1.83g/cm³；例如，0.9g/cm³、1g/cm³、1.1g/cm³、1.2g/cm³、1.3g/cm³、1.4g/cm³、1.5g/cm³、1.6g/cm³、1.7g/cm³、1.8g/cm³。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷孔体积为：10×10³～10×10⁹μm³，其中，80％的孔体积为10×10³～10×10⁷μm³；例如10×10⁴μm³、10×10⁵μm³、10×10⁶μm³。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷平均孔径分布范围为：10～1000μm；例如11μm、20μm、50μm、100μm、200μm、400μm、600μm、800μm、950μm、990μm、999μm。

不同配比的长石和石棉尾渣制备出的多孔微晶陶瓷具有不同的孔径结构，钾长石添加量增加会使平均孔径减小，同时增加孔隙联通性。

只添加钠长石、钙长石和钾长石中的一种长石时，随着钠长石或钙长石添加量增加，多孔微晶陶瓷样品平均孔径增加；随着钾长石添加量增加，多孔微晶陶瓷样品平均孔径减小。

添加钠长石、钙长石和钾长石三种长石时，控制长石添加总量，随着钠长石、钙长石或钾长石添加量增加，同时钾长石、钠长石或钙长石添加量减少，多孔微晶陶瓷样品平均孔径先增加后减小。

在本实施例中，多孔微晶陶瓷的抗压强度为2～23MPa。

为了更好地理解本发明的示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

取四川某地经过“破碎-风选”的取棉工艺处理后得到的一种含有石棉纤维的矿石残渣(即石棉尾渣)和长石，然后将石棉尾渣和长石分别进行破碎、粉磨和分级，按质量百分比石棉尾渣20％、钠长石80％进行称量配合，取粒径为200～220目的粉体作为制坯用的混合粉体。

将混合粉体与0.5％浓度的羧甲基纤维素钠溶液混合，其中羧甲基纤维素钠溶液的质量为混合粉体质量的6％，在高速搅拌机中以200rpm/min搅拌混匀，再通过圆锅造粒机进行半干法造粒，得到目标粒径在20～40目之内且较为均匀的球形粒料。

将粒料均匀平铺置入模具中，不添加造粒剂，在压力机下，在压力250kgf/cm²，保压时间15s的压制条件下进行干压成型，然后脱模，获得多孔微晶陶瓷坯体，通过喷枪将铅釉喷附于坯体表面。

将坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，通过热处理得到多孔微晶陶瓷样品1。具体程序与参数为：以25℃/min的升温速率，由室温升至800℃，然后以15℃/min的升温速率，由800℃升至1230℃，保温50min。

如图1所示，制得的多孔微晶陶瓷样品1的主晶相为镁橄榄石相，副晶相为顽火辉石和透辉石。

图2示出了标尺为100μm的多孔微晶陶瓷样品1的截面扫描电镜图，图中EHT代表加速电压；SignalA＝SE2代表使用SE2探测器；Date代表成像日期；WD代表工作距离；Mag代表放大倍数；Time代表成像时间。由图2可以看出多孔微晶陶瓷样品1的孔隙结构以大孔周围围绕小孔为主，其中大孔平均孔径为500μm左右。

图6和图7为多孔微晶陶瓷样品1的CT扫描模型图和CT扫描气孔透视图，其中多孔微晶陶瓷以大孔围绕小孔为主，气孔堆积紧密，孔隙结构良好。对该多孔微晶陶瓷样品进行性能测试，经测试体密度为1.62g/cm³，抗压强度为4.22MPa，开孔率19％，闭孔率38％，总孔隙率为57％。

示例2

取四川某地经过“破碎-风选”的取棉工艺处理后得到的一种含有石棉纤维的矿石残渣(即石棉尾渣)和长石，然后将石棉尾渣和长石分别进行破碎、粉磨和分级，按质量百分比石棉尾渣50％、钙长石15％和钾长石35％，进行称量配合，取粒径为325～350目的粉体作为制坯用混合粉体。

将混合粉体与1％浓度的聚乙烯醇溶液混合，其中聚乙烯醇溶液的质量为混合粉体质量的8％，在高速搅拌机中以400rpm/min搅拌混匀，再通过圆锅造粒机进行半干法造粒，得到目标粒径在20～40目之内且较为均匀的球形粒料。

将粒料均匀平铺置入模具中，不添加造粒剂，在压力机下，在压力720kgf/cm²，保压时间20s的压制条件下进行干压成型，然后脱模，获得多孔微晶陶瓷坯体，通过喷枪将长石釉喷附于坯体表面。

将坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，通过热处理得到多孔微晶陶瓷样品2。具体程序与参数为：以30℃/min的升温速率，由室温升至800℃，然后以25℃/min的升温速率，由800℃升至1300℃，保温45min。

图3示出了标尺为100μm的多孔微晶陶瓷样品2截面扫描电镜图，可以看出，多孔微晶陶瓷样品2的孔隙结构以大孔为主，陶瓷骨架较薄，其中大孔平均孔径为700μm左右。对该微晶陶瓷样品进行性能测试，经测试体密度为0.88g/cm³，抗压强度为2.49MPa，开孔率25％，闭孔率45％，总孔隙率为70％。

示例3

取四川某地经过“破碎-风选”的取棉工艺处理后得到的一种含有石棉纤维的矿石残渣(即石棉尾渣)和长石为原料，然后将石棉尾渣和长石分别进行破碎、粉磨和分级，按质量百分比石棉尾渣50％、钠长石20％、钙长石15％和钾长石15％，进行称量配合，取粒径为180～200目的粉体作为制坯用混合粉体。

将混合粉体与1％浓度的聚乙烯醇溶液混合，其中聚乙烯醇溶液的质量为混合粉体质量的8％，在高速搅拌机中以250rpm/min搅拌混匀，再通过圆锅造粒机进行半干法造粒，得到目标粒径在20～40目之内且较为均匀的球形粒料。

将粒料均匀平铺置入模具中，不添加造粒剂，在压力机下，在压力500kgf/cm²，保压时间25s的压制条件下进行干压成型，然后脱模，获得多孔微晶陶瓷坯体，通过喷枪将石灰釉喷附于坯体表面。

将坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，经过热处理得到多孔微晶陶瓷样品3。具体程序与参数为：以35℃/min的升温速率，由室温升至800℃，然后以15℃/min的升温速率，由800℃升至1265℃，保温60min。

图4示出了标尺为100μm的多孔微晶陶瓷样品3截面扫描电镜图，可以看出，多孔微晶陶瓷样品3的孔隙结构以小孔围绕中孔为主，其中，中孔平均孔径为150μm左右。对该多孔微晶陶瓷样品进行性能测试，经测试体密度为1.54g/cm³，抗压强度为2.32MPa，开孔率12％，闭孔率37％，总孔隙率为49％。

示例4

取四川某地经过“破碎-风选”的取棉工艺处理后得到的一种含有石棉纤维的矿石残渣(即石棉尾渣)和长石为原料，然后将石棉尾渣和长石分别进行破碎、粉磨和分级，按质量百分比石棉尾渣80％和钾长石20％，进行称量配合，取粒径为300～325目的粉体作为制坯用混合粉体。

将混合粉体与0.5％浓度的羧甲基纤维素钠溶液混合，其中羧甲基纤维素钠溶液的质量为混合粉体质量的6％，在高速搅拌机中以350rpm/min搅拌混匀，再通过圆锅造粒机进行半干法造粒，得到目标粒径在20～40目以内且较为均匀的球形粒料。

将粒料均匀平铺置入模具中，不添加造粒剂，在压力机下，在压力为600kgf/cm²，保压时间30s的压制条件下进行干压成型，然后脱模，获得多孔微晶陶瓷坯体，不予施釉。

将坯体放入隧道窑中，设定热处理程序与参数，得到多孔微晶陶瓷样品4。具体程序与参数为：以40℃/min的升温速率，由室温升至800℃，然后以10℃/min的升温速率，由800℃升至1250℃，保温45min。

图5示出了标尺为100μm的多孔微晶陶瓷样品4截面扫描电镜图，可以看出，多孔微晶陶瓷样品4的孔隙结构以小孔为主，孔平均孔径为30μm左右。对该多孔微晶陶瓷样品进行性能测试，经测试体密度为1.83g/cm³，抗压强度为8.72MPa，开孔率6％，闭孔率19％，总孔隙率为27％。

综上所述，本发明通过利用长石协同石棉尾渣制备多孔微晶陶瓷，只需一次高温处理，即可获得多孔微晶陶瓷，工艺简单、能够利用固废、减少环境污染，解决石棉尾渣堆积的问题。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述多孔微晶陶瓷开孔率为5%～40%，闭孔率为8%～45%；总孔隙率为15.1%～70%，所述多孔微晶陶瓷平均孔径分布范围为10～1000μm，所述方法包括以下步骤：

将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；

使用混合粉体造粒，得到粒料；

将粒料压制成型，得到坯体；

通过将坯体进行干燥和施釉，然后再进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；

其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8；

所述石棉尾渣干基的化学组成包括按质量百分数计的以下组分：40～60%SiO₂、30～46%MgO、6～12%Fe₂O₃、2～5%Al₂O₃；

所述长石包括钠长石、钙长石和钾长石的一种或多种；所述长石的纯度＞90%。

2.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述造粒包括半干法造粒，半干法造粒包括以下步骤：

将混合粉体与粘结剂水溶液混合均匀，搅拌得到不均匀质地松散的颗粒状物料；其中，混合粉体的含水量为4～8%，混合粉体的粒径为180～350目，搅拌转速为200～400rpm/min；

对颗粒状物料进行球形化造粒，得到所述粒料，并干燥至含水量3～5%；其中，粒料的粒径为20～40目。

3.根据权利要求2所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述粘结剂水溶液包括聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的一种或多种溶于水得到的粘结剂水溶液；

所述粘结剂水溶液的浓度为0.5～1%；

所述粘结剂水溶液的用量为混合粉体质量的1～10%。

4.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述制坯包括以下步骤：

将粒料均匀平铺在模具中；

在250～720kgf/cm²压力下压制、脱模后得到坯体；

将所得坯体干燥、按实际需求施釉、上色；其中，

干燥包括：在温度为80～300℃条件下将坯体干燥至含水率1～3%之间。

5.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述热处理包括烧结和冷却；其中，

烧结包括：将坯体按6～40℃/min的升温速率加热至1230～1300℃，保温30～60min；

冷却包括：自然降温或先缓冷再快冷至室温使坯体冷却；

所述后处理包括按规格尺寸进行整形和修边。

6.根据权利要求5所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结中的保温时间为43～50min。

7.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述石棉尾渣包括石棉开采过程中剥离的废石、剔除的夹石和选矿过程中排出的尾渣；所述石棉尾渣的矿物组成包括：蛇纹石，磁铁矿、滑石、白云石、绿泥石、方解石、透闪石和石英中的至少一种。

8.一种多孔微晶陶瓷，其特征在于，所述多孔微晶陶瓷包括权利要求1至7任一项所述的制备多孔微晶陶瓷的方法所制备出的多孔微晶陶瓷。

9.根据权利要求8所述的多孔微晶陶瓷，其特征在于，所述多孔微晶陶瓷的化学组成包括按质量百分数计的以下组分：

40～60%SiO₂、25%～35%MgO、5～15%Al₂O₃、0～10%Na₂O、0～14%K₂O、0～14%CaO和3～8%Fe₂O₃；

所述多孔微晶陶瓷的晶相组成包括镁橄榄石相、透辉石相和顽火辉石相，非晶相组成包括长石或顽火辉石熔融形成的玻璃相。

10.根据权利要求8所述的多孔微晶陶瓷，其特征在于，所述多孔微晶陶瓷体积密度为0.88～1.83g/cm³；

所述多孔微晶陶瓷抗压强度为2～23MPa；

所述多孔微晶陶瓷孔体积为：10×10³～10×10⁹μm³，其中，80%的孔体积为10×10³～10×10⁷μm³。