CN116023119A

CN116023119A - 多孔陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN116023119A
Application number: CN202111250418.4A
Authority: CN
Inventors: 王�琦; 宋鹏; 贾慧; 杨凌; 董晓; 郭红起; 徐淑朋; 李春毅
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; University of Jinan; Sinopec Catalyst Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; University of Jinan; Sinopec Catalyst Co
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-04-28

Abstract

本发明涉及材料领域，公开了一种多孔陶瓷的制备方法。该方法包括：将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料、任选的助熔剂和水进行混合后，再将混合物进行干压成型和煅烧的步骤。根据本发明的方法，通过使用FCC催化剂胶渣制备多孔陶瓷，不仅能够实现多孔陶瓷的制备，还能够实现FCC催化剂胶渣资源化、有效再利用，降低环境污染。

Description

多孔陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

催化裂化催化剂是石油工业不可或缺的材料之一。现代催化裂化催化剂生产均会产生大量含有固体悬浮物的废水，废水处理过程产生大量的以Al₂O₃和SiO₂为主要成分的胶渣。胶渣含水量大于80重量％、碱含量高，氧化钠含量大于8重量％，含氯、硫(三氧化硫平均值4.8重量％)，稀土氧化镧、铈含量大于9重量％，且化学组成波动范围大。烧失量高达27重量％以上，胶含量大，干后密度小、烧后白度高、密度低，疏松多孔。

目前对FCC催化剂胶渣处理和再利用技术主要包括：采用成型、压块等物理方法处理废渣，将其作为建筑材料和填料等；从胶渣中提取有用组分-稀土；将以硅铝为主要成分的胶渣制成型沸石；利用胶渣制备墙地砖等建筑材料，利用效果不理想。

多孔陶瓷材料作为一种新型陶瓷材料，具有特殊的孔结构、孔隙较大、热稳定性良好，隔热性能比较优异，可应用于过滤、载体、保温等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的多孔陶瓷的制备方法，该方法使用FCC催化剂胶渣制备多孔陶瓷，不仅能够实现多孔陶瓷的制备，还能够实现FCC催化剂胶渣资源化、有效再利用，降低环境污染。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多孔陶瓷的制备方法，其中，该方法包括：将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料、任选的助熔剂和水进行混合后，再将混合物进行干压成型和煅烧的步骤，其中，所述FCC催化剂胶渣的水含量为1重量％以下。

优选地，所述FCC催化剂胶渣粉由FCC催化剂胶渣干燥而成。

优选地，所述FCC催化剂胶渣含有：Al₂O₃ 18～25重量％、SiO₂ 45～58重量％、R₂O7～11重量％、CeO₂+La₂O₃ 8～12重量％、SO₃ 3～7重量％，R为Na、K。

优选地，所述FCC催化剂胶渣的烧失量为25～32重量％。

优选地，所述FCC催化剂胶渣粉与所述硅质材料和所述助熔剂的重量比为1：1～5：0～0.2。

优选地，所述混合时的水固比为0.1～0.25。

优选地，所述硅质材料为砂子、石英岩和石英砂岩中的一种或多种。

优选地，所述硅质材料为砂子。

优选地，所述硅质材料的粒径为100目以下。

优选地，所述硅质材料的粒径为30～40目。

优选地，所述硅质材料的粒径为40～50目。

优选地，所述助熔剂为碱金属类物质和/或碱土金属类物质。

优选地，所述助熔剂为天然钠长石和/或钾长石。

优选地，所述干压成型的压力为4～20MPa。

优选地，该方法还包括在煅烧之前，将成型物进行干燥的步骤。

优选地，所述干燥的条件包括：干燥的温度为105～120℃，干燥的时间为40～180分钟。

优选地，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为1150～1250℃，煅烧时间为0.5～3小时。

根据本发明第二方面，提供本发明的多孔陶瓷的制备方法制备得到的多孔陶瓷。

本发明利用FCC催化剂胶渣制备多孔陶瓷材料与其它处理方法相比，除具有胶渣资源化外，还具有以下优势：

(1)充分利用FCC催化剂胶渣煅烧后多孔的特点，丰富了多孔陶瓷材料的孔分布。

(2)充分利用FCC催化剂胶渣中的R₂O及稀土元素，通过硅质材料和助熔剂共同作用形成多孔陶瓷基质，提供材料的基本力学性能，为后续多孔陶瓷的多方利用奠定了基础。

(3)制备工艺简单，易于生产及控制。

附图说明

图1是实施例3得到的多孔陶瓷的微观结构SEM照片。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

根据本发明第一方面，提供一种多孔陶瓷的制备方法，其中，该方法包括：将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料、任选的助熔剂和水进行混合后，再将混合物进行干压成型和煅烧的步骤，其中，所述FCC催化剂胶渣的水含量为1重量％以下。

根据本发明，所述FCC催化剂胶渣粉由FCC催化剂胶渣干燥而成，所述干燥只要使得所述FCC催化剂胶渣粉的水含量为1重量％以下即可，例如，干燥的温度可以为100～110℃，干燥的时间可以为1～3小时。

作为所述FCC催化剂胶渣粉的水含量的具体例子，例如可以举出：0.01重量％、0.02重量％、0.05重量％、0.08重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％等。

根据本发明，优选地，所述FCC催化剂胶渣的水含量为82～90重量％，更优选为82～85重量％。

根据本发明，作为所述FCC催化剂胶渣为在处理催化裂化催化剂生产中产生的含有固体悬浮物的废水的过程产生的以Al₂O₃和SiO₂为主要成分的胶渣。

作为上述FCC催化剂胶渣的组成例如可以含有：Al₂O₃ 18～25重量％、SiO₂ 45～58重量％、R₂O 7～11重量％、CeO₂+La₂O₃ 8～12重量％、SO₃ 3～7重量％，R为Na、K。此外，该FCC催化剂胶渣的烧失量可以为25～32重量％。

根据本发明，优选地，所述FCC催化剂胶渣粉与所述硅质材料和所述助熔剂的重量比为1：1～5：0～0.2；更优选地，所述FCC催化剂胶渣粉与所述硅质材料和所述助熔剂的重量比为1：1～4：0.01～0.2；进一步优选地，所述FCC催化剂胶渣粉与所述硅质材料和所述助熔剂的重量比为1：1～4：0.1～0.2。

根据本发明，优选地，所述混合时的水固比为0.1～0.25；更优选地，所述混合时的水固比为0.15～0.22。

上述水固比是指混合时使用的水和固体物料的重量比，例如，在将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料(固体)和水进行混合时，是指水的重量与FCC催化剂胶渣粉和硅质材料的合计重量的比，在将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料、任选的钠长石和水进行混合时，是指水的重量与FCC催化剂胶渣粉、硅质材料和助熔剂的合计重量的比。

根据本发明，所述硅质材料可以为本领域通常使用的各种材料，优选地，所述硅质材料为砂子、石英岩和石英砂岩中的一种或多种；更优选地，所述硅质材料为砂子。

作为所述硅质材料的粒径的具体例子例如可以举出：5目、10目、15目、20目、25目、30目、35目、40目、45目、50目、55目、60目、65目、70目、75目、80目、85目、90目、95目、100目等。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述硅质材料的粒径为100目以下(也即过100目筛的筛下物)。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述硅质材料的粒径为30～40目。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述硅质材料的粒径为40～50目。

根据本发明，优选地，所述助熔剂为碱金属类物质和/或碱土金属类物质；更优选地，所述助熔剂为天然钠长石和/或钾长石；进一步优选地，所述助熔剂为天然钠长石。

根据本发明，优选地，所述干压成型的压力为4～20MPa；更优选地，所述干压成型的压力为6～15MPa。

根据本发明，优选地，该方法还包括在煅烧之前，将成型物进行干燥的步骤。

优选地，所述干燥的条件包括：干燥的温度为105～120℃，干燥的时间为40～180分钟；更优选地，所述干燥的条件包括：干燥的温度为105～118℃，干燥的时间为50～120分钟。

根据本发明，优选地，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为1150～1250℃，煅烧时间为0.5～3小时；更优选地，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为1150～1200℃，煅烧时间为1～2小时。

根据本发明的第二方面，提供本发明的多孔陶瓷的制备方法制备得到的多孔陶瓷。

根据本发明，优选地，所述多孔陶瓷的显气孔率≥30％，产品的压缩强度平均值3～15MPa。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不限于下述实施例。

以下实施例中，FCC催化剂胶渣粉由FCC催化剂胶渣在110℃下干燥2小时而成，其含水量小于1重量％。

FCC催化剂胶渣来源于中国石化催化剂有限公司齐鲁分公司，其含有：Al₂O₃ 21重量％、SiO₂47重量％、R₂O 7.5重量％、CeO₂+La₂O₃9重量％、SO₃3.5重量％，R为Na、K。硅质材料为天然材料砂子(三种粒径，分别为100目以下(过100目筛的筛下物)、30～40目和40～50目)，助熔剂为天然钠长石。

以下实施例中，收缩率、孔隙率和抗压强度的测定方法如下：

QB/T 1548-2015陶瓷坯泥料线收缩率测定方法

GB/T 1964多孔陶瓷压缩强度试验方法

GB/T 1966多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法

实施例1-4

将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料和水进行混合后，再将混合物进行干压成型、干燥和煅烧，得到多孔陶瓷。其中，硅质材料粒径为100目以下，水固比0.2，成型压力10MPa，干燥温度为110℃，干燥时间为60分钟，经高温煅烧至1150℃保温90min，另外，FCC催化剂胶渣粉与硅质材料的重量比、线收缩率、孔隙率和抗压强度如表1所示。

表1

图1是实施例3得到的多孔陶瓷的的微观结构SEM照片，通过该图可知，得到的陶瓷为多孔陶瓷，硅质材料与FCC胶渣烧结共同构成多孔陶瓷骨架结构。

实施例5-6

将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料和水进行混合后，再将混合物进行干压成型、干燥和煅烧，得到多孔陶瓷。其中，FCC催化剂胶渣粉料：硅质材料＝2：3(重量比)，水固比0.2，成型压力10MPa，干燥温度为110℃，干燥时间为120分钟，经高温煅烧至1150℃保温90min，另外，硅质材料粒径、收缩率、孔隙率和抗压强度如表2所示。

表2

实施例7-8

将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料和水进行混合后，再将混合物进行干压成型、干燥和煅烧，得到多孔陶瓷。其中，FCC催化剂胶渣粉料：硅质材料＝2：3(重量比)，硅质材料粒径为100目以下，水固比0.2，干燥温度为110℃，干燥时间为120分钟，经高温煅烧至1150℃保温90min，另外，成型压力、收缩率、孔隙率和抗压强度如表3所示。

表3

实施例9～11

硅质材料与钠长石粉混合后与FCC催化剂胶渣粉混合，加水进行混合均匀，将混合物进行干压成型、干燥和煅烧，得到多孔陶瓷。其中，硅质材料粒径为100目以下，钠长石粉磨全部通过200目筛，水固比0.2，成型压力10MPa，干燥温度为105℃，干燥时间为60分钟，经高温煅烧至1150℃保温90min。FCC催化剂胶渣粉、硅质材料和钠长石的重量比、线收缩率、孔隙率和抗压强度如表4所示。

表4

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括：将FCC催化剂胶渣粉、硅质材料、任选的助熔剂和水进行混合后，再将混合物进行干压成型和煅烧的步骤，其中，所述FCC催化剂胶渣的水含量为1重量％以下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述FCC催化剂胶渣粉由FCC催化剂胶渣干燥而成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述FCC催化剂胶渣含有：Al₂O₃18～25重量％、SiO₂ 45～58重量％、R₂O 7～11重量％、CeO₂+La₂O₃ 8～12重量％、SO₃ 3～7重量％，R为Na、K；

优选地，所述FCC催化剂胶渣的烧失量为25～32重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述FCC催化剂胶渣粉与所述硅质材料和所述助熔剂的重量比为1：1～5：0～0.2。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述混合时的水固比为0.1～0.25。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述硅质材料为砂子、石英岩和石英砂岩中的一种或多种；

优选地，所述硅质材料为砂子；

优选地，所述硅质材料的粒径为100目以下；

优选地，所述硅质材料的粒径为30～40目；

优选地，所述硅质材料的粒径为40～50目；

优选地，所述助熔剂为碱金属类物质和/或碱土金属类物质；

优选地，所述助熔剂为天然钠长石和/或钾长石。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述干压成型的压力为4～20MPa。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在煅烧之前，将成型物进行干燥的步骤；

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述煅烧的条件包括：煅烧温度为1150～1250℃，煅烧时间为0.5～3小时。

10.权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的多孔陶瓷。