CN1174936C - 用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法及其应用，属新材料技术领域。其特征是选用SiO2质量百分比为50～75%，Al2O3质量百分比为5～20%的天然河沙为原料，磨细。按河沙∶碳粉∶碳化硅＝100∶3～6∶1～6的比例混合，加水球磨，烘干；再与水混合均匀后成型为直径0.5～2cm的颗粒，于80～100℃温度下烘干；在400～500℃烧结并保温，再升温至1000～1100℃，保温后随炉冷却。本发明制备的多孔陶瓷颗粒表观密度为0.7～1.2g/cm3，抗压强度5-20Mpa，过滤范围宽，特别适用于严重污染水域大范围使用。本方法工艺简单，原料来源广，成本低，便于实现系列化和规模化生产。

Description

用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法及其应用，属新材料技术领域。
背景技术
多孔陶瓷具有气孔率高，密度低，强度高，化学稳定性高，便于制备等一系列优点。通过控制孔径的大小和分布，适用于液体的过滤。多孔陶瓷颗粒具有不规则的形状，表面粗糙，比表面积高，具有良好的吸附能力。而且多孔陶瓷颗粒堆积体，内部形成大量弯曲的通道，用作过滤材料不仅可以滤去水中各种粒度的有机和无机污染物，同时还可以除去水中的各种异味，与传统的沙滤相比，过滤效率更高。
当前污水处理用多孔陶瓷主要是利用堇青石(Materials research bulletin，Volume：33，Issue：10，October，1998，pp.1439-1448)，莫来石—堇青石(专利公开号1094988)，硅藻土(专利公开号2046767)，花岗岩细粉(Annales de Chimie Science des Materiaux，Volume：25，Issue：7，November，2000，pp.567-576)制成多孔陶瓷体。采用工业原料，来源有限，成本较高。还有以废精陶素坯为骨料(陶瓷研究，1998，04，pp3-6)，玻璃废渣、粉煤灰(专利公告号1285335)制备多孔陶瓷的研究。但这类原料来源杂乱，成分无法控制，无固定生产工艺，产品性能不稳定，不利于系列化和规模化生产，限制了多孔陶瓷的推广应用。至今为止，国内外还没有利用天然河沙制造多孔陶瓷的报道。
目前，多孔陶瓷用作水体净化材料主要有两种方式：一种是直接制备多孔过滤芯(专利公开号1094988)，过滤棒(专利公开号2046767)，另一种则是在主体内填充多孔陶瓷材料和过滤织物(专利公开号2353433)，使得污水从中通过，从而达到净化效果。由于这些元件孔径小而且分布范围窄，容易堵塞，无法处理天然水域中含有大量悬浮物的污水。单独利用不同粒径多孔陶瓷颗粒的堆积体处理天然水域污水的研究国内未见报道。
经过长期淘洗的河沙不含有机物，不适合农作物生长，而且流动过程中沉积下来会堵塞河道，一直是造成水害的重要原因。从河道中清理出的河沙，颗粒细小，处理不当大风天气就会引发沙尘暴，严重污染大气环境。
发明内容
本发明的目的在于提出一种工艺简单，成本低，便于实现系列化和规模化生产的用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法，其特征在于：该方法以天然河沙为原料，制备方法依次包括以下步骤：
(1)选用SiO2质量百分比为50～75％，Al2O3质量百分比为5～20％，余量为杂质的天然河沙为原料，磨细至粒度为5～20微米；
(2)按磨细的河沙∶碳粉∶碳化硅＝100∶3～6∶1～6的比例配料混合，加入水球磨24～48小时，烘干，研细；
(3)将步骤(2)制得的细粉与水混合，水灰比为1/3～1/5，搅拌均匀，成型为直径0.5～2cm的颗粒，于80～100℃温度下烘干；
(4)将上述烘干的颗粒在炉中以10～25℃/分钟的速度升温至400～500℃，保温20～40分钟，再以相同的速度升温至1000～1100℃，保温15～80分钟，随炉冷却，即得多孔陶瓷颗粒。
利用本发明的方法制备的多孔轻质陶瓷颗粒作为污水处理应用。
本发明用河沙作为原料，来源广泛，成本低，且有利于环境治理。本方法工艺简单，便于实现系列化和规模化生产。利用本发明制备的多孔陶瓷颗粒表观密度为0.7～1.2g/cm3，抗压强度5-20Mpa，表面微孔以及颗粒堆积体构成的从微观到宏观的连续孔径分布，大大拓宽了过滤范围，特别适用于天然严重污染水域大范围使用。
使用结果证明它达到了预期目的。
具体实施方式
实施例1：
本实施例使用中国山东某处天然河沙，其成分如下：
  成分   SiO2   Al2O3     Fe2O3     CaO   MgO   K2O   Na2O
  质量百分比(％)   74.2   13.9     1.6     3.8   1.8   2.9   1.5
a.按河沙与碳粉与碳化硅100∶6∶1.5混合，加入水球磨24小时，抽滤，烘干；
b.按水灰比为1/3，搅拌均匀，成型为直径0.5cm颗粒，在80℃烘干；
c.在炉中以10℃/min的速度升温至450℃，保温30min，再以相同的速度升至1080℃，保温80分钟，随炉冷却。
产品未完全烧结，表面明显的微孔，内部形成了大量毫米量级的宏观气孔，气孔分布范围很宽，表观密度为1.2g/cm3，抗压强度19.8Mpa。
实施例2：
本实施例使用中国山东某处天然河沙，其成分如下：
  成分 SiO2   Al2O3     Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O
  质量百分比(％) 51.2   19.9     10.6   7.8   3.8   5.9   0.7
a.河沙与碳粉，碳化硅100∶6∶6混合，加入水球磨32小时，抽滤，烘干；
b.按水灰比为1/3，搅拌均匀，成型为直径1.0cm颗粒，在90℃烘干；
c.在炉中以20℃/min的速度升温至400℃，保温20分钟，再以相同的速度升至1100℃，保温15分钟，随炉冷却。
产品烧结程度提高，基本观察不到表面微孔，内部宏观的气孔大量增加，孔壁减薄，表观密度为0.7cm3，抗压强度5.3Mpa。
实施例3：
本实施例使用中国山东某处天然河沙，其成分如下：
  成分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O
  质量百分比(％)   65.7   6.4   3.7   17.2   2.1   3.2   2.7
a.沙土与碳粉与碳化硅100∶3∶3混合，加入水球磨48小时，抽滤，烘干；
b.按水灰比为1/5，搅拌均匀，成型为直径2.0cm颗粒，在100℃烘干；
c.在炉中以25℃/min的速度升温至400℃，保温40min，再以相同的速度升至1050℃，保温45分钟，随炉冷却。
产品未完全烧结，表面明显的微孔，打碎后内部形成了一定量的宏观的气孔，孔壁较厚，表观密度为0.9g/cm3，抗压强度10.2Mpa。

Claims (2)

1、一种用天然河沙制备多孔轻质陶瓷颗粒的方法，其特征在于：该方法以天然河沙为原料，其制备方法依次包括以下步骤：
(1)选用SiO2质量百分比为50～75％，Al2O3质量百分比为5～20％，余量为杂质的天然河沙为原料，细磨至粒度为5～20微米；
(2)按细磨的河沙∶碳粉∶碳化硅＝100∶3～6∶1～6的比例配料混合，加入水球磨24～48小时，烘干，研细；
(3)将步骤(2)制得的细粉与水混合，水灰比为1/3～1/5，搅拌均匀，成型为直径0.5～2cm的颗粒，于80～100℃温度下烘干；
(4)将上述烘干的颗粒在炉中以10～25℃/分钟的速度升温至400～500℃，保温20～40分钟，再以相同的速度升温至1000～1100℃，保温15～80分钟，随炉冷却，即得多孔陶瓷颗粒。
2、由权利要求1所述方法获得的多孔轻质陶瓷颗粒的应用，其应用于污水处理。
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