專利名稱：：一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多孔陶瓷材料的制備方法，特別是涉及一種以黃磷廢渣和粘土頁(yè)巖為主要原料的多孔陶瓷材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：多孔陶瓷是一類以氣孔為主相的無(wú)機(jī)非金屬材料，它的顯著特點(diǎn)是高氣孔率，而且氣孔的表面、形狀、大小及其分布可調(diào)節(jié)，氣孔孔徑從毫米級(jí)至納米級(jí)。多孔陶瓷同傳統(tǒng)的多孔材料如玻璃纖維和網(wǎng)狀金屬材料相比，多孔陶瓷還具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱、抗震、孔徑分布均勻且狹窄、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于其巨大的表面積多孔陶瓷具有優(yōu)良的熱、電、磁、光、化學(xué)等性能。隨著控制材料的細(xì)孔結(jié)構(gòu)水平的不斷提高以及各種新材質(zhì)高性能多孔陶瓷材料的不斷出現(xiàn)，多孔陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域也由傳統(tǒng)的冶金、化工和建材等方面拓展到涵蓋環(huán)保、節(jié)能、石油、食品、制藥、生物醫(yī)學(xué)、電子工程、航空航天等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，引起了全球材料學(xué)科的高度關(guān)注。多孔陶瓷可以作為微孔材料應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、化學(xué)提純和化工等領(lǐng)域，特別是磷化工工業(yè)用于過(guò)濾磷酸有較大的實(shí)用價(jià)值。作為過(guò)濾器使用，多孔陶瓷可以用于水源凈化、空氣凈化、污染處理等方面。作為催化劑載體，多孔陶瓷可以在各種化工過(guò)程中推廣使用，還可以應(yīng)用在汽車尾氣處理上?；ぎa(chǎn)品黃磷生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的黃磷廢渣，黃磷廢渣中富含CaO、Si02等物質(zhì)，目前少量用做建材原料，大部分都堆放而棄之不用，造成了資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)黃磷廢渣的堆放也占用了大量的空間，很容易對(duì)周邊的環(huán)境造成污染，對(duì)黃磷廢渣的再利用也是一個(gè)重要課題。粘土頁(yè)巖在貴州的儲(chǔ)量巨大，而且，在鉬、鎳、釩礦開采過(guò)程中也會(huì)形成大量粘土頁(yè)巖固體廢棄物，處理這些粘土頁(yè)巖固體廢棄物也是采礦過(guò)程中必須要解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，該多孔陶瓷材料以黃磷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的黃磷廢渣和開采鉬、鎳、釩礦的過(guò)程中產(chǎn)生的大量粘土頁(yè)巖固體廢棄物為原料制備，實(shí)現(xiàn)了資源的再利用。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法包括如下步驟(1)配料按照重量組份計(jì)算，取黃磷廢渣3065份、粘土頁(yè)巖2540份、成孔劑1520份和粘合劑0.51.2份混合均勻制得配料；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將坯體壓制成型；(4)將壓制成型的坯體在10001140。C燒結(jié)60分鐘，并在10001140。C條件下保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。上述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(3)中壓制成型時(shí)所受到的壓力為1020KN，最佳成型壓力為1315KN，并在此壓力下保持2030分鐘。對(duì)胚體進(jìn)行壓制成型時(shí)，可以采用單向模壓成型法。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，所述成孔劑為木炭粉。在本發(fā)明中，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整成孔劑的用量，隨著成孔劑含量的提高，氣孔率增加，但同時(shí)強(qiáng)度和體積密度均有所降低。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，所述木炭粉的粒度為180ym。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(1)中所述粘合劑為水玻璃，使用時(shí)，先將水玻璃溶解在其10倍量的水中再與其它配料混合均勻。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(1)中的黃磷廢渣和粘土頁(yè)巖粉碎至粒度為7596ym。為了獲得最佳的發(fā)明效果，在査明黃磷廢渣、粘土頁(yè)巖的化學(xué)成分、礦物成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)多孔陶瓷配方、成孔劑用量進(jìn)行了優(yōu)化選擇。通過(guò)制備坯體的試驗(yàn)，得到最佳制備工藝，同時(shí)確定粘結(jié)劑的類型及用量。在1000-116(TC條件下燒制成多孔陶瓷，進(jìn)行各種參數(shù)測(cè)試，得到合格產(chǎn)品的各基本數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)例一1、實(shí)驗(yàn)配方按照重量組份計(jì)算，取黃磷廢渣55Kg、粘土頁(yè)巖25Kg粉碎至80ym，取1Kg水玻璃溶解在10Kg水中，加入一定量的木炭粉作為成孔劑，各實(shí)驗(yàn)配方的木炭粉用量見表A。表A:實(shí)驗(yàn)配方的組成(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注骨料組成黃磷廢渣、粘土頁(yè)巖、粘合劑。2、成孔劑用量實(shí)驗(yàn)將木炭粉和骨料按照表A的配方混合均勻后，在105。C干燥30分鐘得胚體，然后將胚體壓制成型，壓制成型時(shí)胚體所受到的壓力是15KN，壓制成型后在112(TC燒結(jié)60分鐘，并在1120°C條件下保溫2IO分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。對(duì)各種不同配方的陶瓷材料進(jìn)行各種性能檢測(cè)，結(jié)果見表B。從表B可以看出，當(dāng)成孔劑木炭粉的用量為1520%時(shí)，多孔陶瓷材料的各項(xiàng)性能都比較好。表B:成孔劑不同含量下制品的各項(xiàng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>3、粘結(jié)劑的種類及用量因?yàn)楸景l(fā)明中所用的原料都要經(jīng)過(guò)粉碎，而粉料的塑性較差，為了提高成型性能，粉料中加入粘合劑，實(shí)驗(yàn)采用單向模壓成型法(半干壓法)。在實(shí)驗(yàn)中，選用了兩種粘合劑一種是有機(jī)的聚乙烯醇溶液(在實(shí)驗(yàn)室用固體聚乙烯醇制備)，一種是無(wú)機(jī)的水玻璃。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇的缺點(diǎn)是在多孔陶瓷的燒成過(guò)程中需排放聚乙烯醇產(chǎn)生的氣體，從而使燒成時(shí)間變長(zhǎng)，燒成程序更復(fù)雜。所以最終選用水玻璃做粘合劑。當(dāng)水玻璃的加入量為原料干重的O.8%時(shí)效果最好。先將水玻璃加入到10倍量的水中，混勻后再加入配料。4、成型壓力在本實(shí)驗(yàn)中，加壓方式采用單面加壓，因?yàn)榉哿系乃苄暂^差，為了提高成型性能，粉料加入粘合劑，實(shí)驗(yàn)采用單向模壓成型法(半干壓法)。而素坯的密度與成型壓力成正相關(guān)系，壓力太小則不能有效地排除空氣，壓力太大則容易分層和妨礙制品氣孔率。因此，成型的壓力要適中。所以實(shí)驗(yàn)成型壓力采用1020KN，最佳成型壓力為13—15KN，保壓時(shí)間2030min，將制備好的胚體稱取適量放入模具中壓制而成。5、燒成溫度試驗(yàn)以3#配方進(jìn)行燒成溫度的研究，從表C可以看出，當(dāng)燒成溫度在1000114(TC時(shí)所燒出的多孔陶瓷性能可以滿足要求。表C不同溫度下制品的各項(xiàng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注其中有樘瓞符號(hào)表示該制品的強(qiáng)度較低而此性能沒有測(cè)試溫度。6、保溫時(shí)間實(shí)驗(yàn)當(dāng)對(duì)壓制成型的陶瓷制品進(jìn)行燒結(jié)后，不同保溫時(shí)間對(duì)制品各項(xiàng)性能的影響見表D，可以看出當(dāng)保溫時(shí)間為210分鐘時(shí)多孔陶瓷的性能最好。表D不同保溫時(shí)間制品的各項(xiàng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>結(jié)論通過(guò)以上試驗(yàn)，可以得出成孔劑用量為1520%、燒成溫度為1000114(TC、成型壓力為1020KN、保溫時(shí)間210min等工藝參數(shù)。對(duì)樣品進(jìn)行了力學(xué)等性能測(cè)試，其抗壓強(qiáng)度為4.115.00MPa，獲得了符合多孔陶瓷產(chǎn)品基本參數(shù)的工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)例二1、對(duì)樣品的抗酸性能進(jìn)行了檢測(cè)，進(jìn)行了磷酸浸泡實(shí)驗(yàn)。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用濃度為85%的磷酸，pH值為4，浸泡時(shí)間為30min。通過(guò)樣品浸泡前后重量不變可以得出樣品的磷酸不溶解性能良好，可以作為良好的磷酸過(guò)濾材料。2、本發(fā)明黃磷渣多孔陶瓷(由黃磷廢渣50Kg、粘土頁(yè)巖30Kg成孔劑19Kg和粘合劑0.8Kg制備而成)與高嶺土多孔陶瓷(張芳，用累托石制備多孔陶瓷的研究，碩士論文(2002.7)。成孔劑含量16.7%)的各項(xiàng)性能比較口廣口口氣孔率(％)吸水率(％)體積密度(％)黃磷渣多孔陶瓷36.7427.311.43高嶺土多孔陶瓷45.7931.211.47可以看出，除了氣孔率之外，其它的兩項(xiàng)'性能相接近，這說(shuō)明可以用黃磷廢渣來(lái)代替部分傳統(tǒng)陶瓷原料來(lái)制備多孔陶瓷，以降低多孔陶瓷的生產(chǎn)成本。由于采用了如上的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明生產(chǎn)成本低廉。本發(fā)明所用的原料為黃磷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣和粘土頁(yè)巖固體廢棄物，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源的再利用，對(duì)于開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)有重要意義，具有很好的推廣作用。(2)本發(fā)明的產(chǎn)品性能優(yōu)良。使用該方法生產(chǎn)的多孔陶瓷的氣孔率為29.03-51.46%，吸水率達(dá)20.02-39.28%，體積密度為l.15-1.89g/cm3，抗壓強(qiáng)度2.07-9.86Mpa，抗壓性能良好。(3)黃磷廢渣在成瓷中還有許多優(yōu)良的工藝性能增加制品的強(qiáng)度、降低燒成溫度、縮短燒成時(shí)間、減小坯體收縮，黃磷廢渣多孔陶瓷比傳統(tǒng)上生產(chǎn)陶瓷坯體所用粘土的量少，有利于壓制成型時(shí)的排氣，不易產(chǎn)生疊層。具體實(shí)施方法實(shí)施例l:(1)配料取黃磷廢渣50Kg、粘土頁(yè)巖30Kg碾磨至粒度為80um，取木炭粉19Kg粉碎至180ym，取水玻璃0.8Kg溶解在8Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁(yè)巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在15KN的壓力下壓制成型，并在15KN的壓力下保持25分鐘；(4)將壓制成型的胚體在114(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。實(shí)施例2:(1)配料取黃磷廢渣30Kg、粘土頁(yè)巖40Kg碾磨至粒度為75ym，取木炭粉15Kg粉碎至180ym，取水玻璃1.2Kg溶解在12Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁(yè)巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在10KN的壓力下壓制成型，并在10KN的壓力下保持20分鐘；(4)將壓制成型的胚體在112(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。實(shí)施例3:(1)配料取黃磷廢渣65Kg、粘土頁(yè)巖25Kg碾磨至粒度為96ym，取木炭粉20Kg粉碎至180ym，取水玻璃0.5Kg溶解在5Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁(yè)巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在20KN的壓力下壓制成型，并在20KN的壓力下保持30分鐘；(4)將壓制成型的胚體在100(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。權(quán)利要求1.一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)配料按照重量組份計(jì)算，取黃磷廢渣30～65份、粘土頁(yè)巖25～40份、成孔劑15～20份和粘合劑0.5～1.2份混合均勻制得配料；(2)將混合均勻的配料在105℃條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將坯體壓制成型；(4)將壓制成型的坯體在1000～1140℃燒結(jié)60分鐘，并在1000～1140℃條件下保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。2.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中壓制成型時(shí)所用的壓力為1020KN，在此壓力下保持2030分鐘。3.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述成孔劑為木炭粉。4.如權(quán)利要求3所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述木炭粉的粒度為180ym。5.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述粘合劑為水玻璃，先將水玻璃溶解在水中再與其它配料混勻。6.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中的黃磷廢渣和粘土頁(yè)巖粉碎至粒度為7596ym。7.如權(quán)利要求2所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述成型壓力為1315KN。8.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中采用單向模壓成型法將胚體壓制成型。全文摘要本發(fā)明提供了一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，該多孔陶瓷材料以固體廢棄物黃磷廢渣和粘土頁(yè)巖為主要原料，木炭粉為造孔劑并加入一定量的粘合劑。本發(fā)明多孔陶瓷的制備方法為將原料混合均勻，在105℃干燥30分鐘后壓制成型，然后在1000～1140℃燒結(jié)并保溫，制得多孔陶瓷。結(jié)果表明，樣品的氣孔率為29.03～51.46％，吸水率達(dá)20.02～39.28％，體積密度為1.15～1.89g/cm³，抗壓強(qiáng)度2.07～9.86MPa。多孔陶瓷的成孔孔道連通性較好，孔徑分布較均勻，并且很好的利用了固體廢棄物，降低了生產(chǎn)成本。文檔編號(hào)C04B38/00GK101289331SQ20071020140公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2007年8月20日優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日發(fā)明者杰張,楊國(guó)峰,楊恩林,飛謝申請(qǐng)人:貴州大學(xué)