專利名稱：多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔陶瓷材料及其制造方法，特別是涉及一種利用廢棄物為主原 料制造的具有多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
多孔陶瓷，顧名思義就是含有大量氣孔的陶瓷材料。一般來說，氣孔在多孔陶瓷 材料中所占的體積分?jǐn)?shù)在20%到95%之間。多孔陶瓷由于其獨特的多孔結(jié)構(gòu)而具有熱傳 導(dǎo)率低、體積密度小、比表面積高，以及具有獨特物理及化學(xué)性能的表面結(jié)構(gòu)等特點，加之 陶瓷材料本身特有的耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高等特點，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、化 工、石油、冶煉、食品、制藥、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前制備多孔陶瓷的方法主要有以下幾種(1)固態(tài)燒結(jié)法利用陶瓷材料在固態(tài)燒結(jié)過程中粉料顆粒之間的孔隙由大到 小，由多到少的變化過程，通過控制粉料的粒徑大小、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間來得到氣孔率和 氣孔大小不同的陶瓷材料的方法。這種方法可以相對簡單地制備多孔陶瓷，但是使用這種 方法制備多孔陶瓷時，氣孔的大小和數(shù)量比較難控制，而且難得到尺寸比較大的氣孔。(2)添加造孔劑法通過在陶瓷粉料中添加造孔劑，利用這些造孔劑在高溫下燃 盡或揮發(fā)從而在陶瓷中留下孔隙。這種方法能制得形狀復(fù)雜、氣孔結(jié)構(gòu)各異的多孔制品，但 是氣孔率不是很高。(3)發(fā)泡法通過向陶瓷粉料中添加有機(jī)或無機(jī)化學(xué)物質(zhì)，在加熱處理時形成揮 發(fā)性氣體，從而產(chǎn)生泡沫，經(jīng)干燥和燒結(jié)后制得多孔陶瓷。這種方法可以相對容易地制備出 一定形狀、組成和密度的多孔陶瓷，而且還可以產(chǎn)生小孔徑的閉口氣孔。(4)有機(jī)泡沫浸漬法利用可燃盡的多孔載體，一般為彈性泡沫塑料，吸附陶瓷料 漿，然后在高溫下燒盡載體材料而形成孔隙結(jié)構(gòu)。這種方法制備出的陶瓷氣孔分布均勻、工 藝過程相對簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但是這種方法制備出的多孔陶瓷材料受泡沫塑料的強(qiáng) 度和彈性的影響相對較大。(5)溶膠_凝膠法主要用來制備微孔陶瓷材料，特別是微孔陶瓷薄膜，例如羥基 磷灰石薄膜等。使用上述的多孔陶瓷的制備方法一般可以制備出擁有一定體積含量的封閉性氣 孔或者連通性氣孔的多孔陶瓷材料，但是這些氣孔的尺寸一般都是同一數(shù)量級的，也就是 說很難在同一材料中同時獲得兩種或者兩種以上不同尺寸級別的氣孔。這使得多孔陶瓷材 料在某些場合中的使用受到一定的限制。例如，多孔陶瓷作為吸水材料和保水材材料使用 時，要求它必須具有大量的小孔徑(幾微米到幾十微米之間)的連通性氣孔，只有這樣才能 發(fā)揮氣孔之間的毛細(xì)管的作用，保持優(yōu)異的吸水性能和保水性能。但是要保證材料內(nèi)部具 有均勻的小孔徑的氣孔，就要把材料的燒結(jié)到相對致密的狀態(tài)，使得這類的多孔陶瓷的比 重一般比較大(視比重> 1)。還有一類輕質(zhì)多孔陶瓷，比重相對較小(視比重< 1)，但是 氣孔的孔徑一般都在1毫米以上，因而導(dǎo)致吸收的水分很容易通過細(xì)孔流走。這樣的材料雖然有較好的透水性能，但是不具備良好的吸水和保水性能。因此，制備出一種既具備良好 的吸水和保水性能，而且當(dāng)材料自身吸水達(dá)到飽和后還能保持良好的透水性能的輕質(zhì)多孔 陶瓷材料是本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。另一方面，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)和生活廢棄物的排放量也在不斷地增 加，加上我國廢棄物掩埋土地的不斷減少，廢棄物的處理開始給國家和企業(yè)帶來越來越大 的負(fù)擔(dān)。并且，這些廢棄物如果不經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚矶S意排放，還會對我們的生活環(huán)境帶來 十分惡劣的影響。因此，怎樣合理再利用這類廢棄物，怎樣“變廢為寶”，是本發(fā)明要解決的 另一個技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用廢棄物作為主要原料制備的具有多級孔道 結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，即同時包含兩種以上不同孔徑級別氣孔的多孔陶瓷材料。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種的具有多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征是，它具有大量的毫米級別的大氣孔，在這些大氣孔的孔壁上存在數(shù)十微米大小的中 孔，在中孔的孔壁上同時還存在比數(shù)微米更小的微孔，這使得它同時具有不同尺寸級別的 孔道結(jié)構(gòu)，而且這些孔道之間是相互連通的。其中，所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，它的原料包括由質(zhì)量比為10-50%的高 溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物，20-60%的天然多孔礦物，配合10-30%的 粘土燒結(jié)而成。其中，所述的廢棄物可以是金屬冶煉過程中生成的爐渣的一種或者多種，例如水 淬爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣和電爐爐渣；也可以是都市垃圾及下水污泥在焚燒熔融后殘留的玻璃質(zhì) 的殘渣；燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物可以是食品或者造紙廠等產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)污泥、木質(zhì)廢 棄物或類似物的炭化灰，也可以是具有碳酸鹽成分的天然貝殼的廢棄物。其中，所述的天然多孔礦物可以是均具有三維孔道結(jié)構(gòu)但是具有不同孔徑級別的 沸石、硅藻土和浮石的一種或幾種。其中，所述的粘土材料可以是高嶺石粘土、絹云母粘土、葉臘石粘土、蒙脫石粘土。其中，所述的陶瓷材料即可以被燒結(jié)成磚狀、平板狀、及模具所設(shè)計的形狀，也可 以把成型后的材料粉碎成塊狀或粒狀后，作為過濾材、催化劑或生物的載體進(jìn)行使用。本發(fā)明的目的之二是提供一種具有多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料的制備方法，其步驟 如下，原料配方包括廢棄爐渣、有機(jī)質(zhì)污泥、木質(zhì)廢棄物的炭化灰、下水污泥焚燒后的玻璃質(zhì)殘渣、天 然貝殼，質(zhì)量百分比為10-50%;天然多孔礦物沸石、硅藻土或浮石，質(zhì)量百分比為20-60%; 高嶺石粘土，質(zhì)量百分比為10-30%。制造工序如下制造工序步驟如下(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷?攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌；(2)模壓成型或擠出成型將漿料倒入金屬模具，進(jìn)行模壓成型或通過擠出成型機(jī)得到所需形狀的的坯體；(3)脫模(模壓成型的場合)將模壓成型后的坯體從模具中脫出；(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，干燥2-4個小時；(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，根據(jù)于原料種類和坯體形狀控制升溫速 度進(jìn)行加熱，在適當(dāng)溫度保溫之后，隨爐冷卻到室溫；(6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的為合格品。通過上述技術(shù)特征，本發(fā)明提供的多孔陶瓷材料具備的有益效果如下(1)成本低，符合環(huán)保要求主要原料是工業(yè)和生活廢棄物，變廢為寶，節(jié)約了資 源；(2)三維的、連通的、多級的孔道結(jié)構(gòu)具備了優(yōu)異的吸水和保水性，良好的透水 性和輕質(zhì)的特點，可以作為吸水材、保水材、透水材等應(yīng)用于園林綠化和近來興起的屋頂綠 化行業(yè)；(3)發(fā)達(dá)的氣孔構(gòu)造氣孔率在60%以上，可以作為吸音、隔音、隔熱材料等應(yīng)用 于建筑領(lǐng)域；(4)發(fā)達(dá)的天然微型孔道利用天然多孔礦物自有的優(yōu)異的吸附和過濾性能，既 可以作為室內(nèi)除臭、吸濕和調(diào)濕性功能材料應(yīng)用于室內(nèi)裝修，也可以作為吸附材、過濾材應(yīng) 用于工業(yè)領(lǐng)域；(5)穩(wěn)定的燒結(jié)成型性在燒結(jié)過程中尺寸收縮小，不易產(chǎn)生裂紋，可以按照尺寸 要求一次性燒結(jié)成磚狀、平板狀或者其它較復(fù)雜的形狀；(6)良好的機(jī)械加工性對燒結(jié)后的成型體可以簡單地進(jìn)行切割和鉆孔等加工， 便于在施工現(xiàn)場的調(diào)整和拼接。(7)良好的再循環(huán)使用性在上述的使用領(lǐng)域中產(chǎn)生的廢棄多孔陶瓷成型體或在 施工現(xiàn)場產(chǎn)生的廢棄邊角料可以粉碎成塊狀或粒狀作為催化劑或微生物的載體應(yīng)用于空 氣和水質(zhì)的凈化行業(yè)。


圖1顯示本發(fā)明陶瓷材料中具有的毫米級別的連通大氣孔的微觀構(gòu)造。圖2顯示本發(fā)明陶瓷材料中具有的大氣孔的孔壁上存在的數(shù)十微米大小的中孔 的微觀構(gòu)造。圖3顯示本發(fā)明陶瓷材料中具有的中孔的孔壁上存在的微米級別的微孔的微觀 構(gòu)造。
具體實施例方式現(xiàn)在對本發(fā)明一個實施例的多孔陶瓷材料進(jìn)行描述，其具有以下技術(shù)特征1.該多孔陶瓷材料具有大量的毫米級別的大氣孔，在這些大氣孔的孔壁上存在數(shù) 十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同時還存在比數(shù)微米更小的微孔。這使得它同時具有 不同尺寸級別的孔道結(jié)構(gòu)，而且這些孔道之間是相互連通的，如圖1所示。這種多級孔道結(jié)構(gòu)類似于被放大了的活性炭的微孔結(jié)構(gòu)從顆粒外表面向內(nèi)，形態(tài)不規(guī)則的孔徑逐漸變細(xì)，并出現(xiàn)分枝或分叉，由此可劃分出一級孔、二級孔和三級孔等。 這些不同尺寸級別的氣孔或微孔在材料中各自發(fā)揮著不同的作用大量的毫米級別的大氣 孔降低了材料自身的比重，使材料變得更加輕質(zhì)；在大氣孔的孔壁上存在的數(shù)十微米大小 的中孔把大氣孔相互連通起來，讓水分可以通過這些大氣孔在材料中相對容易地流動，使 材料具有良好的透水性，如圖2所示；同時在中孔的孔壁上還存在著的大量的數(shù)微米，甚至 更小的微孔把中孔相互連通起來，如圖3所示，由于這些微孔自身具備的毛細(xì)管的虹吸作 用，使材料可以很好的吸收水分，并把水分保持在材料內(nèi)部。這種三維的、連通的、多級的孔 道結(jié)構(gòu)，使該發(fā)明的陶瓷材料同時具備了優(yōu)異的吸水和保水性，良好的透水性和輕質(zhì)的特 點ο2.陶瓷材料的原料組合及配比本發(fā)明由質(zhì)量比為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物， 20-60%的天然多孔礦物，配合10-30%的粘土經(jīng)過加水混合、成型、干燥、預(yù)熱、加溫?zé)Y(jié)而 成。添加質(zhì)量比為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物，是利 用這類物質(zhì)在高溫?zé)Y(jié)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體所形成的氣泡，或者在燃燒分解過程中留 下的孔隙來在材料中形成尺寸比較大的氣孔。換句話說，這類廢棄物在該發(fā)明的多孔陶瓷 的制備過程中充當(dāng)了“成孔劑”的角色。添加質(zhì)量比為20-60%的天然多孔礦物，是利用這類 礦物質(zhì)具有的大量的天然孔道，以及這些孔道的結(jié)構(gòu)不會在燒結(jié)過程中發(fā)生變化的特點， 來控制材料中中孔和微孔的孔道特征。添加質(zhì)量比為10-30%的粘土，是利用粘土在900°C 以上玻璃化的特征，作為粘結(jié)劑來使用。3.廢棄物的選擇及毫米級別大氣孔的控制本發(fā)明配料中添加的質(zhì)量比為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮 發(fā)的廢棄物中，高溫發(fā)生膨脹的廢棄物可以是金屬冶煉過程中生成的爐渣的一種或者多 種，例如水淬爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣和電爐爐渣，也可以是都市垃圾及下水污泥在焚燒熔融后殘留 的玻璃質(zhì)的殘渣；燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物可以是食品或者造紙廠等產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)污 泥、木質(zhì)廢棄物或類似物的炭化灰，也可以是具有碳酸鹽成分的天然貝殼的廢棄物。但是添加這兩類廢棄物生成氣孔的原理和所形成的氣孔的特征有所區(qū)別。添加在 金屬冶煉過程中生成的爐渣或者都市垃圾及下水污泥在焚燒后熔融后殘留的玻璃質(zhì)殘渣 是因為這類廢棄物自身既具有無定形的玻璃質(zhì)成分，還包含有在高溫可產(chǎn)生揮發(fā)性氣體的 成分。在高溫加熱過程中，廢棄物中包含的物質(zhì)會產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，如水蒸氣，CO2, CO, SO2 等，但是由于周圍玻璃質(zhì)成分的影響無法從材料內(nèi)部擴(kuò)散出來，最終在材料內(nèi)部形成了大 量被玻璃相包裹的氣泡。因而通過添加這類廢棄物所產(chǎn)生的氣孔一般多為封閉性氣孔，且 氣孔的尺寸相對較大。添加燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物，如食品或者造紙廠等污水處理過 程中產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)污泥、木質(zhì)廢棄物或類似物的炭化灰，是因為這類廢棄物主要成分為有 機(jī)物質(zhì)，在有氧的高溫條件下會燃盡并在材料中留下和形成氣孔。添加天然貝殼的廢棄物， 是利用貝殼的碳酸鹽成分在800°c以上的高溫下會生成CaO和CO2，其中CO2氣體逸出產(chǎn)生 氣孔，CaO起到降溫促燒結(jié)作用，從而形成氣孔。添加這兩類廢棄物所產(chǎn)生的氣孔一般是連 通性氣孔，但是氣孔的尺寸相對較小。在本發(fā)明中添加這些廢棄物的主要目的是在材料中 生成毫米級別的大氣孔，而且氣孔的尺寸可以通過選擇廢棄物的種類和調(diào)整添加粒徑的大
7小來控制。4.天然多孔礦物的選擇及多級孔道的形成原理(結(jié)構(gòu)組成):本發(fā)明配料中添加的質(zhì)量比為20-60%的天然多孔礦物可以是均具有三維孔道結(jié) 構(gòu)但是具有不同孔徑級別的沸石、硅藻土和浮石的一種或幾種。沸石(zeolite)是傳統(tǒng)的多孔材料，其豐富、規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分子篩效應(yīng)。沸石 中的孔隙和孔穴所占體積大于晶體總體積的50%，其微孔結(jié)構(gòu)和尺寸十分規(guī)整。沸石孔徑 一般為0. 5 1. Onm,比表面積在100 500m2/g之間。硅藻土(diatomite)是一種生物成因的沉積巖，主要由80% 90%硅藻殼組成， 硅藻殼由蛋白石組成，具有明顯的生物結(jié)構(gòu)。硅藻顆粒大小為1 500 μ m，硅藻土的孔徑為 0. 1 1. 6 μ m，比表面積在10 100m2/g之間。浮石是一種天然產(chǎn)生的流紋質(zhì)酸性火山巖，是以Si02、Al2O3為主要化學(xué)成分的硅 酸鹽巖石。浮石也具有多孔結(jié)構(gòu)，但是孔徑較沸石和硅藻土的孔徑要大，以大孔結(jié)構(gòu)為主。本發(fā)明通過適量地添加這三種天然礦物的一種或者多種，在材料中形成一種或者 多種尺寸級別配合的微孔結(jié)構(gòu)。由于這些微孔是天然礦物質(zhì)自有的，而不是在燒結(jié)過程中 形成的，所以這些微孔的形狀和尺寸相對規(guī)則。另一方面，由于沸石、硅藻土和浮石這些天然多孔礦物的孔隙發(fā)達(dá)、比表面積大， 表現(xiàn)出很高的吸附和過濾性能，其結(jié)構(gòu)引起的這些特殊性能在工業(yè)上得到大規(guī)模利用。例 如，的沸石吸附性能高，而且具有離子交換能力，目前在工業(yè)上大規(guī)模地被用作吸附劑和離 子交換劑使用。硅藻土在啤酒工業(yè)上被用作過濾劑，其孔隙結(jié)構(gòu)、過濾效果對啤酒質(zhì)量有重 要影響。浮石也被作為輕質(zhì)骨料廣泛應(yīng)用在輕型建筑混凝土砌塊方面。但是，在作為吸附 劑使用的過程中，由于隨著使用時間的增長，沸石和硅藻土的吸附性能難免要有所下降，為 了保持穩(wěn)定的吸附性能，有部分性能下降的材料要被新材料替換，而這部分被替換下來的 沸石和硅藻土也就變成了廢棄物。本發(fā)明中作為原材料添加的沸石、硅藻土正是利用這部分被淘汰下來的“廢棄 物”。因為在高溫?zé)Y(jié)過程中被吸附和堵塞在沸石和硅藻土的微孔孔道內(nèi)的雜質(zhì)會在高溫 狀態(tài)下發(fā)生分解和揮發(fā)，使沸石和硅藻土的微孔得到再生，恢復(fù)了它們原有的吸附功能。5.粘土的種類本發(fā)明配料中添加的質(zhì)量比10-30%的粘土材料可以是高嶺石粘土、絹云母粘土、 葉臘石粘土、蒙脫石粘土等。粘土在該發(fā)明的多孔陶瓷材料的燒結(jié)過程中作為燒結(jié)粘結(jié)劑 使用，而且它自身具有燒結(jié)過程中發(fā)生體積收縮的特點，這部分的體積收縮正好可以與爐 渣等廢棄物在燒結(jié)過程中發(fā)生的體積膨脹相抵消，使陶瓷坯體在燒結(jié)過程中保持穩(wěn)定的形 狀。6.本發(fā)明陶瓷材料燒結(jié)后的形狀多樣化本發(fā)明的多孔陶瓷材料即可以被燒結(jié)成磚狀、平板狀或者是根據(jù)模具而制成的形 狀，也可以把成型后的材料粉碎成塊狀或粒狀作為過濾材、吸附材、催化劑或生物的載體進(jìn) 行使用。下面通過實施例和比較例進(jìn)一步闡述該發(fā)明的多孔陶瓷材料及其制備方法。實施例11.原料配方
(1)水淬爐渣粒徑在0.5 Imm范圍內(nèi)，質(zhì)量百分比為50%。(2)水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附劑的沸石平均粒徑為20μπι，質(zhì)量百分比 為5%。(3)啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土 平均粒徑為30μπι，質(zhì)量百分比為 15%。(4)高嶺石粘土 平均粒徑為100 μ m，質(zhì)量百分比為30%。2.制造工序(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷?攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌30分鐘，調(diào)整漿料的含水量在7 10%之間。(2)模壓成型將漿料倒入金屬模具，以lOkgf/cm2的壓力進(jìn)行模壓成型從而得到 16cmX8cmX3. 5cm磚形狀的坯體。(3)脫模將模壓成型后的坯體從模具中脫出。(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，在120°C的溫度下干燥2個小時。(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，800°C之前采用6 8°C /min的升溫速度 進(jìn)行加熱，800 1100°C之間采用5 6°C /min的升溫速度緩慢加熱，在1100°C保溫30分 鐘后，隨爐冷卻到室溫。(5)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的話為合格品。3.成型體燒結(jié)后的結(jié)果和多孔陶瓷的性能如表1所示。實施例2、實施例3、對比例1及對比例2均采用與實施例1相同的原料，即水淬爐渣、水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附 劑的沸石、啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土及高嶺粘土，具體的成分配比如表1所 示。采用與實施例1完全相同的制造工序燒結(jié)出磚型的多孔陶瓷體。成型體燒結(jié)后的結(jié)果 和多孔陶瓷的性能如表1所示。實施例41.原料配方(1)下水污泥在焚燒熔融后殘留的玻璃質(zhì)的殘渣經(jīng)粉碎和篩選后，粒徑控制在 0. 5 Imm范圍內(nèi)，添加質(zhì)量百分比為35%。(2)水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附劑的沸石平均粒徑為20μπι，質(zhì)量百分比 為 10%。(3)啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土 平均粒徑為30μπι，質(zhì)量百分比為 35%。(4)高嶺石粘土 平均粒徑為100 μ m，質(zhì)量百分比為20%。2.制造工序(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷?攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌30分鐘，調(diào)整漿料的含水量在7 10%之間。(2)模壓成型將漿料倒入金屬模具，以lOkgf/cm2的壓力進(jìn)行模壓成型從而得到 16cmX8cmX3. 5cm磚形狀的坯體。(3)脫模將模壓成型后的坯體從模具中脫出。
(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，在120°C的溫度下干燥2個小時。(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，800°C之前采用6 8°C /min的升溫速度 進(jìn)行加熱，800 1100°C之間采用5 6°C /min的升溫速度緩慢加熱，在1100°C保溫30分 鐘后，隨爐冷卻到室溫。(6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的話為合格品。3.成型體燒結(jié)后的結(jié)果和多孔陶瓷的性能如表2所示。實施例51.原料配方(1)造紙廠產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)污泥經(jīng)脫水、干燥后含水率控制在50 60%，然后進(jìn)行 造粒，粒徑控制在4 6mm范圍內(nèi)，添加質(zhì)量百分比為30%。(2)水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附劑的沸石平均粒徑為20μπι，質(zhì)量百分比 為 10%。(3)啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土 平均粒徑為30μπι，質(zhì)量百分比為 40%。(4)高嶺石粘土 平均粒徑為100 μ m，質(zhì)量百分比為20%。2.制造工序(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷?攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌30分鐘，調(diào)整漿料的含水量在7 10%之間。(2)模壓成型將漿料倒入金屬模具，以8kgf/cm2的壓力進(jìn)行模壓成型從而得到 16cmX8cmX3. 5cm磚形狀的坯體。(3)脫模將模壓成型后的坯體從模具中脫出。(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，在120°C的溫度下干燥4個小時。(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，800°C之前采用4 6°C /min的升溫速度 進(jìn)行加熱，800 1050°C之間采用6 8V /min的升溫速度加熱，在1050°C保溫30分鐘后， 隨爐冷卻到室溫。(6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的話為合格品。3.成型體燒結(jié)后的結(jié)果和多孔陶瓷的性能如表2所示。實施例61.原料配方(1)木質(zhì)廢棄物的炭化灰粒徑在2 3mm范圍內(nèi)，添加質(zhì)量百分比為35%。(2)水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附劑的沸石平均粒徑為20μπι，質(zhì)量百分比 為 10%。(3)啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土 平均粒徑為30μπι，質(zhì)量百分比為 35%。(4)高嶺石粘土 平均粒徑為100 μ m，質(zhì)量百分比為20%。2.制造工序(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷翑嚢铏C(jī)內(nèi)均勻攪拌30分鐘，調(diào)整漿料的含水量在7 10%之間。(2)模壓成型將漿料倒入金屬模具，以8kgf/cm2的壓力進(jìn)行模壓成型從而得到 16cmX8cmX3. 5cm磚形狀的坯體。(3)脫模將模壓成型后的坯體從模具中脫出。(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，在120°C的溫度下干燥2個小時。(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，800°C之前采用4 6°C /min的升溫速度 進(jìn)行加熱，800 1050°C之間采用6 8V /min的升溫速度加熱，在1050°C保溫30分鐘后， 隨爐冷卻到室溫。(6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的話為合格品。3.成型體燒結(jié)后的結(jié)果和多孔陶瓷的性能如表2所示。實施例71.原料配方(1)天然貝殼的廢棄物經(jīng)粉碎和篩選后，粒徑控制在1 3mm范圍內(nèi)，添加質(zhì)量 百分比為20%。(2)水處理行業(yè)中淘汰下來的作為吸附劑的沸石平均粒徑為20μπι，質(zhì)量百分比 為 10%。(3)啤酒廠淘汰下來的作為吸附劑的硅藻土 平均粒徑為30μπι，質(zhì)量百分比為 40%。(4)高嶺石粘土 平均粒徑為100 μ m，質(zhì)量百分比為30%。2.制造工序(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷?攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌30分鐘，調(diào)整漿料的含水量在7 10%之間。(2)模壓成型將漿料倒入金屬模具，以lOkgf/cm2的壓力進(jìn)行模壓成型從而得到 16cmX8cmX3. 5cm磚形狀的坯體。(3)脫模將模壓成型后的坯體從模具中脫出。(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，在120°C的溫度下干燥2個小時。(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，800°C之前采用10°C /min的升溫速度進(jìn) 行加熱，800 1100°C之間采用4 6°C /min的升溫速度緩慢加熱，在1100°C保溫30分鐘 后，隨爐冷卻到室溫。(6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合 格的話為合格品。3.成型體燒結(jié)后的結(jié)果和多孔陶瓷的性能如表2所示。表 1 表權(quán)利要求
一種多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于它具有大量的毫米級別的大氣孔，在這些大氣孔的孔壁上存在數(shù)十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同時還存在比數(shù)微米還小的微孔，這使得所述陶瓷材料同時具有不同尺寸級別的孔道結(jié)構(gòu)，而這些孔道之間是相互連通的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于所述陶瓷材料是由 質(zhì)量比為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物，20-60%的天然多 孔礦物，配合10-30%的粘土經(jīng)過加水混合、成型、干燥、預(yù)熱、加溫?zé)Y(jié)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物中，高溫發(fā)生膨脹的廢棄物 是金屬冶煉過程中生成的爐渣，包括水淬爐渣、轉(zhuǎn)爐爐渣和電爐爐渣的一種或者多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物中，高溫發(fā)生膨脹的廢棄物 是都市垃圾及下水污泥在焚燒熔融后殘留的玻璃質(zhì)的殘渣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物中，高溫發(fā)生分解揮發(fā)的廢 棄物是食品或者造紙廠產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)污泥、木質(zhì)廢棄物或類似物的炭化灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為10-50%的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物中，高溫發(fā)生分解揮發(fā)的廢 棄物是具有碳酸鹽成分的天然貝殼的廢棄物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為20-60%的天然多孔礦物是均具有三維孔道結(jié)構(gòu)，具有不同孔徑級別的沸石、硅藻土和浮 石的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于在配料質(zhì)量比 為10-30 %的粘土材料是高嶺石粘土、絹云母粘土、葉臘石粘土、蒙脫石粘土。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其特征在于所述陶瓷材料 被燒結(jié)成磚狀、平板狀或者根據(jù)模具制備其形狀，或把成型后的材料粉碎成塊狀或粒狀后 作為過濾材、催化劑或生物的載體進(jìn)行使用。
10.一種具有多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料的制備方法，其原料配方包括廢棄爐渣、有機(jī)質(zhì)污泥、木質(zhì)廢棄物的炭化灰、下水污泥焚燒后的玻璃質(zhì)殘渣、天然貝 殼，質(zhì)量百分比為10 50% ；天然多孔礦物沸石、硅藻土或浮石，質(zhì)量百分比為20 60% ； 高嶺石粘土，質(zhì)量百分比為10 30%。制造工序步驟如下(1)原料的混合與調(diào)整將上述的原料按照比例混合，加入適當(dāng)?shù)乃笤诨炷翑嚢?機(jī)內(nèi)均勻攪拌；(2)模壓成型或擠出成型將漿料倒入金屬模具，進(jìn)行模壓成型或通過擠出成型機(jī)得 到所需形狀的的坯體；(3)脫模(模壓成型的場合)將模壓成型后的坯體從模具中脫出；(4)干燥將坯體放入熱風(fēng)干燥爐，干燥2 4個小時；(5)燒結(jié)將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐，根據(jù)于原料種類和坯體形狀控制升溫速度進(jìn)行加熱，在適當(dāng)溫度保溫之后，隨爐冷卻到室溫； (6)成品檢查燒結(jié)后的成型體如果氣孔大小分布均勻，無裂紋缺陷，而且尺寸合格的 為合格品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多級孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料及其制造方法。這種陶瓷材料的最大特征是它具有大量的毫米級別的大氣孔，在這些大氣孔的孔壁上存在數(shù)十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同時還存在比數(shù)微米更小的微孔。這種陶瓷材料是由質(zhì)量比為10-50％的高溫可發(fā)生膨脹或者燒失大、易分解揮發(fā)的廢棄物，20-60％的天然多孔礦物，配合10-30％的粘土經(jīng)過加水混合、成型、干燥、預(yù)熱、然后在1000℃到1200℃的溫度段下燒結(jié)而成的。該陶瓷材料具有優(yōu)異的吸水和保水性、良好的透水性、以及優(yōu)良的吸附和過濾性能，而且質(zhì)量輕，所以可以作為吸水材、保水材、透水材、隔音材、隔熱材、室內(nèi)除臭材、吸附材及過濾材等廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。
文檔編號C04B38/06GK101885620SQ20091013637
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者程麗 申請人:程麗