本發(fā)明涉及無機非金屬材料科學(xué)多孔陶瓷領(lǐng)域，具體涉及一種大摻量、低成本、高性能多孔陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)：

煤矸石是煤層中或煤層周圍伴生可燃物質(zhì)的巖石，是采煤和洗煤過程中所排除的工業(yè)固體廢棄物。從化學(xué)成分上看，煤矸石一般以硅、鋁氧化物為主要成分，其中sio2含量約為50-60wt％，al2o3含量可高達30wt％,另外含有fe2o3、cao、mgo、k2o、na2o等成分，同時還含有一定量的有機質(zhì)，含有碳、氫、氧、氮和硫等元素。煤矸石是我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，其不僅壓占土地，影響生態(tài)環(huán)境，矸石淋溶水也污染周圍土壤和地下水，因此必須加強煤矸石的綜合利用。

多孔陶瓷是一種新型功能陶瓷材料，它不僅具有普通陶瓷的耐高溫、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好和尺寸穩(wěn)定性好等性能，同時還具有氣孔率高、體積密度小、比表面積大等獨特的物理表面特性，對液體和氣體介質(zhì)有選擇的透過性、能量吸收等特性，而被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、節(jié)能、化工、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)、食品、制藥、艦船、航空航天等領(lǐng)域。

目前相關(guān)文獻中對利用煤矸石為原料制備多孔陶瓷的研究已有相關(guān)報道，例如中國專利文獻cn103553705a公開了一種煤矸石制備堇青石質(zhì)多孔陶瓷的方法，用煤矸石、滑石、氧化鋁和氧化鎂為原料，加入活性炭作為造孔劑制備堇青石質(zhì)多孔陶瓷；中國專利文獻cn104016698a公開的方法是以煤矸石、石英、粘土、鋁礬土、炭黑為原料制備多孔陶瓷；中國專利文獻cn105130489a公開了一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，用酸浸的煤矸石粉和一些添加劑(提供一些油相，水性的添加劑)，如油性主液相是石蠟油、石蠟、辛醇、鄰苯二甲酸二異壬酯中的一種，而水性溶液是水、蔗糖溶液、甘油、硅酸鈉溶液、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等。按上述方法存在如下缺點：(1)煤矸石在原料配比中的使用量低；(2)原料中有較多的工業(yè)原料，例如炭黑成本較高；(3)工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長；(4)產(chǎn)生廢酸液，污染環(huán)境。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種以大摻量、低成本、高性能多孔陶瓷的制備方法。本方法利用煤矸石和粉煤灰為主要原料合成多孔陶瓷，不僅可以降低多孔陶瓷的原料成本，還可以提高煤矸石和粉煤灰的綜合利用，減少環(huán)境污染。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種大摻量、低成本、高性能多孔陶瓷的制備方法，其包括如下步驟：

s1、以煤矸石和粉煤灰為原料，原料中煤矸石的質(zhì)量分數(shù)為70～80％，粉煤灰的質(zhì)量分數(shù)為20～30％；向原料中加入燒結(jié)助劑和造孔劑，燒結(jié)助劑的加入質(zhì)量占原料質(zhì)量的5％，造孔劑的加入質(zhì)量占原料質(zhì)量的5～15％，得到混合原料；

s2、向混合原料中加入粘結(jié)劑得到總混料，將所述總混料壓制成型；

s3、將壓制成型的總混料燒制而成陶瓷。

優(yōu)選的，混合前對煤矸石進行預(yù)處理，即將煤矸石清洗干凈、烘干，然后破碎、球磨，最后經(jīng)過160目篩分。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)助劑為碳酸鈉。

優(yōu)選的，所述造孔劑為木屑。

優(yōu)選的，所述煤矸石、粉煤灰、燒結(jié)助劑和造孔劑采用球磨混合均勻。

優(yōu)選的，步驟s2中，向煤矸石、粉煤灰、燒結(jié)助劑和造孔劑混合所得到的混合原料中加入聚乙烯醇水溶液作為粘結(jié)劑，所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為8％，將所得總混料進行造粒，然后壓制成型；

優(yōu)選的，所述聚乙烯醇水溶液的體積占所述總混料的體積的15～18％。

優(yōu)選的，步驟s3中，燒制時的溫度由室溫升到最高燒成溫度1000～1350℃，升溫速率為5℃/min，在最高溫度保溫3h；隨爐冷卻，自然降溫至室溫即得到多孔陶瓷。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明以煤矸石、粉煤灰為原料，并以木屑為造孔劑，所述煤矸石、粉煤灰以及木屑均屬于固體廢棄物，不僅分布廣泛，成本低廉，而且數(shù)量充足，便于供給。另外，煤矸石、粉煤灰和木屑等固體廢棄物在原料的配比摻量達到90％以上，有效地解決了礦業(yè)固體廢棄物的大量堆積而對環(huán)境產(chǎn)生的污染，而且使資源更充分利用，具有良好社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。

2)本發(fā)明利用大量的煤矸石、粉煤灰以及少量的純堿和木屑，所合成的多孔陶瓷顯氣孔率達到29.38～44.08％，體積密度達到1.41～1.76g/cm³，抗壓強度達到18.11～60.65mpa，可以廣泛地應(yīng)用于保溫、隔音、透水材料。

附圖說明

圖1為1150℃燒成得到多孔陶瓷的xrd圖譜。由圖可知，其組成主要為莫來石和鈉長石。

圖2為典型多孔陶瓷的sem照片。由圖可知，多孔陶瓷空隙分布均勻，孔徑尺寸在～50μm。

圖3也為典型多孔陶瓷的sem照片。由圖可知，多孔陶瓷空隙分布均勻，孔徑尺寸在～50μm。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不是用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

1)煤矸石的預(yù)處理：首先將煤矸石清洗干凈、烘干，然后用顎式破碎機破碎、球磨，最后經(jīng)過160目篩分；

2)原料混合：首先將步驟1)所得的煤矸石、粉煤灰按照比例混合，得到混合均勻的物料，其中各組分質(zhì)量分數(shù)為煤矸石80％，粉煤灰20％，然后再加入原料質(zhì)量的5％的純堿作為燒結(jié)助劑以及原料質(zhì)量的10％的木屑作為造孔劑，將煤矸石、粉煤灰、純堿和木屑采用球磨混合均勻；

3)成型：向步驟2)所得的混合原料中加入質(zhì)量濃度為8％的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為8％即聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇質(zhì)量占溶液總質(zhì)量的比例為8％)作為粘結(jié)劑得到總混料，聚乙烯醇水溶液的體積占所述總混料的體積的15％；將總混料進行造粒，然后在4mpa下壓制成型；

4)燒成：將步驟3)制備好的生坯放入箱式燒結(jié)爐中溫度由室溫升到最高燒成溫度1150℃，升溫速率為5℃/min，最高溫度保溫3h；隨爐冷卻，自然降溫至室溫即得到多孔陶瓷。

所得多孔陶瓷的氣孔率為23.84％，密度為1.84g/cm³，抗壓強度為21.43mpa。

實施例2

1)煤矸石的預(yù)處理：首先將煤矸石清洗干凈、烘干，然后用顎式破碎機破碎、球磨，最后經(jīng)過160目篩分；

2)原料混合：首先將步驟1)所得的煤矸石、粉煤灰按照比例混合，得到混合均勻的物料，其中各組分質(zhì)量分數(shù)為煤矸石70％，粉煤灰30％，然后再加入原料質(zhì)量的5％的純堿為燒結(jié)助劑和原料質(zhì)量的12％的木屑作為造孔劑，采用球磨混合均勻；

3)成型：向步驟2)所得的混合原料中加入質(zhì)量濃度為8％的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為8％即聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇質(zhì)量占溶液總質(zhì)量的比例為8％)作為粘結(jié)劑得到總混料，聚乙烯醇水溶液的體積占所述總混料的體積的18％；將總混料進行造粒，然后在4mpa下壓制成型；

4)燒成：將步驟3)制備好的生坯放入箱式燒結(jié)爐中，溫度由室溫升到最高燒成溫度1230℃，升溫速率為5℃/min，最高溫度保溫3h；隨爐冷卻，自然降溫至室溫即得到多孔陶瓷。

所得多孔陶瓷的氣孔率為36.14％，密度為1.59g/cm3，抗壓強度為46.81mpa。

實施例3

1)煤矸石的預(yù)處理：首先將煤矸石清洗干凈、烘干，然后用顎式破碎機破碎、球磨，最后經(jīng)過160目篩分；

2)原料混合：首先將步驟1)所得的煤矸石、粉煤灰按照比例混合，得到混合均勻的物料，其中各組分質(zhì)量分數(shù)為煤矸石70％，粉煤灰30％，然后再加入原料質(zhì)量的5％的純堿為燒結(jié)助劑和原料質(zhì)量的12％的木屑作為造孔劑，采用球磨混合均勻；

3)成型：向步驟2)所得的混合原料中加入質(zhì)量濃度為8％的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為8％即聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇質(zhì)量占溶液總質(zhì)量的比例為8％)作為粘結(jié)劑得到總混料，聚乙烯醇水溶液的體積占所述總混料的體積的17％；將總混料進行造粒，然后在4mpa下壓制成型；

4)燒成：將步驟3)制備好的生坯放入箱式燒結(jié)爐中，溫度由室溫升到最高燒成溫度1350℃，升溫速率為5℃/min，最高溫度保溫3h；隨爐冷卻，自然降溫至室溫即得到多孔陶瓷。

所得到的多孔陶瓷的氣孔率為5.98％，密度為1.81g/cm³，抗壓強度為57.89mpa。