本發(fā)明涉及一種以石墨尾礦為主要原料制備蜂窩陶瓷的方法，主要應(yīng)用于多種熱利用技術(shù)裝置中作為蓄熱體，屬于環(huán)保節(jié)能和新材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

石墨尾礦是由石墨礦開(kāi)采后排出的尾礦礦漿經(jīng)自然風(fēng)干脫水后形成的一種固體廢料。每生產(chǎn)1噸石墨會(huì)產(chǎn)生數(shù)十噸石墨尾礦。石墨尾礦的堆存不僅占用大量土地，而且易造成水體和空氣污染。石墨尾礦一般用于建材生產(chǎn)，比如，發(fā)明專(zhuān)利《石墨尾礦環(huán)保陶瓷生態(tài)磚》(cn1607043)以石墨尾礦為主要原料制備陶瓷磚；《一種利用石墨尾礦廢渣生產(chǎn)燒結(jié)空心磚的方法》(cn102276190a)以石墨尾礦和煤矸石為主要原料制備了燒結(jié)空心磚。目前，對(duì)石墨尾礦的利用存在形式單一、利用率不高等問(wèn)題。

蜂窩陶瓷蓄熱體具有體積小、質(zhì)量輕、比表面積大、耐火度高、換熱能力大及直氣流通阻力小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)熱工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。目前，蜂窩陶瓷蓄熱體常見(jiàn)的材質(zhì)有莫來(lái)石質(zhì)、堇青石質(zhì)、氧化鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)和多種材質(zhì)復(fù)合。比如，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《一種氧化鋁蜂窩陶瓷的制備方法》(cn104072111b)以氧化鋁為主要原料，輔以助燒劑高嶺土和滑石等經(jīng)1580～1600℃燒結(jié)制備了氧化鋁質(zhì)蜂窩陶瓷；美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《productionofporousmullitebodies》(us6254822)以合成莫來(lái)石為主要原料，經(jīng)1400～1550℃燒成多孔陶瓷。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《一種碳化硅蜂窩陶瓷的制備方法》(cn104072141b)以碳化硅粉為主要原料，以氧化鋁和氧化釔為燒結(jié)助劑，經(jīng)1550～1750℃燒結(jié)制備了碳化硅質(zhì)蜂窩陶瓷。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《剛玉莫來(lái)石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體》(cn102399082b)以剛玉、莫來(lái)石、氧化鋁和粘土等為原料，經(jīng)1350～1450℃燒成制備了剛玉莫來(lái)石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體。此外，一些學(xué)者以工業(yè)廢渣和固體廢棄物為主要原料制備了蜂窩陶瓷蓄熱體。比如，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《一種利用稀土尾砂制備的蜂窩陶瓷蓄熱體及其制造方法》(cn104446595b)以稀土尾砂(40～65wt％)、鋁礬土(30～60wt％)和莫來(lái)石粉(0～5wt％)為原料，經(jīng)1370～1390℃燒成制備了蜂窩陶瓷蓄熱體。該發(fā)明可節(jié)約原料成本超過(guò)30％。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《一種利用紅柱石尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法》(cn102249729a)以紅柱石尾礦(60～80wt％)、頁(yè)巖(10～20wt％)和高溫溶劑粉(10～20wt％)為主要原料，經(jīng)1200～1300℃燒成制備了蜂窩陶瓷蓄熱體。雖然目前蜂窩陶瓷蓄熱體的材質(zhì)種類(lèi)較多，但仍存在原料價(jià)格昂貴、燒成溫度高所導(dǎo)致的高成本的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種利用石墨尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法，以及制備的蜂窩陶瓷蓄熱體。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種利用石墨尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法，其步驟如下：

1)原料混合：按質(zhì)量比稱取各原料粉末，并用球磨機(jī)混合均勻，得到混合料，所述混合料中各原料粉末及其質(zhì)量份為：石墨尾礦粉50～85份、頁(yè)巖粉5～25份、高嶺土粉5～20份、鉀長(zhǎng)石粉1～10份，鈉長(zhǎng)石粉1～5份，滑石粉10～15份，碳化硅粉10～15份，其中石墨尾礦粉、頁(yè)巖粉、高嶺土粉、鉀長(zhǎng)石粉與鈉長(zhǎng)石粉質(zhì)量之和為100份；

2)制備可塑泥料：將步驟1)所得混合料中加入塑化劑，然后置于練泥機(jī)中捏合1～2h得到可塑泥料；

3)制備蜂窩陶瓷體生坯：將步驟2)所得可塑泥料用真空練泥機(jī)練泥1～2h，隨后將其切成10～15cm長(zhǎng)的泥段，陳腐24h，然后將陳腐好的泥段投入擠出機(jī)，擠出得到蜂窩陶瓷生坯；

4)制備蜂窩陶瓷蓄熱體：將步驟3)所得蜂窩陶瓷生坯放入微波爐中定型處理，然后置于紅外干燥箱中進(jìn)行干燥，隨后將干燥好的蜂窩陶瓷坯體放入梭式窯或電窯內(nèi)燒制得到蜂窩陶瓷蓄熱體。

按上述方案，步驟1)所述石墨尾礦粉、頁(yè)巖粉、高嶺土粉、鉀長(zhǎng)石粉、鈉長(zhǎng)石粉和滑石粉的制備方法為：將石墨尾礦、頁(yè)巖、高嶺土、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和滑石分別球磨16～20h并過(guò)200～320目篩，得到石墨尾礦粉、頁(yè)巖粉、高嶺土粉、鉀長(zhǎng)石粉、鈉長(zhǎng)石粉和滑石粉；所述碳化硅粉粒徑為700目。

按上述方案，所述石墨尾礦的化學(xué)組成及質(zhì)量比為：sio260～70％，al2o35～10％，fe2o35～8％，cao5～10％，mgo3～6％，其它氧化物≤5％，燒失量為4～5％。

按上述方案，步驟2)所述塑化劑由粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和水混合而成，其中粘結(jié)劑的加入量為混合料質(zhì)量的3～5％，潤(rùn)滑劑的加入量為混合料質(zhì)量的3～5％，水的加入量為混合料質(zhì)量的23～30％。

按上述方案，所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、聚乙烯醇中的一種或二種按任意比例的混合物；所述潤(rùn)滑劑為桐油、豆油中的一種或二種按任意比例的混合物。

優(yōu)選的是，步驟3)所述擠出壓力為2～4mpa。

按上述方案，步驟4)所述微波爐的功率為5kw，頻率為2450±50mhz；所述定型處理時(shí)間為5～10min。

按上述方案，步驟4)所述進(jìn)行干燥的工藝條件為100～120℃下烘1～2h。

按上述方案，步驟4)所述燒制的工藝條件為：以3～5℃/min的升溫速率升至1050～1200℃，并保溫2h。

本發(fā)明還提供上述方法制備得到的蜂窩陶瓷蓄熱體，其特征在于，所述蜂窩陶瓷蓄熱體的吸水率為0.3～0.5％、體積密度為2.7～2.8g.cm^-3，600℃～室溫經(jīng)過(guò)30次熱震循環(huán)后無(wú)開(kāi)裂。

本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明以工業(yè)廢棄物石墨尾礦為主要原料制備蜂窩陶瓷蓄熱體，一方面，原料成本比廣泛使用的莫來(lái)石質(zhì)蜂窩陶瓷降低了三分之一，燒成溫度比一般的蜂窩陶瓷降低了100～200℃，節(jié)約燃料成本四分之一，因此顯著降低了生產(chǎn)成本；另一方面，為消納石墨尾礦提供了新途徑，具有良好的環(huán)境效益。2、本發(fā)明制備的蜂窩陶瓷蓄熱體吸水率為0.3～0.5％、體積密度為2.7～2.8g.cm^-3，經(jīng)過(guò)30次熱震循環(huán)(600℃～室溫)后無(wú)開(kāi)裂，各項(xiàng)性能達(dá)到《蜂窩陶瓷》國(guó)標(biāo)(gb/t25994-2010)的要求，可滿足各種蓄熱技術(shù)裝置中蓄熱材料的性能要求。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種利用石墨尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法，步驟如下：

蜂窩陶瓷蓄熱體原材料組分及質(zhì)量份為：石墨尾礦60份、頁(yè)巖10份、高嶺土20份、鉀長(zhǎng)石5份，鈉長(zhǎng)石5份，滑石10份，碳化硅粉10份，除碳化硅粉為700目外，其它原料球磨16h后過(guò)200目篩。

按上述質(zhì)量比稱取原料，用球磨機(jī)混合2h，得到混合料，在混合料中加入羧甲基纖維素、桐油和水，在練泥機(jī)中捏合1h得到可塑泥料，其中羧甲基纖維素、桐油和水的添加量分別為混合料質(zhì)量的3％、3％和25％。將可塑泥料投入真空練泥機(jī)中練泥1h，隨后將其切成10cm長(zhǎng)的泥段，陳腐24h后投入擠出機(jī)，經(jīng)2mpa的擠出力擠出蜂窩陶瓷生坯。將生坯放入功率為5kw、頻率為2450mhz的微波爐中微波定型5min，再放入溫度為100℃的紅外干燥中干燥1h，最后放入電窯中以3℃/min的升溫速率升至1050℃，并保溫2h，隨爐冷卻后得到蜂窩陶瓷蓄熱體。

經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的蜂窩陶瓷蓄熱體的吸水率為0.47％、體積密度為2.72g.cm^-3，600℃～室溫經(jīng)過(guò)30次熱震循環(huán)后無(wú)開(kāi)裂，滿足各種蓄熱技術(shù)裝置中蓄熱材料的性能要求。

實(shí)施例2

一種利用石墨尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法，步驟如下：

蜂窩陶瓷蓄熱體原材料組分及質(zhì)量比為：石墨尾礦70份、頁(yè)巖15份、高嶺土10份、鉀長(zhǎng)石3份，鈉長(zhǎng)石2份，滑石12份，碳化硅粉13份，除碳化硅粉為700目外，其它原料球磨20h后過(guò)250目篩。

按上述質(zhì)量比稱取原料，用球磨機(jī)混合1.5h，得到混合料，在混合料中加入聚乙烯醇、豆油和水，在練泥機(jī)中捏合1.5h得到可塑泥料，其中聚乙烯醇、豆油和水的添加量分別為混合料質(zhì)量的4％、4％和28％。將可塑泥料投入真空練泥機(jī)中練泥1.5h，隨后將其切成15cm長(zhǎng)的泥段，陳腐24h后投入擠出機(jī)，經(jīng)4mpa的擠出力擠出蜂窩陶瓷生坯。將生坯放入功率為5kw、頻率為2450mhz的微波爐中微波定型8min，再放入溫度為110℃的紅外干燥中干燥1.5h，最后放入電窯中以4℃/min的升溫速率升至1100℃，并保溫2h，隨爐冷卻后得到蜂窩陶瓷蓄熱體。

經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的蜂窩陶瓷蓄熱體的吸水率為0.42％、體積密度為2.76g.cm^-3，600℃～室溫經(jīng)過(guò)30次熱震循環(huán)后無(wú)開(kāi)裂，滿足各種蓄熱技術(shù)裝置中蓄熱材料的性能要求。

實(shí)施例3

一種利用石墨尾礦制備蜂窩陶瓷蓄熱體的方法，步驟如下：

蜂窩陶瓷蓄熱體原材料組分及質(zhì)量比為：石墨尾礦65份、頁(yè)巖10份、高嶺土15份、鉀長(zhǎng)石5份，鈉長(zhǎng)石5份，滑石15份，碳化硅粉15份，除碳化硅粉為700目外，其它原料球磨20h后過(guò)250目篩。

按上述質(zhì)量比稱取原料，用球磨機(jī)混合2h，得到混合料。在混合料中加入羧甲基纖維素、豆油和水，在練泥機(jī)中捏合2h得到可塑泥料，其中羧甲基纖維素、豆油和水的添加量分別為混合料質(zhì)量的5％、5％和30％。將可塑泥料投入真空練泥機(jī)中練泥2h，隨后將其切成10cm長(zhǎng)的泥段，陳腐24h后投入擠出機(jī)，經(jīng)4mpa的擠出力擠出蜂窩陶瓷生坯。將生坯放入功率為5kw、頻率為2450mhz的微波爐中微波定型10min，再放入溫度為100℃的紅外干燥中干燥1h，最后放入電窯中以5℃/min的升溫速率升至1200℃，并保溫2h，隨爐冷卻后得到蜂窩陶瓷蓄熱體。

經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的蜂窩陶瓷蓄熱體的吸水率為0.35％、體積密度為2.80g.cm^-3，600℃～室溫經(jīng)過(guò)30次熱震循環(huán)后無(wú)開(kāi)裂，滿足各種蓄熱技術(shù)裝置中蓄熱材料的性能要求。