一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料科學(xué)多孔陶瓷材料領(lǐng)域，確切地說是一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤矸石是一種在煤形成過程中與煤伴生、共生的巖石，是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。煤矸石是我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物，煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，影響生態(tài)環(huán)境，矸石淋溶水將污染周圍土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境，影響礦區(qū)居民的身體健康。隨著科技的進(jìn)步，人們越來越認(rèn)識到煤矸石是可利用的資源。從構(gòu)成化學(xué)成分上看，煤矸石一般以硅、鋁氧化物為主要成分，另外含有數(shù)量不等的Fe203、CaO、MgO、SO3, K2O, Na2O等，同時還含有一定量的有機(jī)質(zhì)，含有碳、氫、氧、氮和硫等元素。
[0003]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、高的化學(xué)穩(wěn)定性等，還有氣孔率高、體積密度小、比表面積大等獨特的物理表面特性，而被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、生物、醫(yī)藥、艦船、航空航天等領(lǐng)域。
[0004]目前相關(guān)文獻(xiàn)中對利用煤矸石制備多孔陶瓷的研究已有相關(guān)報道，制備方法以添加造孔劑法為主，采用各種不同造孔劑制備了不同顯氣孔率的多孔陶瓷，例如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；CN201310229971公開的方法是以球狀交聯(lián)丙烯酸樹脂作為造孔劑直接燒制多孔陶瓷。此外，有機(jī)泡沫浸漬模板法也被用以制備煤矸石多孔陶瓷。本發(fā)明利用煤矸石原料，采用多相系統(tǒng)中界面間的毛細(xì)管張力搭建骨架造孔從而制備多孔陶瓷，以解決多孔陶瓷燒結(jié)時高溫排除造孔劑和有機(jī)模板造成的環(huán)境污染和孔特性改變的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種利用工業(yè)固體廢棄物煤矸石作為主要原料制備多孔陶瓷的制備方法。一方面提高煤矸石資源化利用率，降低煤矸石對環(huán)境的污染，改善煤礦生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，有利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施；另一方面利用煤矸石作為制備多孔陶瓷的主要原料，降低生產(chǎn)成本。該方法利用漿料中固相顆粒、主液相和第二液相三相之間形成的毛細(xì)管力搭建多孔骨架獲得孔結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)制備多孔陶瓷。其中固相顆粒是指制備陶瓷的原料，以下以煤矸石原料為例進(jìn)行闡述；主液相是指與固相顆粒不親和的液體，當(dāng)使用親水性的煤矸石等粘土質(zhì)固相顆粒時，主液相應(yīng)選擇不溶于水的油性溶液，如石蠟、石蠟油、正葵醇、辛醇、鄰苯二甲酸二異壬酯等，而第二液相可相應(yīng)地選擇水性溶液，如水、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。以下以石蠟油為主液相，硅酸鈉溶液為第二液相為例進(jìn)行闡述。
[0006]上述目的通過以下方案實現(xiàn):
一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步驟:
a)將球磨、過篩的煤矸石粉料或經(jīng)酸浸除雜的煤矸石粉料作為固體原料，在其中加入適量油性主液相，攪拌混合均勻，得煤矸石油相漿料；
b)將少量水性溶液加入上述煤矸石油相漿料中，攪拌混合均勻，獲得塑性漿料，陳腐0-24 h ；
c)將陳腐后的漿料注模成型，然后脫脂；
d)將脫脂后的素坯放入高溫爐中燒結(jié)制得多孔陶瓷。
[0007]所述的一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述步驟a)中的油性主液相指的是石蠟油、石蠟、辛醇、鄰苯二甲酸二異壬酯中的一種，其用量控制在每100 g固體原料中加入油性主液相60 mL- 120 mL。
[0008]所述的制備方法，其特征在于，所述步驟b)中的水性溶液指的是是水、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，其用量控制在主液相的0.5 %?12.0 % ；
所述的制備方法，其特征在于，所述步驟d)中高溫?zé)Y(jié)的溫度范圍為1000°C ~1350°C。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:
該方法采用區(qū)別于其它煤矸石原料制備多孔陶瓷的方法在于，利用原料固體顆粒和兩種液相之間形成的毛細(xì)管力在素坯成型階段完成造孔，且低溫(〈150 °C)脫除主液相，從根本上避免了其它多孔陶瓷制備技術(shù)需在高溫階段排除造孔劑或模板帶來的坯體變形等問題；其次利用天然煤矸石自身所含的各種雜質(zhì)做助燒劑以降低燒結(jié)溫度，并利用其所含有機(jī)物在高溫?zé)Y(jié)階段燃燒以節(jié)約能源利用率，同時進(jìn)一步造孔提高孔隙率。
【具體實施方式】
[0010]實施例1、一種以煤矸石為原料制備多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
a)將球磨、過篩的煤矸石粉體加入適量石蠟油，攪拌混合均勻；
b)將少量硅酸鈉溶液加入上述煤矸石石蠟油漿料中，攪拌混合均勻，獲得塑性漿料，陳腐一段時間；
c)將陳腐后的漿料注模成型，脫脂；
d)將脫脂后的素坯放入高溫爐中燒結(jié)制得多孔陶瓷。
[0011]所述步驟a)中石錯油的用量控制在60 mL每100 g固體原料；
所述步驟b)中硅酸鈉溶液的量控制在石蠟油的2 %，陳腐時間控制在24小時以內(nèi)； 所述步驟d)中高溫?zé)Y(jié)的溫度范圍為1000°C ~1250°C ；
所制備的多孔陶瓷顯氣孔率在35 %?50 %范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度范圍為0.7 MPa?18
MPa0
[0012]實施例2、一種酸浸處理的煤矸石為原料制備多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
e)將球磨、過篩的煤矸石粉體低溫煅燒后進(jìn)行酸浸除雜處理；將適量石蠟油加入酸浸處理后的煤矸石，攪拌混合均勻；
f)將少量硅酸鈉溶液加入上述煤矸石石蠟油漿料中，攪拌混合均勻，獲得塑性漿料，陳腐一段時間；
g)將陳腐后的漿料注模成型，脫脂；
h)將脫脂后的素坯放入高溫爐中燒結(jié)制得多孔陶瓷。
[0013]所述步驟e)中煅燒溫度為350°C，酸為稀HCl與稀比504體積比為1:1的混酸，混酸與煤矸石的質(zhì)量比控制在2:1~16:1范圍內(nèi)，酸浸溫度控制在50°C ~90°C范圍內(nèi)，酸浸時間I h ~ 6 h ;石蠟油的用量控制在100 mL每100 g固體原料；
所述步驟f，h)中技術(shù)參數(shù)控制與步驟b，d)相同；
所制備的多孔陶瓷顯氣孔率在38 %?60 %范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度范圍為0.5 MPa?35
MPa0
[0014]實施例3、
i)將煤矸石經(jīng)過破碎機(jī)、球磨機(jī)破碎、球磨，過0.15 _方孔篩，得煤矸石粉料；取50g煤矸石和200 mL (3%HC1+17%H2S03)混酸，80°C攪拌加熱4 h。然后冷卻、離心洗滌、干燥，得除雜后的煤矸石粉料；
j)取50 g酸浸處理的煤矸石粉料，加入50 mL石蠟油，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?；再加?mL娃酸鈉溶液，攪拌均勾；裝入20 mm直徑20 mm高的圓柱形模具中成型，再放入60°C烘箱中加熱24 h，脫去石蠟，脫模；
k)將脫模后的生坯放入高溫爐中1200°C燒結(jié)2h，即得到顯孔隙率50 %、抗壓強(qiáng)度5MPa的多孔陶瓷。
【主權(quán)項】
1.一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步驟: a)將球磨、過篩的煤矸石粉料或經(jīng)酸浸除雜的煤矸石粉料作為固體原料，在其中加入適量油性主液相，攪拌混合均勻，得煤矸石油相漿料； b)將少量水性溶液加入上述煤矸石油相漿料中，攪拌混合均勻，獲得塑性漿料，陳腐0-24 h ； c)將陳腐后的漿料注模成型，然后脫脂； d)將脫脂后的素坯放入高溫爐中燒結(jié)制得多孔陶瓷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述步驟a)中的油性主液相指的是石蠟油、石蠟、辛醇、鄰苯二甲酸二異壬酯中的一種，其用量控制在每100 g固體原料中加入油性主液相60 HiL- 120 mLo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟b)中的水性溶液指的是是水、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，其用量控制在主液相的0.5 %?12.0 %。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟d)中高溫?zé)Y(jié)的溫度范圍為 1000C ~1350°C。
【專利摘要】一種利用煤矸石制備多孔陶瓷的方法，屬于無機(jī)非金屬材料科學(xué)多孔陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：將球磨、過篩的煤矸石粉料或經(jīng)酸浸除雜的煤矸石粉料加入適量油性主液相，其用量控制在每100g固體原料添加60mL~120mL，攪拌混合；再加入少量水性溶液，其用量控制在主液相的2%~12%，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，獲得塑性漿料，陳腐；將陳腐后的漿料注模成型，脫脂；再將脫脂后的素坯在1000℃~1350℃范圍內(nèi)燒結(jié)即可制得多孔陶瓷。該方法采用多相系統(tǒng)中界面間的毛細(xì)管張力搭建骨架造孔，大大改善了多孔陶瓷燒結(jié)時高溫排除造孔劑和有機(jī)模板造成的環(huán)境污染和孔特性改變的問題。
【IPC分類】C04B38/00
【公開號】CN105130489
【申請?zhí)枴緾N201510509450
【發(fā)明人】徐海燕, 劉麗, 王愛國, 李燕, 孫道勝
【申請人】安徽建筑大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月19日