專利名稱：一種多孔堇青石—莫來石復合陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于多孔陶瓷材料技術領域。尤其涉及一種多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料及其制備方法。
背景技術：
我國現有熱電廠幾百座、工業鍋爐/窯爐幾十萬臺，每年排放的煙塵高達1億噸以上，排放大量含有微細雜質粒子及有害化學物質的高溫氣體，造成了嚴重的環境污染(其中燃煤鍋爐造成的大氣污染占70%左右)，不僅嚴重影響了人們的心身健康，而且嚴重制約了工業的進一步發展。因此，開展高溫含塵氣體的凈化技術及材料的研究，對于環境保護、節約能源、實現社會的可持續發展具有十分重要的意義。堇青石是一種硅酸鹽礦物，其理論組成為2Mg0*2Al203*5Si02，具有很小的熱膨脹系數、優異的抗熱震性和較好的化學穩定性，使得多孔堇青石陶瓷具有優異的性能，是適合用于高溫含塵氣體凈化的多孔材料之一。但由于堇青石熔點相對較低(1460°C)、強度不夠高，使得多孔堇青石陶瓷的應用范圍受到限制。莫來石的理論組成為3Al203*2Si02，除了具有較小的熱膨脹系數、良好的抗熱震性，還有很好的機械強度和很高的熔點(1850°C )。將堇青石和莫來石復合，能提高機械強度和高溫性能，故堇青石一莫來石復合材料的機械強度和高溫性能都優于堇青石材料。關于多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的研究目前已有一定的進展，但仍存在一些問題如“一種利用固體廢棄物合成多孔堇青石一莫來石復相材料的方法”( CN200910180637. 2)專利技術，以煤矸石、廢棄耐火材料及木屑造孔劑為原料，經燒成后制得了多孔堇青石一莫來石陶瓷，但木屑造孔劑燃燒后產生CO2,造成了二次污染，不利于環境保護；“特種輕質隔熱堇青石莫來石窯車磚”(201120072917. 4)專利技術，制備輕質堇青石一莫來石陶瓷時，也加入了造孔劑，同樣會產生CO2，造成了二次污染；文獻(倪文，劉鳳煤。煤矸石菱鎂礦合成堇青石-莫來石隔熱磚研究。礦產綜合利用，1999，1 :35-38)以煤矸石、菱鎂礦和除鐵礬土為主要原料，采用有機物燃盡法制備堇青石一莫來石隔熱材料，也存在同樣問題；又如“一種堇青石一莫來石輕質耐火磚及其制備方法”(CN 200410006302.6) 專利技術，以煤矸石、菱苦土和除鐵礬土主要原料，以鋸末等無機物為造孔劑，經燒成后也制得了多孔堇青石一莫來石陶瓷，但一方面造孔劑會產生CO2污染，另一方面，制備的多孔堇青石一莫來石陶瓷的強度很低，實施例中最大抗壓強度只有4MPa;再如“一種高溫氣體過濾器支撐體及其制備方法”(CN200910159655. 2)專利技術，以粒徑為0. 074 0. 088mm的堇青石和莫來石顆粒為主要原料，經燒成后制得了多孔堇青石一莫來石陶瓷，但一方面堇青石、莫來石原料合成時就已經耗費了大量能源，另一方面，特殊粒徑(0. 074 0. 088mm)會造成原料成本偏高。綜上所述，目前關于多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備存在四個問題 (1)造孔劑燃燒產生氣孔后，生成的ω2會造成二次污染；(2)以合成材料為原料，增加了成本和能源消耗；(3)以特殊粒度材料為原料，增加了原料制作成本；(4)制得的多孔堇青石一莫來石陶瓷材料的強度很低。
發明內容
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種環境友好、成本低、節約能源、物相組成可控、氣孔尺寸及體積含量可控的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備方法， 用該方法制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料強度高、透氣性好和高溫性能好。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是先以16 27wt%的煤矸石粉、 38 44wt%的Al (OH)3粉、5 8wt%的滑石粉、8 13wt%的菱鎂礦粉和16 25wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料;3 12襯％的水，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在105 115°C條件下干燥8 36小時，然后加熱至132(T1450°C，保溫2飛小時，即得多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。上述技術方案中所述煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于88Mffl ；所述成型為機械壓制或為手工搗打。由于采用上述技術方案，本發明利用原料自身分解原位產生貫通狀氣孔，避免了因添加造孔劑形成(X)2造成二次污染，有利于環境保護；分解后的原料原位反應生成堇青石和莫來石，形成了堇青石和莫來石分布均勻的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料，具有更高的強度和更佳的高溫性能。同時，還具有成本低、節約能源、物相組成、顯氣孔率和氣孔孔徑可控的優點。本發明所制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料主要物相為15、5襯％堇青石、14 8#t%莫來石和廣5wt%尖晶石，堇青石和莫來石分布均勻，氣孔結構為貫通狀， 顯氣孔率為35飛0%，平均孔徑為15 100Mffl，體積密度為1. 3(Tl. 65g/cm3,常溫耐壓強度為 2(T80MPa，透氣度為8. OX 10_13 1. OX IO-1V的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。因此，本發明具有環境友好、成本低、節約能源、物相組成可控、氣孔尺寸及體積含量可控的特點，所制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料強度高、透氣性好和高溫性能好。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明做進一步描述，并非對其保護范圍的限制。實施例1
一種多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料及其制備方法先以16 19wt%的煤矸石粉、 38 40wt%的Al (OH) 3粉、6 8wt%的滑石粉、1廣13wt%的菱鎂礦粉和22 25wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料;T6wt%的水攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在105 115°C條件下干燥814小時，然后加熱至132(T1380°C，保溫2、小時，即得多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。本實施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于 88Mm ；成型為機械壓制，成型壓力為2(T80MPa。本實施例制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料主要物相為65、5襯％堇青石、14 3#t%莫來石和廣5wt%尖晶石，堇青石和莫來石分布均勻，氣孔結構為貫通狀， 顯氣孔率為40 55%，平均孔徑為3(T60Mffl，體積密度為1. 4(Tl. 52g/cm3,常溫耐壓強度為3(T50MPa，透氣度為8. OX 10_12 9. OX ΙΟ—1、2的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。實施例2
一種多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料及其制備方法先以18 23wt%的煤矸石粉、 39 42wt%的Al (OH)3粉、6 8wt%的滑石粉、9 12wt%的菱鎂礦粉和19 23wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料纊12襯％的水，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在105 115°C條件下干燥24 36小時，然后加熱至135(T1420°C，保溫3飛小時，即得多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。本實施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于 88Mffl;成型為手工搗打。本實施例制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料主要物相為45 75襯％堇青石、24 5#t%莫來石和廣5wt%尖晶石，堇青石和莫來石分布均勻，氣孔結構為貫通狀， 顯氣孔率為45飛0%，平均孔徑為5(Tl00Mffl，體積密度為1. 3(Tl. 50g/cm3,常溫耐壓強度為 2(T40MPa，透氣度為5. OX 10—11 1. OX ΙΟ,πι2的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。實施例3
一種多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料及其制備方法先以23 27wt%的煤矸石粉、 42 44wt%的Al (OH)3粉、5 7wt%的滑石粉、8 10wt%的菱鎂礦粉和16 19wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料4 8wt%的水，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在105 115°C條件下干燥1814小時，然后加熱至138(T145(TC，保溫；Γ6小時，即得多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。本實施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于 44Mm ；成型為機械壓制，成型壓力為5(Tl00MPa。本實施例制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料主要物相為15、5襯％堇青石、54 8#t%莫來石和廣5wt%尖晶石，堇青石和莫來石分布均勻，氣孔結構為貫通狀， 顯氣孔率為35 45%，平均孔徑為15 50Mffl，體積密度為1. 48 1. 65g/cm3，常溫耐壓強度為 4(T80MPa，透氣度為8. OX 10_13 8. OX 10_12m2的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。本具體實施方式
利用原料自身分解原位產生貫通狀氣孔，避免了因添加造
孔劑形成(X)2造成二次污染，有利于環境保護；分解后的原料原位反應生成堇青石和莫來石，形成了堇青石和莫來石分布均勻的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料，具有更高的強度和更佳的高溫性能。同時，還具有成本低、節約能源、物相組成、顯氣孔率、氣孔孔徑可控的優點。本具體實施方式
所制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料主要物相為 15^85wt%堇青石、14 莫來石和廣5wt%尖晶石，堇青石和莫來石分布均勻，氣孔
結構為貫通狀，顯氣孔率為35飛0%，平均孔徑為15 100Mffl，體積密度為1. 3(Tl. 65g/cm3，常溫耐壓強度為2(T80MPa，透氣度為8. OX 10_13 1. OX IO-1V的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。因此，本具體實施方式
具有環境友好、成本低、節約能源、物相組成可控、氣孔尺寸及體積含量可控的特點，所制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料強度高、透氣性好和高溫性能好。
權利要求
1.一種多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于先以16 27襯％的煤矸石粉、38 Mwt%的Al (OH)3粉、5 8wt%的滑石粉、8 13wt%的菱鎂礦粉和16 25wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料:Tl2wt%的水，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在 105 115°C條件下干燥8 36小時，然后加熱至132(T1450°C，保溫2 6小時，即得多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。
2.根據權利要求1所述的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于88Mm。
3.根據權利要求1所述的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述成型為機械壓制或為手工搗打。
4.根據權利要求廣3項中任一項所述的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料的制備方法所制備的多孔堇青石一莫來石復合陶瓷材料。
全文摘要
本發明涉及一種多孔堇青石—莫來石復合陶瓷材料及其制備方法。其技術方案是先以16~27wt%的煤矸石粉、38~44wt%的Al(OH)3粉、5~8wt%的滑石粉、8~13wt%的菱鎂礦粉和16~25wt%的硅石粉為原料混合，外加所述原料3~12wt%的水，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在105~115℃條件下干燥8~36小時，然后加熱至1320~1450℃，保溫2~6小時，即得多孔堇青石—莫來石復合陶瓷材料。其中煤矸石粉、Al(OH)3粉、滑石粉、菱鎂礦粉和硅石粉的粒徑均小于88μm；成型為機械壓制或為手工搗打。本發明具有環境友好、成本低、節約能源、物相組成可控、氣孔尺寸及體積含量可控的特點，制備的多孔堇青石—莫來石復合陶瓷材料強度高、透氣性好和高溫性能好。
文檔編號C04B38/00GK102557717SQ20121007294
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者余桂林, 李友勝, 李楠, 柯昌明, 鄢文, 韓兵強, 魏耀武 申請人:武漢科技大學