一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法。本方法以煤矸石和结晶十二水硫酸铝钾为原料，基于莫来石的化学计量比称量煤矸石和十二水硫酸铝钾并将二者混合，将混合物置于750～950℃中煅烧2～5小时，然后冷却至室温，用去离子水洗涤煅烧产物，干燥即得到莫来石粉体。十二水硫酸铝钾既是反应原料，又是熔盐，其的采用不但可以有效地降低传统固相法合成莫来石粉体的温度，而且还可以补充煤矸石中铝含量的不足。本发明专利技术通过控制煤矸石和熔盐的反应比例、煅烧温度和时间，在低温(750～950℃)下可以得到不同微观形貌及尺寸莫来石粉体。本发明专利技术不但制备过程简单，制备成本低，而且所得产物纯度较高，制备过程易于实现工业化生产。

Method for synthesizing mullite powder at low temperature by molten salt process using coal gangue as raw material

The invention relates to a method for synthesizing mullite powder at low temperature by using molten rock salt with coal gangue as raw material. The method of using coal gangue and crystallization of twelve water potassium aluminum sulfate as raw materials, the stoichiometric mullite ratio based on weighing coal gangue and twelve water and two aluminum potassium sulfate mixed, the mixture is placed in 750 ~ 950 DEG C and 2 calcined to 5 hours, and then cooled to room temperature, washed with deionized water and dried to obtain the calcined products, mullite powder. Twelve water is potassium aluminum sulfate reaction materials, and molten salt, its use can not only effectively reduce the traditional solid phase synthesis of mullite powder temperature can also supplement insufficient aluminum content in coal gangue and. By controlling the reaction ratio of coal gangue and molten salt, calcining temperature and time, the powder body with different micro morphology and size can be obtained at low temperature (750~950 DEG C). The preparation process of the invention is simple, the preparation cost is low, and the obtained product has high purity, and the preparation process is easy to realize industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法
本专利技术涉及一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，具体地说是一种能够在较低温度下合成斜方晶系莫来石粉体材料的方法。
技术介绍
莫来石是一种优质的耐火原料，这一类矿物比较稀少。莫来石是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，人工加热铝硅酸盐时会形成莫来石。天然的莫来石晶体为细长的针状且呈放射簇状。莫来石被用来生产高温耐火材料，具有荷重软化点高、高温蠕变小，体积稳定、抗渣蚀性、耐化学侵蚀性、抗热冲击性和电绝缘性好的特点，是一般高铝砖所不可比拟的。现在莫来石已被广泛地用于各种热工设备上，在C/C复合材料中则多作为热障涂层。随着冶金的强化操作和新技术、新工艺的采用，对莫来石耐火原料的需求量越来越大。传统制备莫来石的方法通常采用电熔法、烧结法、固相反应合成法等。淡家琪等用工业氧化铝和硅石为原料，电熔合成高纯莫来石，但所用原料为矿物，故制得的莫来石粉体纯度不高。烧结法合成的莫来石品粒细小，无明显解理，破碎较困难，陈之荣等以铝矾土和红柱石为原料烧结形成莫来石。朱新文等以天然矿物为原料加入添加剂，制得莫来石，但含较多杂质。至今国内关于熔盐法制备莫来石粉体的报道并不多见，国外相关报道也很少，张冰等人《无机化学学报:熔盐法合成莫来石晶须》以K2SO4为熔盐,在1100～1300℃范围内，利用分析纯的Al2O3和SiO2为原料合成莫来石，但是这种方法的合成温度较高，成本高，工艺要求高，不利于实际生产控制。聂建华，张寒，徐满，等.熔盐法合成莫来石晶须[J].稀有金属材料与工程，2009，38(增2)：1154-1157；朱伯铨，李雪冬，郝瑞，等.在硫酸钠熔盐中合成莫来石的热力学研究[J].硅酸盐学报，2006，34(1)：76-80,这类系统配方的缺点是，都是用化工原料合成莫来石晶须，存在原料成本高的缺点。中国专利文献CN102312278A采用Al2(SO4)3·18H2O、Na2SO4混合熔盐，再用质量浓度为20％的HF酸洗涤，得到长径比较高的莫来石晶须，该制备方法不仅工艺复杂，合成温度较高，而且产物杂质较多，必须采用质量浓度为20％的HF酸洗涤提纯，因此将产生二次环境水污染的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法。本方法在保证莫来石单相以及纯度的前提下能够有效地降低制备温度，从而极大地降低了成本。本方法易于实现工业化生产。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，包括如下步骤：以均呈粉末状的煤矸石和结晶十二水硫酸铝钾为原料，将称量好的煤矸石和十二水硫酸铝钾混合，并于750～950℃中煅烧2～5小时，然后冷却至室温，用去离子水洗涤煅烧产物，干燥即得到莫来石粉体。优选的，粉末状的所述煤矸石为研磨后过200目筛制得，粉末状的所述结晶十二水硫酸铝钾研磨后过150目筛制得。优选的，所述煅烧温度为850～900℃。优选的，所述洗涤步骤为将煅烧产物用热的去离子水加热溶解，然后放入水浴锅保温沉淀、过滤，得到沉淀物；洗涤步骤重复多次，沉淀物干燥后即得到莫来石粉体。优选的，所述去离子水的水温为90℃，所述水浴锅的水温为90℃。优选的，基于莫来石的化学计量比称量煤矸石和十二水硫酸铝钾。优选的，所述结晶十二水硫酸铝钾的质量与煤矸石的质量之比为(5.5～6.5):1。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术只有煤矸石和结晶十二水硫酸铝钾两种反应物，煤矸石可以直接采用矿产废弃物，而结晶十二水硫酸铝钾(KAl(SO4)2·12H2O，亦称为明矾)则既是反应原料，又是熔盐。结晶十二水硫酸铝钾的采用可以有效地降低传统固相法合成莫来石粉体的温度，同时结晶十二水硫酸铝钾还可以补充煤矸石中铝含量的不足。本专利技术通过控制煤矸石和熔盐的反应比例、煅烧温度和时间，在低温(750～950℃)下可以得到不同微观形貌及尺寸莫来石粉体。本方法不但可以高效资源化工业矿产废弃物煤矸石，而且可以广泛应用于莫来石材料的研究和生产中。2)本专利技术不但制备过程简单，而且所得产物纯度较高，因此无需采用HF酸洗涤提纯，故此本专利技术有效地避免了二次环境水污染的问题。3)本专利技术在较低温度下(750～950℃)合成了单晶莫来石粉体，单相的莫来石粉体为斜方六面体、单晶结构，粒度分布均匀。本专利技术的制备过程具有很好的可重复性，能够满足荷重软化点高、高温蠕变小，体积稳定、抗渣蚀性、耐化学侵蚀性、抗热冲击性和电绝缘性好的特点要求。附图说明图1为本专利技术方法制备的莫来石粉体的XRD图：850℃，900℃，950℃以及所用顾桥煤矸石,其中横轴代表衍射角，纵轴代表强度。从图1中可以看出：采用结晶十二水硫酸铝钾(KAl(SO4)2·12H2O)，900℃煅烧3小时合成得到单相的莫来石粉体。图2为本专利技术方法制备的莫来石粉体的XRD图。图2的煅烧温度为900℃，分为1)标准配方：标准熔盐质量比为1:1；2)过量熔盐：标准熔盐质量比为1.4:1；3)少量熔盐：标准熔盐质量比为0.8:1；以及所用顾桥煤矸石。从图2中可以看出：采用标准配方，900℃煅烧3小时合成得到的莫来石粉体杂质少。所述标准熔盐质量为按照Al2O3:SiO2的摩尔比为3:2作为标准理论配方而称量得到的结晶十二水硫酸铝钾(KAl(SO4)2·12H2O)的质量；相应的过量熔盐质量则是按照比所述标准熔盐质量高的倍数称量得到的结晶十二水硫酸铝钾(KAl(SO4)2·12H2O)的质量，少量熔盐质量则是按照比所述标准熔盐质量低的倍数称量得到的结晶十二水硫酸铝钾(KAl(SO4)2·12H2O)的质量。图3为煅烧温度为900℃，合成莫来石粉体的SEM图。从图3中可以看出：合成莫来石粉体的呈针尖状，直径～30nm左右,长径比～18左右。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。按照Al2O3:SiO2的摩尔比为3:2作为标准理论配方，原料为结晶十二水硫酸铝钾29.4028g和200目煤矸石5.0000g，其中结晶十二水硫酸铝钾29.4028g为理论标准熔盐用量。实施例1按照配方1：Al2O3:SiO2的摩尔比为3:2的比例称取原料结晶十二水硫酸铝钾和200目煤矸石，其中以粉态十二水硫酸铝钾作为熔盐。将粉态煤矸石与结晶十二水硫酸铝钾按照称取的比例混合，再将混合物置于箱式电阻炉中850℃中煅烧3小时，并随炉冷却至室温。最后将煅烧产物用90℃热去离子水加热溶解，放入90℃水浴锅保温沉淀、过滤，多次洗涤，将所得沉淀物干燥后即得到莫来石粉体。实施例2按照配方2：Al2O3:SiO2的摩尔比为3:2的比例称取原料结晶十二水硫酸铝钾和200目煤矸石，其中以粉态十二水硫酸铝钾作为熔盐。将粉态煤矸石与结晶十二水硫酸铝钾按照称取的比例混合后，再将混合物置于箱式电阻炉中900℃中煅烧3小时，并随炉冷却至室温。最后将煅烧产物用90℃热去离子水加热溶解，放入90℃水浴锅保温沉淀、过滤，多次洗涤，将所得沉淀物干燥后即得到莫来石粉体。实施例3按照配方3：Al2O3:SiO2的摩尔比为3:2的比例称取原料结晶十二水硫酸铝钾和200目煤矸石，其中以粉态十二水硫酸铝钾作为熔盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，包括如下步骤：以均呈粉末状的煤矸石和结晶十二水硫酸铝钾为原料，将称量好的煤矸石和十二水硫酸铝钾混合，并于750～950℃中煅烧2～5小时，然后冷却至室温，用去离子水洗涤煅烧产物，干燥即得到莫来石粉体。

【技术特征摘要】
1.一种以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，包括如下步骤：以均呈粉末状的煤矸石和结晶十二水硫酸铝钾为原料，将称量好的煤矸石和十二水硫酸铝钾混合，并于750～950℃中煅烧2～5小时，然后冷却至室温，用去离子水洗涤煅烧产物，干燥即得到莫来石粉体。2.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，其特征在于：粉末状的所述煤矸石为研磨后过200目筛制得，粉末状的所述结晶十二水硫酸铝钾研磨后过150目筛制得。3.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来石粉体的方法，其特征在于：所述煅烧温度为850～900℃。4.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料熔盐法低温合成莫来...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银，苏万福，陆正亮，张齐，杨露敏，冉小信，练伟，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34