一种利用粉煤灰制备的贯通气孔多孔陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术属于陶瓷材料领域，涉及一种利用粉煤灰制备的贯通气孔多孔陶瓷及其制备方法。本发明专利技术以工业固废粉煤灰为原料，以碳粉为造孔剂，添加少量的高岭土和钾长石作为烧结助剂，经球磨混合，干压成型，高温烧结得到多孔陶瓷。本发明专利技术所述方法固废掺比最高可达90%，其中，当碳粉掺比5%时粉煤灰的掺比可达90%，大大提高了工业固废粉煤灰在配料中的比例，达到以废治废资源化综合利用、拓展循环经济产业链的目的。所得多孔陶瓷的总气孔率为38%‑56%，体积密度为1.1g/cm3‑1.6g/cm3，吸水率为24%‑50%，可用于高温烟气、污水等的过滤，拓宽了工业固废再利用制品的应用领域。

Porous porous ceramic prepared from fly ash and preparation method thereof

The invention belongs to the field of ceramic materials, and relates to a porous ceramics through air holes prepared with fly ash and a preparation method thereof. The invention takes industrial solid waste fly ash as raw material, takes carbon powder as pore-forming agent, adds a small amount of kaolin and potassium feldspar as sintering auxiliaries, mixes by ball milling, forms by dry pressing, and obtains porous ceramics by high temperature sintering. The solid waste mixing ratio of the method can be up to 90%, and the fly ash mixing ratio can reach 90% when the carbon powder mixing ratio is 5%, which greatly improves the proportion of the industrial solid waste fly ash in the mixing, and achieves the purpose of comprehensive utilization of waste treatment and waste resources, and expands the circular economy industrial chain. The total porosity of the porous ceramics is 38%56%, the bulk density is 1.1g/cm 3_1.6g/cm 3, and the water absorption is 24%50%. The porous ceramics can be used to filter high temperature flue gas, sewage and so on, which broadens the application field of industrial solid waste reuse products.

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉煤灰制备的贯通气孔多孔陶瓷及其制备方法
本专利技术属于陶瓷材料领域，尤其涉及一种利用粉煤灰制备的贯通气孔多孔陶瓷及其制备方法。
技术介绍
随着我国社会现代化工业的快速发展，产生了大量的固体废弃物，压占土地，污染环境，给社会经济发展、自然环境保护造成沉重的负担。充分利用这些废弃物对提高资源利用效率，发展循环经济，建设节约型社会、保护环境，造福人类具有十分重要的意义。但目前我国工业固体废弃物再利用主要以临时道路和地坪填埋，烧结制备水泥熟料，烧结制砖等简单的再加工处理的方式利用，被利用的工业固体废弃物的种类和生成产品的适用范围都很有限。粉煤灰是煤燃烧后的主要废弃物，由于我国的能源结构以燃煤为主，随着电力、冶金、建材、化工、机电等工业的发展，粉煤灰的排放量日益增多，给经济、社会和环境带来巨大的负担。粉煤灰的主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化钙，还少量的氧化铁、含钠、钾的化合物，以及少量的其他金属化合物，未燃烧充分的粉煤灰还含有少量的单质碳。从成分来看，粉煤灰可用于制造过滤材料，如高温烟气和废水前处理用多孔陶瓷等。目前用于高温环境和复杂水环境的过滤材料主要是以工业氧化铝多孔陶瓷，碳化硅多孔陶瓷。虽然这些陶瓷具有较好的性能，但所用材料价格相对较高且制备工艺复杂是限制其广泛应用的最大障碍。由此，开发低成本，环境友好的多孔陶瓷过滤材料具有重要意义。由于粉煤灰成本较低，可作为制备多孔陶瓷的原料，所以近年来国内外已经有研究人员开展了一些相关的研究工作，利用粉煤灰制备多孔陶瓷。陈钊等以粉煤灰为主要原料，氧化铝为辅料（0.4%），玻璃粉为粘结剂（6%），不可溶性淀粉为造孔剂（6%），干压成型（18MPa）得到柱状坯体，经高温（1200℃）烧结制得多孔陶瓷，其抗弯强度为8.23MPa，孔隙率37.65%，吸水率为22.61%，耐酸性为96.89%，耐碱性96.86%，密度为1.69g/ml(陈钊，左绪俊，杨本宏，刘丽，杨盼盼，周鑫.用粉煤灰为主要原料制备多孔陶瓷研究[J].安徽建筑大学学报.2017(04):38-42.)。但是该方法需添加粘结剂以及氧化铝等辅料。汪庆刚等以粉煤灰为原料，瓷抛光废渣、废熔块、烧滑石等制得了密度仅为0.51g/cm3、导热系数为0.082W/(m·K)的轻质多孔陶瓷，结果表明：SiC含量对粉煤灰基轻质多孔陶瓷性能影响最大，熔剂废熔块含量次之。(汪庆刚，黄剑锋，潘利敏，刘一军，李嘉胤，黄玲艳.粉煤灰基轻质多孔陶瓷的制备及性能研究[J].硅酸盐通报.2017(12):4129-4134)。海万秀等以镁渣、粉煤灰等为原料，烧结温度1150℃，保温4h制得了固废掺比为90%的镁渣基多孔陶瓷。结果表明，成型压力对多孔陶瓷的气孔率、吸水率和体积密度具有较大影响。镁渣和粉煤灰的配比为7∶2时，多孔陶瓷产品的综合性能较好。(海万秀，韩凤兰，姜木俊，白柳扬.过滤用镁渣多孔陶瓷的制备与渗透性能[J].硅酸盐通报.2017(10):2003-2007)。但该方法以镁渣为主要原料，粉煤灰的掺比量最大仅为50%。CN104211427A公开了一种以粉煤灰、纸浆废液为原料制备的多孔陶瓷。该多孔陶瓷较为大量地消耗了粉煤灰，可用于各种介质的精密过滤与分离，高压气体排气消音等。但该多孔陶瓷添加了造孔剂、粘结剂、添加剂等，总量达到了30-48%。CN107115768A公开了一种以粉煤灰为主要原料的烟气脱水陶瓷膜及其制备方法，以粉煤灰为主料，比例在68%以上；辅料为糊精、高粘羧甲基纤维素、甘油和高岭土，比例小于32%。通过利用电厂废料进行烟气脱水陶瓷膜制备，为火电厂实现深度节能减排提供了一个崭新的方向和思路。但该方法的制备过程较为复杂、耗时长，工艺控制难度较大。由上述文献和专利可见，目前利用粉煤灰制备的多孔陶瓷材料，其原料中工业固废的掺比量小，最大不超过70%，且同时需消耗造孔剂，粘结剂，激发剂，稳定剂及其他添加剂等；其制备工艺复杂，流程长，可变因素多，操作难度大。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的第一个目的是提供一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种利用粉煤灰制备的贯通气孔多孔陶瓷。本专利技术以工业固废——粉煤灰为原料，添加少量的烧结助剂，以碳粉为造孔剂，经球磨混合，干压成型，高温烧结制备多孔陶瓷。固废掺比最高可达90%，所得多孔陶瓷可用作高温烟气、污水等的过滤材料，拓宽了工业固废再利用制品的应用领域。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法，其特征在于，取粉煤灰、碳粉、高岭土、钾长石，加工处理成混合粉，然后压制成型，最后烧结，得到多孔陶瓷。进一步，所述一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法具体包括如下步骤：S1.配料：将粉煤灰、碳粉、钾长石、高岭土按质量比30-90:5-50:3-30:0.5-8配料；S2.加工处理：将配好的料加工处理成粒径为1μm-100μm均匀混合粉；S3.压制成型：将混合粉压制成型，成型压力为10MPa-250MPa，保压时间为30s-60s；S4.烧结：在升温速率为1℃/min-6℃/min，烧结温度为1000℃-1100℃，保温时间为60min-480min条件下烧结，随炉冷却，得多孔陶瓷。进一步，步骤S1中，所述粉煤灰︰碳粉︰钾长石︰高岭土的质量比为40-80:10-40:8-22:1-6。优选的，所述粉煤灰︰碳粉︰钾长石︰高岭土的质量比为50:25:20:5。进一步，步骤S2中，所述加工处理方法为将粉煤灰、碳粉、高岭土和钾长石在混合前或混合过程中进行粉碎。本领域技术人员公知，常用的粉碎方法都可用于本专利技术，粉碎方法包括但不限于：挤压粉碎、挤压-剪切粉碎、劈裂粉碎、冲击粉碎等，可以采用的粉碎装置包括但不限于：颚式破碎机、柱磨、雷蒙磨、钢球磨、立磨、棒磨、冲旋破碎机、锤式破碎机等。进一步，步骤S2中，所述粉煤灰、碳粉、高岭土和钾长石混合粉的粒径为5μm-50μm。进一步，步骤S3中，所述压制成型方法包括但不限于冷等静压成型、模压成型。优选的，所述压制成型方法为模压成型，成型压力为40MPa-120MPa。进一步，步骤S4中，所述烧结升温速率为2℃/min-5℃/min，保温时间为120min-240min；步骤S4中，所述烧结方式为高温无压烧结。本专利技术采用的另一个技术方案为由上述方法制备的贯通气孔多孔陶瓷。所述多孔陶瓷的总气孔率为38%-56%，体积密度为1.1g/cm3-1.6g/cm3，吸水率为24%-50%。优选的，所述多孔陶瓷的总气孔率为38%-56%，体积密度为1.2g/cm3-1.6g/cm3，吸水率为30%-40%。本专利技术中的碳粉可用原煤粉研磨后得到的细粉代替，粉煤灰中的少量自由碳也可作为造孔剂。采用上述方法制备的多孔陶瓷，其总气孔率可以通过调整原料中粉媒灰和碳粉的配比，改变碳粉的用量来调节，增加碳粉的用量，利用碳粉分解后的造孔作用可以增加气孔率；采用上述方法制备的多孔陶瓷，可用于过滤，保温，隔音，拓宽了工业固废再利用制品的应用领域。根据多孔陶瓷的总气孔率、体积密度，视使用条件要求，可用于烟气、污水的过滤，保温，隔音等方面。本专利技术中所用术语“总气孔率”是指闭口气孔率与开口气孔率之和。本专利技术中所用术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1.配料：将粉煤灰、碳粉、钾长石、高岭土按质量比 30‑90:5‑50:3‑30:0.5‑8 配料；S2.加工处理：将配好的料加工处理成粒径为 1μm ‑100μm 均匀混合粉；S3.压制成型：将混合粉压制成型，成型压力为 10 MPa ‑ 250 MPa，保压时间为 30s ‑ 60s；S4.烧结：在升温速率为 1℃/min‑6℃/min，烧结温度为 1000℃‑1100℃，保温时间为 60min ‑ 480min 条件下烧结，随炉冷却，得多孔陶瓷。

【技术特征摘要】
1.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1.配料：将粉煤灰、碳粉、钾长石、高岭土按质量比30-90:5-50:3-30:0.5-8配料；S2.加工处理：将配好的料加工处理成粒径为1μm-100μm均匀混合粉；S3.压制成型：将混合粉压制成型，成型压力为10MPa-250MPa，保压时间为30s-60s；S4.烧结：在升温速率为1℃/min-6℃/min，烧结温度为1000℃-1100℃，保温时间为60min-480min条件下烧结，随炉冷却，得多孔陶瓷。2.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法，其特征在于，步骤S1中，所述粉煤灰︰碳粉︰钾长石︰高岭土的质量比为40-80:10-40:8-22:1-6；步骤S2中，所述加工处理方法为将粉煤灰、碳粉、高岭土和钾长石在混合前或混合过程中进行粉碎，所述粉煤灰、碳粉、高岭土和钾长石混合粉的粒径为5μm-50μm。3.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备贯通气孔多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述粉煤灰︰碳粉︰钾长石︰高岭土的质量比为50:25:20:5。4.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：海万秀，韩凤兰，姜木俊，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64