一种高强多孔陶瓷及其低温制备方法技术

本发明专利技术属于多孔陶瓷的技术领域，公开了一种高强多孔陶瓷及其低温制备方法。所述方法：(1)将原料混合；所述原料包括固体废弃物、低品位矿物以及添加剂；当原料中铝元素不足时，所述原料还包括铝源；(2)将混合的原料成型制成坯体；(3)将坯体在800～1300℃下烧成，获得高强多孔陶瓷；所述添加剂为氧化铝、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硼砂中的一种以上。本发明专利技术以固体废弃物、低品位矿物为原料的一部分，实现了资源的回收利用，环保，经济；而且原料范围广，工艺简单(一步法原位制备晶须骨架结构)，生产成本低，适合产业化生产。同时本发明专利技术能耗少，制备的多孔陶瓷具有晶须骨架结构，孔隙率高、密度低、机械强度高。

A high strength porous ceramic and its low temperature preparation method

The invention belongs to the technical field of porous ceramics, and discloses a high-strength porous ceramics and a low-temperature preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) mixing raw materials; the raw materials include solid waste, low-grade minerals and additives; the raw materials also include aluminum sources when the aluminum element in the raw materials is insufficient; (2) shaping the mixed raw materials into green bodies; (3) firing the green bodies at 800-1300 degrees Celsius to obtain high-strength porous ceramics; and the additive is oxygen. More than one of aluminum, nitrate, carbonate, sulfate, phosphate, fluoride and borax. The invention takes solid waste and low-grade mineral as a part of raw material, realizes the recovery and utilization of resources, environmental protection and economy, and has a wide range of raw materials, simple process (one-step in-situ preparation of whisker skeleton structure), low production cost and is suitable for industrial production. At the same time, the invention has less energy consumption, the prepared porous ceramics have whisker skeleton structure, high porosity, low density and high mechanical strength.

【技术实现步骤摘要】
一种高强多孔陶瓷及其低温制备方法
本专利技术属于多孔陶瓷的
，涉及一种高强多孔陶瓷及其低温制备方法，特别涉及一种具有晶须骨架结构的多孔陶瓷及其低温制备方法。
技术介绍
多孔陶瓷具有保温、隔热、吸音、保水、吸水、过滤、催化剂载体等功能，广泛应用于建筑、化工、轻工、冶金、农业等各领域，但由于其孔隙结构的原因，多孔陶瓷的机械强度一般都比较低，因此具有晶须骨架结构增强的多孔陶瓷具有较好的发展前景。另外，我国固体废弃物和低品位矿物急剧增多，大量堆积、填埋的固体废弃物和低品位矿物不仅挤占良田，污染水土资源和空气环境，还会造成严重的二次灾害。它们富含SiO2、Al2O3、CaO等化学成分，其高效率资源化利用具有重要的社会经济意义。专利“原位自生莫来石晶须增强钛酸铝多孔陶瓷材料及制备方法”(CN102584313A)，采用α-氧化铝、拟薄水铝石等为原料合成了一种原位自生莫来石晶须增强的钛酸铝多孔陶瓷，晶须穿插于多孔陶瓷的空隙之间，对材料增强作用明显，但该工艺对原料纯度要求高，且烧成温度高(1400～1500℃)。专利“一种焊接晶须制备莫来石多孔陶瓷的方法”(CN105110779A)，通过外加高温粘结剂、莫来石晶须，经冷冻干燥制备晶须焊接的多孔陶瓷，但该方法烧成温度也高(1200～1500℃以上)，并且材料强度低(2～30MPa)。专利申请“一种莫来石晶须增强钙长石多孔陶瓷及其制备方法”(CN105198478A)，先采用固相反应法制备出高纯、高长径比，易分散的莫来石晶须，再将该晶须与α-氧化铝、二氧化硅和碳酸钙结合，通过泡沫注凝成型，在1450℃烧成制备莫来石晶须增强的钙长石多孔陶瓷，但该工艺原料纯度要求也高，且烧成温度也高(1450℃)。专利“利用陶瓷废弃物生产的泡沫吸声材料及其制备方法”(CN102936151A)，以陶瓷废弃物、超细高岭土等为主要原料，采用有机前驱体浸渍法，通过高温烧成制备泡沫吸声材料，但烧成温度仍然很高(1350～1450℃)，且机械强度低。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种高强多孔陶瓷及其低温制备方法。通过本专利技术方法所获得的多孔陶瓷具有孔隙率高、密度低、强度高等优点，并且本专利技术烧成温度低，能耗低。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种高强多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料混合；所述原料包括固体废弃物、低品位矿物以及添加剂；当原料中铝元素不足时，所述原料还包括铝源；(2)将混合的原料成型制成坯体；(3)将坯体在800～1300℃下烧成，获得高强多孔陶瓷。高强多孔陶瓷具有晶须骨架结构。所述固体废弃物为固体废弃物的粉体，是指固体废弃物经收集、破碎、混匀、磨碎后，再度球磨得到粉体。所述固体废弃物为建筑废弃物、粉煤灰、陶瓷废渣、煤矸石、高温炉渣中的一种以上；这几种固体废弃物其主要成分为SiO2和Al2O3，属于有用矿物资源。所述低品位矿物为低品位粘土矿、低品位铝矿、低品位铁矿、低品位钾长石、低品位云母矿中的一种以上。低品位矿物是指未达到工业原料品位要求的矿物或尾矿，或者在当前的经济、技术条件下难以利用的矿物或尾矿。所述铝源为氧化铝或铝粉。所述添加剂为氧化铝、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硼砂中的一种以上。本专利技术的添加剂作为助熔剂和晶须催化剂，有利于高温液相生成，降低液相粘度，为晶须形成和生长提供液相环境，并降低晶须生成温度。所述硝酸盐为NaNO3、KNO3、Mg(NO3)2中一种以上；所述碳酸盐为Na2CO3、K2CO3、MgCO3、NaHCO3、KHCO3中一种以上；所述硫酸盐为CaSO4、K2SO4、MgSO4、Na2SO4、Al2(SO4)3中一种以上；所述磷酸盐为Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、K3PO4、KH2PO4、K2HPO4、Mg3(PO4)2中一种以上；所述氟化物为KHF2、Na2SiF6、NaF、CaF2、KF、AlF3中一种以上。所述原料中各组分的重量百分比为：固体废弃物：0～80％；低品位矿物：0～80％；添加剂：0.5％～30％；固体废弃物与低品位矿物不同时为0；当原料中铝元素不足时，所述原料还包括铝源，此时铝源与添加剂的总量为0.5～30％。步骤(1)中原料混合是指将各原料进行球磨混合；球磨的转速100～800rpm，球磨的时间0.5～36h；步骤(1)中所述成型的压力为1～600MPa；步骤(3)中所述烧成的时间为30～1500min。步骤(3)中所述烧成的升温速率为2～40℃/min。步骤(3)中所述坯体在烧成之前需进行干燥。低品位矿物是指未达到工业原料品位要求的矿物或尾矿，或者在当前的经济、技术条件下难以利用的矿物或尾矿。本专利技术以固体废弃物、低品位矿物为原料的一部分，辅以其他原料和添加剂，通过低温(800～1300℃)烧成制备具有晶须骨架结构的多孔陶瓷。该方法原料范围广，工艺简单(一步法原位制备晶须骨架结构)，生产成本低，适合产业化生产。制备的多孔陶瓷孔隙率高、密度低、力学性能优良，可广泛应用于建筑、化工、环保等领域。本专利技术技术在节能环保、吸声、过滤、低温烧成等领域具有重要的价值。本专利技术材料还可应用于吸声、过滤领域。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术以固体废弃物、低品位矿物为原料的一部分，实现了资源的回收利用，环保、经济；而且原料范围广，工艺简单(一步法原位制备晶须骨架结构)，生产成本低，适合产业化生产。本专利技术通过低温烧成，能耗低，制备的多孔陶瓷具有晶须骨架结构，孔隙率高、密度低、机械强度高。附图说明图1为实施例1制备的高强多孔陶瓷的SEM图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术的建筑废弃物指建筑施工、拆迁、装修等过程产生的废砖、废混凝土、废砂石等无机废料，主要成分为SiO2：23.0～72.0％，Al2O3：10.0～36.0％，Fe2O3：1.5～7.0％，CaO：3.0～22.0％，MgO：0.8～4.5％，Na2O：1.2～3.4％，K2O：0.9～2.9％等；陶瓷废渣，主要成分为SiO2：48.0～82.0％，Al2O3：5.0～33.0％，Fe2O3：0.5～3.5％，TiO2：0.3～2.9％，K2O：1.5～4.5％，Na2O：0.5～4.5％，MgO：0.5～10.5％等。高温炉渣，主要成分为SiO2：18.0～62.0％，Al2O3：1.5～28.0％，MgO：5.0～30.0％，Fe2O3：1.5～5.0％，CaO：3.0～40.0％等。低品位矿物，其主要成分为SiO2：9.0～72.0％，Al2O3：10.0～70.0％，等。实施例1一种高强多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：实施例中百分数为质量百分数；(1)建筑废弃物(主要成分为SiO2：23.5％，Al2O3：35.0％，Fe2O3：6.5％，CaO：21.7％，MgO：3.7％，Na2O：2.1％，K2O：2.9％等)55.2％、低品位铝矿石(主要成分为Al2O3：62.3％，SiO2：9.1％，Fe2O3：13.5％，TiO2：4.5％，K2O：6.9％等)34.8％、Na2CO36.0％、硼砂2.0％、K3PO42.0％，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将原料混合；所述原料包括固体废弃物、低品位矿物以及添加剂；当原料中铝元素不足时，所述原料还包括铝源；(2)将混合的原料成型制成坯体；(3)将坯体在800～1300℃下烧成，获得高强多孔陶瓷；所述添加剂为氧化铝、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硼砂中的一种以上。

【技术特征摘要】
1.一种高强多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将原料混合；所述原料包括固体废弃物、低品位矿物以及添加剂；当原料中铝元素不足时，所述原料还包括铝源；(2)将混合的原料成型制成坯体；(3)将坯体在800～1300℃下烧成，获得高强多孔陶瓷；所述添加剂为氧化铝、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硼砂中的一种以上。2.根据权利要求1所述高强多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述低品位矿物为低品位粘土矿、低品位铝矿、低品位铁矿、低品位钾长石、低品位云母矿中的一种以上；所述固体废弃物为建筑废弃物、粉煤灰、陶瓷废渣、煤矸石、高温炉渣中的一种以上。3.根据权利要求1所述高强多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述硝酸盐为NaNO3、KNO3、Mg(NO3)2中一种以上；所述碳酸盐为Na2CO3、K2CO3、MgCO3、NaHCO3、KHCO3中一种以上；所述硫酸盐为CaSO4、K2SO4、MgSO4、Na2SO4、Al2(SO4)3中一种以上；所述磷酸盐为Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、K3PO4、KH2PO4、K2HPO4、Mg3(PO4)2中一种以上；所述氟化物为KHF2、Na2SiF6、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：税安泽，花开慧，马娟，胡家兴，李秋玲，高小云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44