一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用高铝粉煤灰制备莫来石‑刚玉陶瓷的方法，所述方法为：将高铝粉煤灰和碱性溶液混合，加热进行活化反应，得到活化粉煤灰；将活化粉煤灰在模具中压力成型，得到生坯；对生坯进行烧结后得到莫来石‑刚玉陶瓷产品。本发明专利技术以高铝粉煤灰为原料，对其进行碱活化改性后进行烧结，得到了力学性能和耐火性能兼优的陶瓷产品。与传统的制备工艺相比，本发明专利技术具备原料来源广泛、成本低以及工艺简单、能耗小等特点，仅利用粉煤灰为原料即对传统陶瓷原料进行了100％的替代，显著降低了莫来石‑刚玉陶瓷的生产成本，同时可以实现工业固体废弃物的资源化利用，兼具经济和环境效益，适用于大规模推广。

A method of preparing mullite corundum ceramics with high alumina fly ash

【技术实现步骤摘要】
一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法
本专利技术涉及工业固体废弃物资源化利用和新型陶瓷材料专利
，具体涉及一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法。
技术介绍
粉煤灰是电厂煤粉高温燃烧后的固体废弃物，而高铝粉煤灰是我国特有的一种粉煤灰，其主要由莫来石、刚玉、无定型二氧化硅和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以氧化铝和二氧化硅为主。高铝粉煤灰既是固体废弃物，又是可利用的资源。目前粉煤灰的综合利用范围正在迅猛发展，尤其在建筑和建材、聚合物复合材料、农林牧业等方面，但主要还是粗放型简单再利用，精细化、高附加值的工业化利用很少。莫来石为硅铝酸盐矿物，也称富铝红柱石，属斜方晶系，自然存在的莫来石较少，因此莫来石大部分需要依靠人工合成。莫来石-刚玉制品具有耐火度高、抗热震性好、抗化学腐蚀、抗蠕变、荷重软化温度高、电绝缘性优良等性质，人工合成莫来石-刚玉制品一般由氧化铝和二氧化硅在添加烧结助剂下通过固相反应获得，产品制造成本高。CN102515803A公开了一种在粉煤灰中添加熟矾土制备莫来石-刚玉制品的方法，包括以下原料：粉煤灰精灰20-55wt％；贵州熟矾土41-76wt％；羧甲基纤维素钠0.5-2.0wt％；腐殖酸钠0.5-2.0wt％。通过加水球磨、喷雾干燥、造粒，经陈腐、压制成型、干燥、烧成，得到莫来石-刚玉制品。CN103964866A公开了一种利用高铝粉煤灰制备莫来石质轻质耐火材料的方法，以电厂废弃物高铝粉煤灰为原料，添加工业氧化铝进行组分设计，烧成并破碎制得不同粒度的莫来石轻质骨料和轻质细粉，然后外加二氧化硅微粉，以聚苯乙烯球或木屑作为造孔剂，以铝酸盐水泥为胶凝剂，以六偏磷酸钠为减水剂，通过振动浇注成型、养护、干燥、烧成等工艺过程制备莫来石质轻质耐火材料。该轻质耐火材料的主要耐高温物相为莫来石相和刚玉相。CN103771841A公开了一种刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法，以1-25％的粉煤灰、0-5％的氧化钙、0-10％的钠长石和60-99％的铝矾土为原料；将原料球磨后加入占其质量1-3％的水玻璃搅拌均匀，陈腐1-2h后，经过压力成型、烧结后，得到刚玉-莫来石复相陶瓷材料。现有技术中虽然有很多以粉煤灰为原料制备莫来石-刚玉制品的方法，但是普遍存在着粉煤灰添加量过低以及需要添加额外的添加剂等问题，难以实现对粉煤灰的最大限度的资源化利用。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的新方法；具有原料成本低、工艺简单、能耗小、产品耐火度高的特点，仅利用粉煤灰为原料即对传统陶瓷原料进行了100％的替代，实现高铝粉煤灰的最大限度资源化利用，环境与经济效益显著。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将高铝粉煤灰和碱性溶液混合，加热进行活化反应，得到活化粉煤灰；(2)将步骤(1)得到的活化粉煤灰在模具中压力成型，得到生坯；(3)将步骤(2)得到的生坯进行烧结，得到莫来石-刚玉陶瓷产品。本专利技术使高铝粉煤灰原料在碱活化改性过程中发生脱硅反应，高铝粉煤灰中的无定型二氧化硅和少量的氧化铝被强碱溶液溶解掉，同时在粉煤灰颗粒表面均匀包裹适量的低熔点沸石类化合物，这种新生成的沸石类物质在高温下起到了良好的助熔剂作用；由于纳米级尺度的沸石类物质在粉煤灰颗粒表面均匀包裹分布，保证了活化粉煤灰具备很好的烧结性能。根据本专利技术，步骤(1)所述高铝粉煤灰中氧化铝的含量＞35wt％。根据本专利技术，步骤(1)所述高铝粉煤灰的主要物相为莫来石、刚玉和无定型二氧化硅。根据本专利技术，步骤(1)中在与碱液混合前对所述高铝粉煤灰进行研磨，所述研磨的方式为球磨。根据本专利技术，所述研磨后高铝粉煤灰的粒径为-200目。根据本专利技术，步骤(1)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。根据本专利技术，所述碱性溶液的浓度为1-5mol/L，例如可以是1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L或5mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术步骤(1)中可以选择直接将高铝粉煤灰和碱性溶液进行混合，也可以选择先将粉煤灰和水混合，再加入固态的碱，无论以何种方式进行混合，只要保证最终得到混合浆料中碱性溶液的浓度在上述范围即可。根据本专利技术，步骤(1)中高铝粉煤灰和碱性溶液的液固比为(2-10):1，例如可以是2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，上述液固比的单位为mL/g。根据本专利技术，步骤(1)所述活化反应的温度为50-150℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(1)所述活化反应的时间为0.5-24h，例如可以是0.5h、1h、5h、10h、15h、18h、20h或24h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(1)所述活化反应在密闭容器中进行，可选用本领域公知的任何可以进行高压水热反应的仪器进行上述反应，例如水热反应釜、均相反应器、盐浴反应器等，但非仅限于此。根据本专利技术，步骤(2)所述压力成型过程中的压力为10-50MPa，例如可以是10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa或50MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)所述压力成型过程中活化粉煤灰的含水率为5-20％，例如可以是5％、8％、10％、13％、15％、18％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述烧结的温度为1200-1700℃，例如可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃或1700℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述烧结的时间为0.5-12h，例如可以是0.5h、1h、3h、5h、8h、10h或12h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)所述烧结过程中升温速率为5-20℃/min，例如可以是5℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min或20℃/min，以及上述数值之间的具体点值，限于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将高铝粉煤灰和碱性溶液混合，加热进行活化反应，得到活化粉煤灰；/n(2)将步骤(1)得到的活化粉煤灰在模具中压力成型，得到生坯；/n(3)将步骤(2)得到的生坯进行烧结，得到莫来石-刚玉陶瓷产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用高铝粉煤灰制备莫来石-刚玉陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将高铝粉煤灰和碱性溶液混合，加热进行活化反应，得到活化粉煤灰；
(2)将步骤(1)得到的活化粉煤灰在模具中压力成型，得到生坯；
(3)将步骤(2)得到的生坯进行烧结，得到莫来石-刚玉陶瓷产品。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述高铝粉煤灰中氧化铝的含量＞35wt％；
优选地，步骤(1)所述高铝粉煤灰的主要物相为莫来石、刚玉和无定型二氧化硅。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中在与碱液混合前对所述高铝粉煤灰进行研磨；
优选地，所述研磨的方式为球磨；
优选地，所述研磨后高铝粉煤灰的粒径为-200目。


4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；
优选地，所述碱性溶液的浓度为1-5mol/L。


5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中高铝粉煤灰和碱性溶液的液固比为(2-10):1。


6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述活化反应的温度为50-150℃；
优选地，步骤(1)所述活化反应的时间为0.5-24h；

【专利技术属性】
技术研发人员：马淑花，罗扬，王晓辉，郑诗礼，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11