一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法技术

本发明专利技术公开了一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法，该陶瓷原料中各组分的质量百分比为：CaO9.6‑44.0wt%，SiO

【技术实现步骤摘要】
一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法
本专利技术涉及一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法，属于固体废弃物资源化利用和材料制备的

技术介绍
随着我国工业化进程的不断推进，工业固废年增长率大约保持在7%以上，年产固废总量已经突破了30亿t。据测算，我国未来几年的工业固废产量可能会以每年16%的速度增长，并在2021年突破年产量98亿t。目前国内主要采取焚烧、填埋、堆肥等手段治理，这样的处理手段导致固废不能进行二次利用或者利用率很低，会造成二次污染。同时，固体废弃物的污染和危害具有迟滞性、潜在性、长期性、间接性和隐蔽性等特点，会对生态环境、人类健康造成严重危害，甚至阻碍社会经济的持续发展。有研究发现，当调节固废配比使混合料中钙硅铝氧化物比例满足Riley三角形时，可制备出陶瓷使固废得到资源化利用，其中可选择的固废原料有钼尾矿、铜尾矿、钒尾矿、铅锌尾矿、金尾矿、电解锰渣、赤泥、钢渣、煤矸石、粉煤灰、页岩渣，花岗岩、材固废、建筑垃圾、黄河泥沙等。钙长石属于三斜晶系，晶体形貌为板状或者板柱状，具有密度小、热膨胀系数小、热导率低等特点。钙铝黄长石的晶体一般呈四方厚板状或短柱状，有时也呈粒状，其分布在耐火材料等无机材料中可对制品晶界起到补强作用，有助于提高制品力学性能。因此，钙长石/钙铝黄长石复合陶瓷可以将两种晶体的特点结合，制备出具有密度小、强度高、孔隙率大等特点的陶瓷，可作为水处理滤料、建筑轻骨料等。基于此，本专利技术提供了一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备及性能改良方法，同时该方法的材料来源广泛，制作工艺简单，制作成本低廉，达到了绿色环保目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种利用固体废弃物制备钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的方法，并提出了该陶瓷性能的改良方法。实现本专利技术目的的技术解决方案是：一种以钙长石和钙铝黄长石为主要矿物相的复相陶瓷，其制备步骤如下：第一步，选择富含钙硅铝的工业固体废弃物，并进行具体成分分析；第二步，根据钙硅铝三元相图对原材料进行调配，控制钙硅铝比例在所需物相区域内，即CaO9.6-44.0wt%，SiO227.9-44.9wt%，Al2O314.0-24.4wt%；第三步，按照一定的配比放入搅拌机中搅拌，按水固比为0.02-0.20加水继续搅拌均匀；第四步，用成球机将混合物制备生球；第五步，将生球自然养护24小时；第六步，将干燥后的生球进行煅烧，在烧结炉中保温2h后随炉冷却，得到需要制备的复相陶瓷。按上述方案，第二步所述原材料各组分的质量百分比为：CaO9.6-44.0wt%，SiO227.9-44.9wt%，Al2O314.0-24.4wt%。按上述方案，第六步所述的煅烧温度为950-1200℃。按上述方案，第六步所述的复相陶瓷是以钙长石和钙铝黄长石为主要矿物相，并且物相比例可以根据原料配比进行控制。按上述方案，第六步所述的复相陶瓷可通过调控矿物相从而实现性能的控制，其平均单颗强度为平均单颗强度3-8MPa，24h吸水率18-41%，显气孔率33-50%。本专利技术还提供上述钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷制备方法的性能改良方法，步骤如下：第一步，选择富含钙硅铝的工业固体废弃物，并进行具体成分分析；第二步，根据钙硅铝三元相图对原材料进行调配，控制钙硅铝比例在所需物相区域内，即CaO9.6-44.0wt%，SiO227.9-44.9wt%，Al2O314.0-24.4wt%，并且外掺10wt%增孔剂；第三步，按照一定的配比放入搅拌机中搅拌，按水固比为0.02-0.20加水继续搅拌均匀；第四步，用成球机将混合物制备生球；第五步，将生球自然养护24小时；第六步，将干燥后的生球进行煅烧，在烧结炉中保温2h后随炉冷却，得到需要制备的复相陶瓷。按上述方案，第六步所述的复相陶瓷可通过调控矿物相从而实现性能的控制，其平均单颗强度为1.5-5.5MPa，24h吸水率为25-45%，显气孔率为40-65%。本专利技术与现有技术相比的优点：（1）本专利技术以富含钙硅铝的工业固体废弃物为原料生产附加值高的环保产品，掺量大，利用率高，解决了工业固体废弃物带来的环境问题。（2）本专利技术可以通过对原材料的比例调配，从而控制晶相生成。（3）本专利技术通过外掺增孔剂，可达到调控陶瓷强度和显气孔率的目的。（4）本专利技术的制备不需要复杂的反应条件，不需要额外投加任何化学试剂，原材料来源广泛，成本低廉，工艺操作简单，应用前景广阔。附图说明图1是钙硅铝三元相图；图2是以钙长石为主要晶相陶瓷的XRD图谱；图3是以钙长石和钙铝黄长石为主要晶相陶瓷的XRD图谱；图4是以钙铝黄长石为主要晶相陶瓷的XRD图谱。具体实施方式：下面结合实例进一步说明本专利技术的制备和应用过程。本专利技术的原理是：（1）三元相图。原材料属于CaO-Al2O3-SiO2体系，经调配后可形成钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷。例如实施例1中，复相陶瓷原料中CaO、SiO2、Al2O3的质量百分比分别为9.6wt%、44.9wt%、24.4wt%，经计算其摩尔分数分别为0.16、0.64、0.2，图1钙硅铝三元相图中a点所在的钙长石区域即为该配比经过高温煅烧后理论上所应形成的矿物相成分。（2）增孔原理：部分工业固体废弃物中含有碳酸盐和碳酸氢盐等成份，生球在高温煅烧过程中碳酸盐和碳酸氢盐等成份受热分解，产生CO2和H2O从陶粒中逸出，从而生成孔隙。在此基础上，在混合料中外掺十二烷基苯磺酸钠、活性炭和面粉等有机质，其在煅烧过程中可以分解，促进气体生成并逸出，可作为增孔剂使陶瓷内部孔隙增多，孔隙率增加。本专利技术的具体实施案例以造纸白泥和粉煤灰为原材料，木浆白泥取自江苏南通王子造纸厂，草浆白泥取自江苏徐州某造纸有限公司，粉煤灰取自江苏南通华能电厂，高岭土购买于天辰矿产业加工厂，具体化学成分见表1。表1原料化学成分含量（wt%）原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OL.O.I草浆白泥12.360.760.3445.182.381.4737.16木浆白泥0.400.32-63.573.301.4326.40粉煤灰48.2521.246.097.353.511.357.42高岭土46.1137.391.231.070.140.0713.87实施例1：本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：/n第一步，选择富含钙硅铝的工业固体废弃物，进行化学成分分析；/n第二步，根据钙硅铝三元相图对原材料进行调配，控制钙硅铝比例在所需物相区域内，即CaO9.6-44.0wt%，SiO

【技术特征摘要】
1.一种钙长石/钙铝黄长石复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
第一步，选择富含钙硅铝的工业固体废弃物，进行化学成分分析；
第二步，根据钙硅铝三元相图对原材料进行调配，控制钙硅铝比例在所需物相区域内，即CaO9.6-44.0wt%，SiO227.9-44.9wt%，Al2O314.0-24.4wt%；
第三步，将原料按照配比放入搅拌机中搅拌，按水固比为0.02-0.20加水继续搅拌均匀；
第四步，用成球机将混合物制备3-5mm和5-8mm粒径的生球；
第五步，将生球自然养护24小时；
第六步，将干燥后的生球进行煅烧，在烧结炉中保温2h后随炉冷却，得到需要制备的复相陶瓷。


2.根据权利要求1所述的复相陶瓷的制备方法，其特征在于，第六步中煅烧温度为950-1200℃。


3.根据权利要求1所述的复相陶瓷的制备方法，其特征在于，第六步中所述的复相陶瓷是以钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴妤婕，秦娟，欧昌进，王俊跃，农正杰，杨文轩，刘蔚，汤若文，徐婕，戴苏皖，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32