一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷及其制备方法。以重量份计，所述储热陶瓷包含脱碱赤泥70~80份、钢渣5~15份、高岭土5~10份、助熔剂5~10份，改性剂1~5份。本发明专利技术通过将脱碱赤泥、钢渣、高岭土、助熔剂和改性剂进行合理配比，经造粒和陈腐、压制成型、干燥、烧成后得到储热陶瓷，不但成本低、抗折强度大、储热密度高、体积密度≥2.5g/cm3，而且脱碱赤泥利用率≥70%，大大提高了固废赤泥的有效利用率，拓宽了赤泥的应用领域，具有较大的环保意义和经济价值。经济价值。

A heat storage ceramic produced from dealkali red mud and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无机非金属材料领域，尤其涉及一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源是经济和社会发展的重要物质基础，在化石能源日益匮乏的背景下，合理调整能源消费结构，大力发展新能源与可再生能源是解决当前能源问题的有效途径。于是可再生能源应运而生，主要是指太阳能、风能、生物质能和潮汐能等，由于太阳能具有资源量大，分布范围广，清洁无污染，技术可靠等优点，太阳能发电技术日益成为我国乃至国际可再生能源技术发展的重点。但是在太阳能的转化和使用过程中，时间和空间上存在供需不匹配的矛盾，限制了太阳能资源的高效利用。
[0003]储能材料能够实现能量的存储，提高能源利用效率，可以很好的解决太阳能能源供需平衡的问题。其中，储热材料不仅要有高的储热密度，还要有良好的耐高温和抗热震性能，因此具有高温稳定性好、耐化学腐蚀、密度大，成本低等优点的储热陶瓷成为太阳能热发电站中常用的储热材料。
[0004]我国是氧化铝生产大国，每生产1吨氧化铝，副产赤泥量大约为1~2.5吨，赤泥pH 值为12~13，属于强碱性有害废渣，尤其是拜耳法赤泥，其碱含量可达到10%以上。赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。因此，赤泥的开发利用也就成了各个行业都在研究的课题，其中，利用赤泥生产陶瓷材料也被报道。例如公开号CN102173736A中提出一种地砖陶瓷和利用工业固体废弃物磷石膏和赤泥制备该地砖陶瓷的方法，通过加入分散剂改善浆料的流动性与触变性，通过喷雾干燥造粒，压制烧制成陶瓷产品，得到吸水率较低，抗折强度满足国标的地板陶瓷，其赤泥使用量为10%～20%。CN105693210 A公开了一种利用赤泥生产的陶瓷材料及其制备方法，在制备陶瓷材料的混合原料中，赤泥所占质量百分比为10
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70%、粘土 0
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60%、富硅铝原料 5
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35%、石英类原料 5
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40%、富镁原料 0
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30%。
[0005]然而，上述专利中赤泥的利用率不高（不超过原料的70%），赤泥资源并没有得到充分的利用，且目前尚未将赤泥应用于制备储热材料中。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷及其制备方法，不但大大提高赤泥的有效利用率，而且所制备的储热陶瓷体积密度大、抗折强度好、储热密度高，能够满足各种储热技术装置中对储热材料的性能要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷，以重量份计，所述储热陶瓷包含脱碱赤泥70~80份、钢渣5~15份、高岭土5~10份、助熔剂5~10份、改性剂1~5份。
[0008]储热密度和陶瓷本征密度一一对应，即随陶瓷本征密度的增加，储热密度随之提
高，进而使得储热性能增强。本专利技术的脱碱赤泥是指通过水洗法、酸浸法、石灰法、盐类浸出法、CO2法、工业“三废”中和法、生物法等脱碱方法得到的浸出液含碱量<1%的赤泥。相较于传统赤泥，脱碱赤泥中的游离碱明显减少，避免了加热过程中游离碱的挥发而产生气泡，从而使得随脱碱赤泥利用量的提高而降低烧结温度、增加陶瓷材料的本征密度，进而提高储热性能。另外，钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成，利用赤泥和钢渣中都含有的较高含量的三氧化二铁等重质元素，在烧结过程中各种元素之间发生复配，可进一步提高陶瓷样品的本征密度，进而提高储热密度。
[0009]在提高储热密度的同时，还需保证陶瓷材料具有高的抗折强度。高岭土是由微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物组成的矿物质，其主要矿物成分是高岭石和多水高岭石、蒙脱石、石英石和长石等其它矿物伴生，化学成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O和CaO，不但能形成陶瓷材料的骨架，而且上述物质属于碱金属氧化物或碱土金属氧化物，熔点较低，在烧结过程中与助熔剂一同起到助熔作用，使试样不易过烧和变形，改性剂在烧结过程中能够转化成新的矿物材料，与高岭土、赤泥和钢渣复配，提高样品的抗折强度。
[0010]基于此，本申请利用脱碱赤泥、钢渣中氧化铁等成分与高岭土中的多种矿物成分、碱金属氧化物和碱土金属氧化物等原料匹配，在成型过程中各原料之间发生相变生成新的物质，其与未反应原料构成陶瓷的骨架，使得随脱碱赤泥利用量的增加而提高陶瓷样品的本征密度，进而增强储热密度。另外，脱碱赤泥中基本不含游离碱，在烧结过程中减少了气体挥发，不但降低了烧结温度，而且避免因产生气泡而降低陶瓷的体积密度和抗折强度。
[0011]作为本专利技术的优选，所述脱碱赤泥的化学成分按重量百分比计，包括Fe2O
3 25~55wt%、Al2O
3 15~30 wt%、SiO
2 5~20 wt%、CaO 1~25 wt%、TiO
2 4~15 wt%、Na2O 4~15 wt%。较高含量的Fe2O3等含重质元素的氧化物，可以与钢渣、高岭土中的有效成分复配，有利于提高陶瓷样品的力学性能和本征密度，进而在较高赤泥利用率的情况下增强储热密度。
[0012]长石类物质的熔点大约在1100~1300℃之间，化学稳定性好，在与赤泥及钢渣、高岭土共熔时具有助熔作用；滑石的熔点则更低，在800℃左右，在高温下有良好的助熔效果。作为本专利技术的优选，所述助熔剂为钙长石、钾长石、钠长石、滑石中的至少一种。这四类助熔剂能够有效的降低烧结温度。
[0013]作为本专利技术的优选，所述改性剂为粉煤灰。粉煤灰能与原料中其他物质反应生成莫来石相，有效提高陶瓷样品的抗折强度。
[0014]另外，本专利技术还提供了一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷的制备方法，包括以下步骤：（1）将脱碱赤泥、钢渣、高岭土、助熔剂和改性剂分别进行球磨、过筛，得到原料粉体；（2）将步骤（1）中的各原料粉体均匀混合，得到混合料；（3）对步骤（2）中的混合料依次进行造粒陈腐、压制成型、干燥，得到陶瓷坯体；（4）将步骤（3）得到的陶瓷坯体进行烧结，得到所述储热陶瓷。
[0015]作为本专利技术的优选，步骤（1）所述球磨的转速为300~600r/min，球磨时间为12~24h，料球质量比为1:2。通过对原料进行球磨，减小其粒度，进而使得所制备的陶瓷材料密度大，强度高。
[0016]由于混合料粉末不易干压成型，作为本专利技术的优选，步骤（3）进行所述造粒陈腐之前，在所述混合料中加入粘结剂，粘接剂起到对干粉的润湿和粘接作用，更好的使各混合料粉体结合，便于对陶瓷粉体的造粒，其种类没有限制，本申请使用的是PVA溶液。
[0017]作为本专利技术的优选，步骤（3）所述压制成型的成型压力为50~200MPa，成型时间为10~60s。
[0018]作为本专利技术的优选，步骤（3）所述干燥的干燥温度为80~110℃，干燥时间为12~24h。
[0019]作为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷，其特征在于，以重量份计，所述储热陶瓷包含脱碱赤泥70~80份、钢渣5~15份、高岭土5~10份、助熔剂5~10份、改性剂1~5份。2.根据权利要求1所述的利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷，其特征在于，所述脱碱赤泥的化学成分按重量百分比计，包括Fe2O
3 25~55wt%、Al2O
3 15~30 wt%、SiO
2 5~20 wt%、CaO 1~25 wt%、TiO
2 4~15 wt%、Na2O 4~15 wt%。3.根据权利要求1所述的利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷，其特征在于，所述助熔剂为钙长石、钾长石、钠长石、滑石中的至少一种。4.根据权利要求1所述的利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷，其特征在于，所述改性剂为粉煤灰。5.一种如权利要求1
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4任意一项所述的利用脱碱赤泥生产的储热陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将脱碱赤泥、钢渣、高岭土、助熔剂和改性剂分别进行球磨、过筛，得到原料粉体；（2）将步骤（1）中的各原料粉体均匀混合，得到混合料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华君，周大稳，杨善东，邓腾飞，薛永杰，黄端平，董海泉，赵正峰，李红峰，
申请(专利权)人：洛阳君江建材科技有限公司淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院，
类型：发明
国别省市：