多孔微晶陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔微晶陶瓷及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；使用混合粉体造粒，得到粒料；将粒料压制成型，得到坯体；通过将坯体进行干燥和施釉，然后进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8。所述多孔微晶陶瓷包括所述的制备多孔微晶陶瓷的方法所制备出的多孔微晶陶瓷。本发明专利技术的有益效果包括：流程简单、绿色环保；在生产过程中利用石棉尾渣，解决其难处理的问题。解决其难处理的问题。解决其难处理的问题。

【技术实现步骤摘要】
多孔微晶陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物处理与资源化利用及无机非金属功能材料制备领域，特别地，涉及多孔微晶陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国石棉矿产资源非常丰富，是世界上第三石棉储量大国，石棉矿产资源主要分布在甘肃阿克塞、青海茫崖、陕西黑木林和四川石棉县等地。自上世纪50年代生产石棉后，矿山剥离的废石、剔除的夹石和选矿的尾矿主要露天堆放，不仅污染土壤、水源，且存在严重安全隐患。
[0003]多孔微晶陶瓷既是具有孔隙结构的多孔材料，也是多晶烧结材料，通过对孔径、孔形、分布和连通性等孔隙结构参数的区分，能将多孔陶瓷应用于吸声、隔热、运输和生物等场景，相较于高分子聚合体、金属等材质的多孔材料，多孔微晶陶瓷具有优良的耐酸碱性和生物兼容性。现有的工业工艺主要包括颗粒堆积法、模板牺牲法、复制模板法、直接发泡法、3D打印法，这几类方法主要以人工造孔为核心关键，生产工艺流程长、设备复杂、生产成本高，且会造成一定的环境污染，并且不适用于工业固废的二次利用。
[0004]综上所述，现有的多孔微晶陶瓷主流生产技术存在生产能耗高、工艺流程长、固废利用率低等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足的至少一项，本专利技术的目的之一是提供一种可以利用石棉选矿的尾渣制备多孔微晶陶瓷的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种制备多孔微晶陶瓷的方法。
[0007]所述方法包括以下步骤：
[0008]将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；使用混合粉体造粒，得到粒料；将粒料压制成型，得到坯体；通过将坯体进行干燥和施釉，然后再进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8。
[0009]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述造粒可包括半干法造粒，半干法造粒可包括以下步骤：将混合粉体与粘结剂水溶液混合均匀，搅拌得到不均匀质地松散的颗粒状物料；其中，混合粉体的含水量为4～8％，混合粉体的粒径为180～350目，搅拌转速为200～400rpm/min；对颗粒状物料进行球形化造粒，得到所述粒料，并干燥至含水量3～5％；其中，粒料的粒径为20～40目。
[0010]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述粘结剂水溶液可包括聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的一种或多种溶于水得到的粘结剂水溶液；所述粘结剂水溶液的浓度为0.5～1％；所述粘结剂水溶液的用量为混合粉体质量的1～10％。
[0011]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述制坯可包括以下步骤：将粒料均匀平铺在模具中；在250～720kgf/cm2压力下压制、脱模后得到坯体；将所得坯体干燥、按实际需求施
釉、上色；其中，干燥包括：在温度为80～300℃条件下将坯体干燥至含水率1～3％之间。
[0012]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述热处理可包括烧结和冷却；其中，烧结可包括：将坯体按6～40℃/min的升温速率加热至1230～1300℃，保温30～60min，进一步地，保温43～50min；冷却可包括：自然降温或先缓冷再快冷至室温使坯体冷却；所述后处理可包括按规格尺寸进行整形和修边。
[0013]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述石棉尾渣可包括石棉开采过程中剥离的废石、剔除的夹石和选矿过程中排出的尾渣；所述石棉尾渣干基的化学组成可包括按质量百分数计的以下组分：40～60％SiO2、30～46％MgO、6～12％Fe2O3、2～5％Al2O3；所述石棉尾渣的矿物组成可包括：蛇纹石，磁铁矿、滑石、白云石、绿泥石、方解石、透闪石和石英中的至少一种。
[0014]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述长石可包括钠长石、钙长石和钾长石的一种或多种；所述长石的纯度＞90％。
[0015]另一方面，本专利技术提供了一种多孔微晶陶瓷。
[0016]所述多孔微晶陶瓷包括所述制备多孔微晶陶瓷的方法所制备出的多孔微晶陶瓷。
[0017]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述多孔微晶陶瓷的化学组成可包括按质量百分数计的以下组分：40～60％SiO2、25％～35％MgO、5～15％Al2O3、0～10％Na2O、0～14％K2O、0～14％CaO和3～8％Fe2O3；所述多孔微晶陶瓷的晶相组成可包括镁橄榄石相、透辉石相和顽火辉石相，非晶相组成可包括长石或顽火辉石熔融形成的玻璃相。
[0018]根据本专利技术的一个示例性实施例，所述多孔微晶陶瓷可包括开孔及闭孔，开孔率为5％～40％，闭孔率为8％～45％；总孔隙率为15.1％～70％；所述多孔微晶陶瓷体积密度为0.88～1.83g/cm3；所述多孔微晶陶瓷抗压强度为2～23MPa；所述多孔微晶陶瓷孔体积为：10
×
103～10
×
109μm3，其中，80％的孔体积为10
×
103～10
×
107μm3；所述多孔微晶陶瓷平均孔径分布范围为：10～1000μm。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0020](1)多孔微晶陶瓷制备的流程更加简化，避免了造孔剂、发泡剂和有机泡沫引入等过程。
[0021](2)在制备过程中不需添加晶核剂，也无需添加造粒剂直接进行干压成型。
[0022](3)能够很好的利用石棉尾渣，石棉尾渣利用率为20～80％。
[0023](4)通过调控长石粉体中钾长石和斜长石的比例，能够适应不同质量比的石棉尾渣。
[0024](5)热处理过程无废物排放，生产过程无三废排放，满足绿色制造工艺技术要求。
[0025](6)原料价格极低，来源广泛；工艺方法兼容度高，可利用现有工艺和设备进行生产；工艺流程短，易于控制。
[0026](7)本方法制备的多孔微晶陶瓷在工艺性能上的优势包括：多孔微晶陶瓷总孔隙率可高达70％，体积密度最小低至0.88/cm3，抗压强度可高达23MPa；孔体积可高达10
×
109μm3，平均孔径分布范围为：10～1000μm。
附图说明
[0027]通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清
楚，其中：
[0028]图1示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的X射线衍射图；
[0029]图2示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的截面扫描电镜图；
[0030]图3示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品2的截面扫描电镜图；
[0031]图4示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品3的截面扫描电镜图；
[0032]图5示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品4的截面扫描电镜图；
[0033]图6示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微晶陶瓷样品1的CT扫描模型图；
[0034]图7示出了本专利技术的一个示例性实施例的多孔微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将石棉尾渣与长石进行预处理并混合均匀，得到混合粉体；使用混合粉体造粒，得到粒料；将粒料压制成型，得到坯体；通过将坯体进行干燥和施釉，然后再进行热处理和后处理得到多孔微晶陶瓷；其中，所述石棉尾渣与所述长石的质量比为8：2～2：8。2.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述造粒包括半干法造粒，半干法造粒包括以下步骤：将混合粉体与粘结剂水溶液混合均匀，搅拌得到不均匀质地松散的颗粒状物料；其中，混合粉体的含水量为4～8％，混合粉体的粒径为180～350目，搅拌转速为200～400rpm/min；对颗粒状物料进行球形化造粒，得到所述粒料，并干燥至含水量3～5％；其中，粒料的粒径为20～40目。3.根据权利要求2所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述粘结剂水溶液包括聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的一种或多种溶于水得到的粘结剂水溶液；所述粘结剂水溶液的浓度为0.5～1％；所述粘结剂水溶液的用量为混合粉体质量的1～10％。4.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述制坯包括以下步骤：将粒料均匀平铺在模具中；在250～720kgf/cm2压力下压制、脱模后得到坯体；将所得坯体干燥、按实际需求施釉、上色；其中，干燥包括：在温度为80～300℃条件下将坯体干燥至含水率1～3％之间。5.根据权利要求1所述的制备多孔微晶陶瓷的方法，其特征在于，所述热处理包括烧结和冷却；其中，烧结包括：将坯体按6～40℃/min的升温速率加热至1230～1300℃，保温30～60min，进一步地，保温43～50min；冷却包括：自然降温或先缓冷再快冷至室温使坯体冷却；所述后处理包括按规格尺寸进行整形和修边。6.根据权利要求1所述的制备多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红娟，刘全，彭同江，陈涛，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：