一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法，由粉煤灰与其他无机配料粉体外加粘结剂、塑性剂、分散剂和水制成。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术中粉煤灰掺量高、添加剂引入量低，烧结温度低，因而成本较低；此外，加入的粘结剂分散剂等通过对粉料中各组分的空间位阻等作用，显著提升泥料的分散性，使得泥料塑性及保水性优异稳定、固含量高且容易挤出，成品率高；并加入了稀土氟化物助剂，使得陶瓷热学及力学性能优异。学及力学性能优异。学及力学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及煤基固废的高值化应用及陶瓷蓄热体制备领域，更确切地说，它涉及一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前电能主要来源于火力发电，火力发电燃烧用的煤多为机械粉碎后的煤粉，而这些煤粉在充分燃烧后会产生一定的粉煤灰。尽管近年来粉煤灰的资源化利用已取得了一些进展，但大部分粉煤灰仍然只能堆积在发电厂周围，占用了大量的土地资源。此外，废弃粉煤灰还会造成粉尘污染、水污染及土壤污染等问题。
[0003]粉煤灰主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，约占总量的70％，其他的成分如CaO、 MgO和微量元素占30％左右。显然，粉煤灰是一种二次资源，具有丰富的应用潜能。目前，粉煤灰常被用于建筑原料、土壤改良以及矿坑/矿井回填等，综合利用技术和层次较低。同时随着建材市场逐渐饱和，农用土壤标准提高，矿坑回填受地域因素制约严重等影响，粉煤灰综合利用率始终较低。利用粉煤灰开发高附加值的新型结构功能材料是实现粉煤灰高值化利用的重要途径和研究热点。
[0004]堇青石分子式为2MgO
·
2A12O3·
5SiO2，是一种重要的陶瓷材料，具有比热容大、热膨胀系数低、抗热震性好等优点。堇青石作为蓄热体材料、高温结构陶瓷、催化剂载体、生物陶瓷等得到广泛应用。粉煤灰因含有丰富的Al、Si资源，可用来合成堇青石。但粉煤灰中含有多种杂质，这些杂质离子一方面可能取代堇青石中Mg
2+
或Al
3+/>离子，抑制堇青石相的生成，另一方面还会在高温烧结过程中产生过多的玻璃相从而降低材料热学及力学性能。此外，粉煤灰作为一种瘠性物料，其成型性较差，因而很难通过挤出法获得高质量陶瓷素胚。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
[0006]第一方面，提供了一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷，由粉煤灰与其他无机配料粉体外加粘结剂、塑性剂、分散剂和水制成；所述粉煤灰经过预处理，所述其他无机配料粉体包括滑石、氧化铝、氧化硅和稀土类助剂；粉煤灰与其他无机配料粉体的总质量含量为100％，其中，预处理粉煤灰占20
‑
70％、滑石占10
‑
40％、氧化铝占5
‑
20％、氧化硅占0
‑
30％、稀土类助剂占 0.2
‑
3.0％；粘结剂、塑性剂、分散剂和水的添加量分别为粉煤灰与其他无机配料粉体总质量的2
‑
10％、3
‑
10％、0.1
‑
3％和13
‑
30％。
[0007]作为优选，所述稀土类助剂为氟化镧、氟化铈、氟化铕和氟化钇中的一种或几种；所述粘结剂为淀粉、糊精、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基纤维素、石蜡中的一种或几种；所述塑性剂为甘油、邻苯二甲酸二丁酯、草酸中的一种或几种；所述分散剂为油酸、二甲基硅油、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其盐、柠檬酸及其盐、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、乙二醇中的一种或几种。
[0008]第二方面，提供了一种如第一方面所述粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括：
[0009]S1、将粉煤灰在1
‑
30wt％盐酸或硝酸溶液中处理0.5
‑
3h，水洗至中性后，烘干；
[0010]S2、将经过预处理的粉煤灰与其他无机配料粉体按比例混合，干法球磨；
[0011]S3、将S2中的混合粉体在强力混合机中进行混合，再加入粘结剂、塑性剂、分散剂及水，进行捏合；
[0012]S4、捏合后的物料经陈腐、练泥后，在8
‑
25MPa下连续挤出成型，真空度为0.09
‑
0.1MPa；
[0013]S5、将获得的蜂窝陶瓷生胚在40
‑
120℃干燥后，在1200
‑
1450℃烧结，升温速率为 1
‑
5℃/min，保温时间为1
‑
4h。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015](1)原料成本低、工艺稳定、成品率高。本专利技术中粉煤灰掺量高、添加剂引入量低，烧结温度低，因而成本较低；此外，加入的粘结剂分散剂等通过对粉料中各组分的空间位阻等作用，显著提升泥料的分散性，使得泥料塑性及保水性优异稳定、固含量高且容易挤出，成品率高。
[0016](2)陶瓷热学及力学性能优异。本专利技术中加入的稀土氟化物助剂，由于稀土离子产生的特殊晶格畸变能够促进粉煤灰生成堇青石过程中的阶梯式物相转变；此外，部分分解产物还能与其他原料中特定元素发生反应，生成高温液相从而促进传质和烧结。上述机制共同作用能够显著提高材料密度、提高抗压强度并降低热膨胀系数。
附图说明
[0017]图1为一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0019]本专利技术实施例采用国内某燃煤电厂的粉煤灰。该粉煤灰的化学组成为：SiO2：48.77％、 Al2O3:31.56％、Fe2O3:5.57％、CaO:5.98％、TiO2:1.64％、MgO：0.75％、SO3：0.19％。
[0020]实施例1
[0021]称取12kg粉煤灰，加入2mol/L的HCl溶液40L，80摄氏度搅拌反应2h，洗净，烘干。将处理后的粉煤灰与滑石、氧化铝、氧化硅、氟化镧按50:33:15:2：0.5的质量比，配制总共 20kg粉料，按照料球比3:1加入氧化锆球混合球磨1h。在上述混合料中加入1kg粘结剂(羟丙基甲基纤维素)、0.6kg增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)、0.04kg柠檬酸、4kg水，强力混合30min。
[0022]将上述泥料陈腐一夜后，采用真空练泥机挤出，设备真空度为0.095MPa，采用方形孔蜂窝陶瓷模具，在20MPa下连续挤出成型，用钼丝切割，获得蜂窝陶瓷素胚。
[0023]将上述成型素胚在室温下放置一夜后，于烘箱中分别在60℃和110℃下干燥2h去除剩余水分。
[0024]将上述干燥的生胚置于于马弗炉内，空气气氛下以2℃/min的速率升温至60℃保温2h，在2℃/min的速率升温至1300℃并保温2h，烧结得到堇青石蜂窝陶瓷。
[0025]经测试，本专利技术的堇青石陶瓷体积密度为2.05g/cm3，RT
‑
800℃平均热膨胀系数为2.36
×ꢀ
10
‑6/℃，综合性能良好。
[0026]实施例2
[0027]将氟化镧引入量提高至1.0wt.％，重复实施例1的工艺。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，由粉煤灰与其他无机配料粉体外加粘结剂、塑性剂、分散剂和水制成；所述粉煤灰经过预处理，所述其他无机配料粉体包括滑石、氧化铝、氧化硅和稀土类助剂；粉煤灰与其他无机配料粉体的总质量含量为100％，其中，预处理粉煤灰占20
‑
70％、滑石占10
‑
40％、氧化铝占5
‑
20％、氧化硅占0
‑
30％、稀土类助剂占0.2
‑
3.0％；粘结剂、塑性剂、分散剂和水的添加量分别为粉煤灰与其他无机配料粉体总质量的2
‑
10％、3
‑
10％、0.1
‑
3％和13
‑
30％。2.根据权利要求1所述的粉煤灰基堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述稀土类助剂为氟化镧、氟化铈、氟化铕和氟化钇中的一种或几种；所述粘结剂为淀粉、糊精、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基纤维素、石蜡中的一种或几种；所述塑性...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖达琛，常星岚，刘阳桥，孙科，孙盛睿，奚爽，顾雅洁，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：