CN107399988A - 一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝‑碳化硅复合多孔陶瓷的方法 - Google Patents

一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝‑碳化硅复合多孔陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝‑碳化硅复合多孔陶瓷的方法。主要原料包括工业废渣、碳粉、造孔剂和粘结剂，经混料、干燥、成型和烧结四个步骤制得最终产品。本发明实现了对工业废渣的处理及高附加值利用，所制多孔陶瓷性能出众，能应用于过滤、隔音、隔热、消防等领域。工艺流程简单，方便工业推广；成本控制好，极具经济价值。

Description

一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷 的方法
技术领域
本发明属于多孔陶瓷材料及二次资源利用技术领域。提供了一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷的方法。
背景技术
中国是工业大国，粗钢年产量占到世界总产量一半多，同时也是铜、铝、铅、锌等主要有色金属产品的主要生产国。毫无疑问，这些反映了我国经济的进步和国力的增强。但另一方面，随着煤炭、冶金、电力等重工业的发展，人们在享受经济发展红利的同时不得不面对环境日益恶化这一难题。
如电力行业的迅猛发展，在为人们提供便捷的同时，使得粉煤灰排放量急剧增加。大量的粉煤灰不仅污染了空气，堆存也需要占用大量的土地，给人们的日常生活带来诸多不便。而且如果仅对其做简单的掩埋或堆放，长时间后则会对周围环境造成严重污染。另外，像钢渣、赤泥、抛光砖废料作为生产加工过程中不可避免的衍生物，也对环境造成了巨大压力。钢铁厂在炼钢生产过程中产生的钢渣量约为钢产量的15％～20％，这些工业废渣的堆积不仅花费了大量的处理费用，而且易对环境造成二次污染。因此，绿色处理和高效利用这些工业废渣迫在眉睫。
多孔陶瓷是指高温下烧制成具有高孔隙率的一种功能陶瓷材料，在制备过程中常用到烧结助剂、发泡剂和造孔剂来形成所需的孔洞和孔隙结构。由于其特殊的材质和结构，使其既有传统陶瓷的优异性能，还具有高比表面积、低密度、低热导率、吸音隔热等良好的性能。因此，多孔陶瓷在冶金、化工、医药和消防等领域被广泛应用，成为材料领域研究的热门方向之一。
许多工业废渣都是铝硅系氧化物，而Al2O3和SiO2又是常用陶瓷的生产原料，因此，铝硅系工业废渣适合制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。其中像粉煤灰含有大量的铝硅酸盐，还有一定量的石英和氧化钙等，可用来制作莫来石致密和多孔陶瓷、赛隆陶瓷等。抛光砖废渣也是铝硅系氧化物，也含有一些磨料SiC，将此渣在高温烧成过程中可以分解形成气孔，利用该特性可制备具有良好力学、热学、声学等性能的多孔功能陶瓷。近年来，随着社会对环保问题的重视，工业废渣的绿色处理化有了一定的发展和进步，但如何准备出性能出众，高附加值的多孔陶瓷，仍然是目前陶瓷领域和二次资源利用领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷的方法。本发明可应用于各类铝硅系工业废渣的处理和高效利用，既重新利用了工业废料，变废为宝；又保护了环境，一举两得。
本发明的技术步骤如下：
(1)混料。称取一定量铝硅系工业废渣和碳粉，再外加质量分数0～40％的造孔剂和3～8％粘结剂，置于以无水乙醇为介质的球磨罐球磨10～30h；
(2)干燥。将球磨后的试料在70～120℃温度下干燥制得陶瓷原料；
(3)成型。随后把干燥后试料压制成型，获得坯体；
(4)烧结。将压制好的坯体放入高温炉通入保护气并开始加热，升温速率控制在5～15℃·min-1，至1400～1700℃时保温2～10h，随后控温至1000℃后随炉冷却后得到氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。
所述铝硅系工业废渣为粉煤灰、赤泥、钢渣、铁矿石尾矿、硼泥、煤矸石、铝型材厂废渣、陶瓷废料中的一种或多种；
所述碳粉为活性炭、炭黑、焦炭、煤粉中的一种或多种；
所述铝硅系工业废渣的平均粒径经处理至1mm以下，造孔剂和粘结剂为工业纯；
所述造孔剂选用SiC，粘结剂选用酚醛树脂；
所述球磨设备为行星球磨机，转速设定在300～500r·min-1范围内，单向运行，每运行5h停歇1h；
所述成型方式为模压成型、等静压成型中的一种，成型压力为100～300MPa；
所述保护气体为高纯Ar气；
所述高温炉为箱式电阻炉、管式电阻炉、隧道窑中的一种。
本发明的有益效果在于：原料廉价易得，取自工业废渣，以工业废渣制备多孔陶瓷，不仅变废为宝节省了资源，还解决了废渣占地及对环境的污染问题，具有显著的经济效益和环保效益。另外，本发明流程便捷、工艺操作性强、设备要求低，完全具备工业推广可能性。而且以本技术制备的多孔陶瓷孔隙率适宜，强度等性能出众，可用作过滤、隔音、隔热、消防等材料。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下以粉煤灰为实施例对本发明的技术方案进行清晰完整的描述，显然，以下实施例只是本发明的部分成果。实际操作时可选用其他原料或调整部分技术参数。
实施例1
(1)称取10g粉煤灰和活性炭混合原料，其中粉煤灰与活性炭比例为10：3；再外加质量分数5％的SiC和3％的酚醛树脂；在300r·min-1的球磨机中球磨10h；
(2)将球磨混匀的原料在70℃下干燥24h；
(3)干燥完成后，将粉料倒入模具中，在150MPa下保压5min成型；
(4)随后将压制好的陶瓷坯体放入管式电阻炉中，并通入Ar气；在预设温度1500℃下保温6h，控温至1000℃后随炉冷却得到氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。
经检测，所得多孔陶瓷孔隙率为64％，常温抗压强度为12.7MPa，热扩散系数为0.017cm2·s-1。
实施例2
(1)称取10g粉煤灰和活性炭混合原料，其中粉煤灰与活性炭比例为10：4；再外加质量分数20％的SiC和3％的酚醛树脂；在300r·min-1的球磨机中球磨10h；
(2)将球磨混匀的原料在70℃下干燥24h；
(3)干燥完成后，将粉料倒入模具中，在200MPa下保压5min成型；
(4)随后将压制好的陶瓷坯体放入管式电阻炉中，并通入Ar气；在预设温度1600℃下保温4h，控温至1000℃后随炉冷却得到氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。
经检测，所得多孔陶瓷孔隙率为52％，常温抗压强度18.3MPa，热扩散系数为0.021cm2·s-1。
实施例3
(1)称取10g粉煤灰和活性炭混合原料，其中粉煤灰与活性炭比例为10：5；再外加质量分数10％的SiC和3％的酚醛树脂；在300r·min-1的球磨机中球磨10h；
(2)将球磨混匀的原料在70℃下干燥24h；
(3)干燥完成后，将粉料倒入模具中，在100MPa下保压5min成型；
(4)随后将压制好的陶瓷坯体放入束式电阻炉通入Ar气，并在预设温度1600℃下保温6h，控温至1000℃后随炉冷却得到氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。
经检测，所得多孔陶瓷的孔隙率为60％，常温抗压强度为13.4MPa，热扩散系数为0.019cm2·s-1。

Claims (8)

1.一种利用铝硅系工业废渣制备氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷的方法，其特征在于如下步骤：
(1)混料；将铝硅系工业废渣和碳粉原料，再外加质量分数为0～40％的SiC作造孔剂和3～8％的酚醛树脂作粘结剂，置于以无水乙醇为介质的球磨罐球磨10～30h；
(2)干燥；将球磨后的试料在70～120℃温度下干燥制得陶瓷原料；
(3)成型；随后把干燥好的试料压制成型，获得坯体；
(4)烧结；将压制好的坯体放入高温烧结炉中，并通入保护气并开始加热，升温速率控制在5～15℃·min-1，至1400～1700℃时保温2～10h，控温至1000℃后随炉冷却后得到氧化铝-碳化硅复合多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铝硅系工业废渣为粉煤灰、赤泥、钢渣、铁矿石尾矿、硼泥、煤矸石、铝型材厂废渣、陶瓷废料中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的碳粉为活性炭、炭黑、焦炭、煤粉中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的铝硅系工业废渣的平均粒径1mm以下，造孔剂和粘结剂为工业纯。
5.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，所述的球磨设备为行星球磨机，转速设定在300～500r·min-1范围内，单向运行，每运行5h停歇1h。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的压制方式为模压成型、等静压成型中的一种，成型压力为100～300MPa。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的方法，其特征在于，所述的保护气体为Ar气。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的高温烧结炉为箱式电阻炉、管式电阻炉、隧道窑中的一种。
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