CN111018560B - 一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固废资源综合利用领域和无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷及其制备方法；所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的原料包括：粉煤灰、添加剂、制孔剂；所述制孔剂由发泡剂和造孔剂组成，所述发泡剂为碳化硅，所述造孔剂为纳米碳化硅；所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法包括：(1)将粉煤灰、添加剂、制孔剂混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；(2)将所述泥料经挤出机挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；(3)将所述蜂窝陶瓷坯体干燥后，烧结处理。本发明实现了固体废弃物粉煤灰的高值化利用，增加了粉煤灰的附加值，同时降低了多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制造成本，进一步提高多尺度孔隙蜂窝陶瓷的性能。

Description

一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及固废资源综合利用领域和无机非金属材料制备领域，尤其涉及一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷及其制备方法。

背景技术

燃煤发电是煤炭利用的最主要方式，现阶段，火力发电厂中煤炭主要利用方式是以磨细煤粉作为燃料喷入锅炉内部进行燃烧利用。高温炉内的温度可达到1200～1600℃，煤粉在高温过程中，可燃性物质进行燃烧，最终剩下无机组分以及少量的未燃碳，由于炉内高温气流的存在以及炉顶引风机抽力的作用，固体组分沿着管道依次经过热器、再热器和省煤器进行处理后，部分粗大颗粒灰尘沉积下来，另外剩余的细小灰尘粉末被收集，该部分灰尘即为粉煤灰。

蜂窝陶瓷是一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品，由最早使用在小型汽车尾气净化中，后广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。CN104436868A公开了一种蜂窝陶瓷，主要以板状结构为主，主体中存在多个过滤孔，可较好的收集蜂窝陶瓷过滤后的溶剂/水；CN102875128A公开了一种粉煤灰基蓄热蜂窝陶瓷及其制备方法，具体提出了一种由粉煤灰和烧结助剂外加粘合剂、增塑剂、表面活性剂、水制成蜂窝陶瓷，其中粉煤灰的添加量可以达到45％，主要用于蓄热材料领域。但是，目前蜂窝陶瓷仍然存在着制备成本高、原材料紧缺以及实际应用受限等诸多问题，因此，关于蜂窝陶瓷制备原料的替代以及性能的提升仍需进一步研究。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，以固体废弃物粉煤灰为主要原料，极大的降低了蜂窝陶瓷的原料成本，同时实现了固体废弃物的高值化利用。

具体而言，所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的原料包括：粉煤灰、添加剂、制孔剂；所述制孔剂由发泡剂和造孔剂组成，所述发泡剂为碳化硅(SiC)，所述造孔剂为纳米碳化硅(纳米SiC)。

以粉煤灰为主要原料的多尺度孔隙蜂窝陶瓷可以大幅度降低蜂窝陶瓷的成本，但也对原料中的其他助剂提出了更高的要求；本发明发现，原料中加入制孔剂有助于获得性能、形状均良好的多尺度蜂窝陶瓷。

作为优选，所述制孔剂占所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷总重的1～5％；所述发泡剂与所述造孔剂的质量比为8～10：1。

作为优选，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

粉煤灰 60～90％

添加剂 9～37％

制孔剂 1～5％。

作为优选，所述添加剂包括粘土、长石、菱镁矿。

作为本发明的较佳方案，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

本发明以粉煤灰为主要原料，复配粘土、长石、菱镁矿、碳化硅和纳米碳化硅，即实现了固体废弃物(粉煤灰)的废物利用，又制备得到性能优良的多尺度孔隙蜂窝陶瓷。

本发明同时提供上述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、添加剂、制孔剂混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；

(2)将所述泥料经挤出机挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体干燥后，烧结处理。

为了进一步优化多尺度孔隙蜂窝陶瓷的性能，本发明对制备方法的工艺参数进行了优选(将所述的优选方案组合即可得到本发明的最佳技术方案)，具体如下

作为优选，所述挤出机的挤出压强为8～12Mpa。

作为优选，所述干燥在隧道微波炉中进行连续微波干燥。

作为优选，所述烧结处理的温度为1100～1300℃，时间为1～4h。

多尺度孔隙蜂窝陶瓷制备方法的工艺参数直接影响着最终产品的性能，尤其是烧结处理的温度和时间；在特定条件下进行烧结处理，制得的多尺度孔隙蜂窝陶瓷的表面具有均匀一致的大尺度孔隙(0.2～0.5cm)，内部具有中尺度孔隙(100～500μm)和小尺度孔隙(10～100nm)。

作为本发明的较佳方案，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、添加剂、制孔剂混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；

(2)将所述泥料经挤出机在8～12MPa下挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体在隧道微波炉中进行连续微波干燥，在1100～1300℃下烧结处理1～4h。

利用本发明所述的制备方法制得的蜂窝陶瓷由多尺度孔隙结构耦合而成，极大的增强了蜂窝陶瓷的性能，同时扩宽了蜂窝陶瓷的应用范围，增加了蜂窝陶瓷产品的市场竞争力，实现了经济效益与环境效益的双赢。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法，将粉煤灰、添加剂、制孔剂按照一定质量百分比混合搅拌，所得泥料在一定压力下挤出成型，制成蜂窝陶瓷胚体，再对其进行干燥处理，特定条件下高温烧结后得到多尺度孔隙蜂窝陶瓷；该方法采用全机械化和全自动化控制模式，不仅可以充分利用粉煤灰，而且大幅度提高了粉煤灰的附加值，实现了固体废弃物的资源化，减少了因填埋占用的场地资源，且降低了蜂窝陶瓷的原料成本，缓解了陶瓷原料紧张的现状。

(2)本发明所述的多尺度孔隙蜂窝陶瓷的具有高强度、孔隙度高、多尺度孔隙耦合等优点，可应用于污水处理、气体净化、催化载体、蓄热材料等领域；同时解决了粉煤灰利用不充分、污染环境的现状，有利于在实践中推广，具有重要的经济、社会与生态环保意义。

附图说明

图1为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的示意图。

图2为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的样品图。

图3为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备工艺流程图。

图4为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的照片。

图5为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的SEM图。

图6为多尺度孔隙蜂窝陶瓷的SEM图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷(如图1和2)，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法如下(如图3)：

(1)将粉煤灰、粘土、长石、菱镁矿、碳化硅、纳米碳化硅混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；

(2)将所述泥料经挤出机在8Mpa下挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体在隧道微波炉中进行连续微波干燥，在1100℃下烧结处理4h。

实施例2

本实施例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷(如图4、5、6)，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法同实施例1。

所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法如下(如图3)：

(1)将粉煤灰、粘土、长石、菱镁矿、碳化硅、纳米碳化硅混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；

(2)将所述泥料经挤出机在10Mpa下挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体在隧道微波炉中进行连续微波干燥，在1200℃下烧结处理3h。

实施例3

本实施例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法同实施例1。

所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法如下(如图3)：

(1)将粉煤灰、粘土、长石、菱镁矿、碳化硅、纳米碳化硅混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；

(2)将所述泥料经挤出机在12Mpa下挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体在隧道微波炉中进行连续微波干燥，在1300℃下烧结处理1h。

对比例1

本对比例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，与实施例1的区别仅在于：以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

对比例2

本对比例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，与实施例1的区别仅在于：将碳化硅替换为碳酸钙，将纳米碳化硅替换为纳米碳酸钙。

对比例3

本对比例提供一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，与实施例1的区别仅在于：制备方法步骤(3)在1000℃下烧结处理4h。

试验例1

本试验例针对实施例1～3、对比例1～3所得的多尺度孔隙蜂窝陶瓷进行检测，结果见表1；

表1实施例1～3、对比例1～3所得的多尺度孔隙蜂窝陶瓷检测分析结果

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种多尺度孔隙蜂窝陶瓷，其特征在于，以所述多尺度孔隙蜂窝陶瓷的总重为基准，原料由以下百分比的组分构成：

2.权利要求1所述的多尺度孔隙蜂窝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、添加剂、制孔剂混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；所述添加剂为粘土、长石和菱镁矿；所述制孔剂为碳化硅和纳米碳化硅；

(2)将所述泥料经挤出机挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体干燥后，烧结处理。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的挤出压强为8～12Mpa。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥在隧道微波炉中进行连续微波干燥。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1100～1300℃，时间为1～4h。

6.根据权利要求2～5任一项所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将粉煤灰、添加剂、制孔剂混合后，球磨、陈腐、二次练泥，得泥料；所述添加剂为粘土、长石和菱镁矿；所述制孔剂为碳化硅和纳米碳化硅；

(2)将所述泥料经挤出机在8～12MPa下挤出成型，制得蜂窝陶瓷坯体；

(3)将所述蜂窝陶瓷坯体在隧道微波炉中进行连续微波干燥，在1100～1300℃下烧结处理1～4h。

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