专利名称：一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于多孔陶瓷材料技术领域。尤其涉及一种多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
我国现有热电厂几百座、工业锅炉/窑炉几十万台，每年排放的烟尘高达1亿吨以上，排放大量含有微细杂质粒子及有害化学物质的高温气体，造成了严重的环境污染(其中燃煤锅炉造成的大气污染占70%左右)，不仅严重影响了人们的心身健康，而且严重制约了工业的进一步发展。因此，开展高温含尘气体的净化技术及材料的研究，对于环境保护、节约能源、实现社会的可持续发展具有十分重要的意义。堇青石是一种硅酸盐矿物，其理论组成为2Mg0*2Al203*5Si02，具有很小的热膨胀系数、优异的抗热震性和较好的化学稳定性，使得多孔堇青石陶瓷具有优异的性能，是适合用于高温含尘气体净化的多孔材料之一。但由于堇青石熔点相对较低(1460°C)、强度不够高，使得多孔堇青石陶瓷的应用范围受到限制。莫来石的理论组成为3Al203*2Si02，除了具有较小的热膨胀系数、良好的抗热震性，还有很好的机械强度和很高的熔点(1850°C )。将堇青石和莫来石复合，能提高机械强度和高温性能，故堇青石一莫来石复合材料的机械强度和高温性能都优于堇青石材料。关于多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的研究目前已有一定的进展，但仍存在一些问题如“一种利用固体废弃物合成多孔堇青石一莫来石复相材料的方法”( CN200910180637. 2)专利技术，以煤矸石、废弃耐火材料及木屑造孔剂为原料，经烧成后制得了多孔堇青石一莫来石陶瓷，但木屑造孔剂燃烧后产生CO2,造成了二次污染，不利于环境保护；“特种轻质隔热堇青石莫来石窑车砖”(201120072917. 4)专利技术，制备轻质堇青石一莫来石陶瓷时，也加入了造孔剂，同样会产生CO2，造成了二次污染；文献(倪文，刘凤煤。煤矸石菱镁矿合成堇青石-莫来石隔热砖研究。矿产综合利用，1999，1 :35-38)以煤矸石、菱镁矿和除铁矾土为主要原料，采用有机物燃尽法制备堇青石一莫来石隔热材料，也存在同样问题；又如“一种堇青石一莫来石轻质耐火砖及其制备方法”(CN 200410006302.6) 专利技术，以煤矸石、菱苦土和除铁矾土主要原料，以锯末等无机物为造孔剂，经烧成后也制得了多孔堇青石一莫来石陶瓷，但一方面造孔剂会产生CO2污染，另一方面，制备的多孔堇青石一莫来石陶瓷的强度很低，实施例中最大抗压强度只有4MPa;再如“一种高温气体过滤器支撑体及其制备方法”(CN200910159655. 2)专利技术，以粒径为0. 074 0. 088mm的堇青石和莫来石颗粒为主要原料，经烧成后制得了多孔堇青石一莫来石陶瓷，但一方面堇青石、莫来石原料合成时就已经耗费了大量能源，另一方面，特殊粒径(0. 074 0. 088mm)会造成原料成本偏高。综上所述，目前关于多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备存在四个问题 (1)造孔剂燃烧产生气孔后，生成的ω2会造成二次污染；(2)以合成材料为原料，增加了成本和能源消耗；(3)以特殊粒度材料为原料，增加了原料制作成本；(4)制得的多孔堇青石一莫来石陶瓷材料的强度很低。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备方法， 用该方法制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是先以16 27wt%的煤矸石粉、 38 44wt%的Al (OH)3粉、5 8wt%的滑石粉、8 13wt%的菱镁矿粉和16 25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料;3 12衬％的水，搅拌均勻，成型；再将成型后的坯体在105 115°C条件下干燥8 36小时，然后加热至132(T1450°C，保温2飞小时，即得多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。上述技术方案中所述煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88Mffl ；所述成型为机械压制或为手工捣打。由于采用上述技术方案，本发明利用原料自身分解原位产生贯通状气孔，避免了因添加造孔剂形成(X)2造成二次污染，有利于环境保护；分解后的原料原位反应生成堇青石和莫来石，形成了堇青石和莫来石分布均勻的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料，具有更高的强度和更佳的高温性能。同时，还具有成本低、节约能源、物相组成、显气孔率和气孔孔径可控的优点。本发明所制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料主要物相为15、5衬％堇青石、14 8#t%莫来石和广5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均勻，气孔结构为贯通状， 显气孔率为35飞0%，平均孔径为15 100Mffl，体积密度为1. 3(Tl. 65g/cm3,常温耐压强度为 2(T80MPa，透气度为8. OX 10_13 1. OX IO-1V的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。因此，本发明具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，所制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。实施例1
一种多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料及其制备方法先以16 19wt%的煤矸石粉、 38 40wt%的Al (OH) 3粉、6 8wt%的滑石粉、1广13wt%的菱镁矿粉和22 25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料;T6wt%的水搅拌均勻，成型；再将成型后的坯体在105 115°C条件下干燥814小时，然后加热至132(T1380°C，保温2、小时，即得多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。本实施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于 88Mm ；成型为机械压制，成型压力为2(T80MPa。本实施例制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料主要物相为65、5衬％堇青石、14 3#t%莫来石和广5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均勻，气孔结构为贯通状， 显气孔率为40 55%，平均孔径为3(T60Mffl，体积密度为1. 4(Tl. 52g/cm3,常温耐压强度为3(T50MPa，透气度为8. OX 10_12 9. OX ΙΟ—1、2的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。实施例2
一种多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料及其制备方法先以18 23wt%的煤矸石粉、 39 42wt%的Al (OH)3粉、6 8wt%的滑石粉、9 12wt%的菱镁矿粉和19 23wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料纩12衬％的水，搅拌均勻，成型；再将成型后的坯体在105 115°C条件下干燥24 36小时，然后加热至135(T1420°C，保温3飞小时，即得多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。本实施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于 88Mffl;成型为手工捣打。本实施例制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料主要物相为45 75衬％堇青石、24 5#t%莫来石和广5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均勻，气孔结构为贯通状， 显气孔率为45飞0%，平均孔径为5(Tl00Mffl，体积密度为1. 3(Tl. 50g/cm3,常温耐压强度为 2(T40MPa，透气度为5. OX 10—11 1. OX ΙΟ,πι2的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。实施例3
一种多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料及其制备方法先以23 27wt%的煤矸石粉、 42 44wt%的Al (OH)3粉、5 7wt%的滑石粉、8 10wt%的菱镁矿粉和16 19wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料4 8wt%的水，搅拌均勻，成型；再将成型后的坯体在105 115°C条件下干燥1814小时，然后加热至138(T145(TC，保温；Γ6小时，即得多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。本实施例中煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于 44Mm ；成型为机械压制，成型压力为5(Tl00MPa。本实施例制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料主要物相为15、5衬％堇青石、54 8#t%莫来石和广5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均勻，气孔结构为贯通状， 显气孔率为35 45%，平均孔径为15 50Mffl，体积密度为1. 48 1. 65g/cm3，常温耐压强度为 4(T80MPa，透气度为8. OX 10_13 8. OX 10_12m2的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。本具体实施方式
利用原料自身分解原位产生贯通状气孔，避免了因添加造
孔剂形成(X)2造成二次污染，有利于环境保护；分解后的原料原位反应生成堇青石和莫来石，形成了堇青石和莫来石分布均勻的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料，具有更高的强度和更佳的高温性能。同时，还具有成本低、节约能源、物相组成、显气孔率、气孔孔径可控的优点。本具体实施方式
所制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料主要物相为 15^85wt%堇青石、14 莫来石和广5wt%尖晶石，堇青石和莫来石分布均勻，气孔
结构为贯通状，显气孔率为35飞0%，平均孔径为15 100Mffl，体积密度为1. 3(Tl. 65g/cm3，常温耐压强度为2(T80MPa，透气度为8. OX 10_13 1. OX IO-1V的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。因此，本具体实施方式
具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，所制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。
权利要求
1.一种多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于先以16 27衬％的煤矸石粉、38 Mwt%的Al (OH)3粉、5 8wt%的滑石粉、8 13wt%的菱镁矿粉和16 25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料:Tl2wt%的水，搅拌均勻，成型；再将成型后的坯体在 105 115°C条件下干燥8 36小时，然后加热至132(T1450°C，保温2 6小时，即得多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述煤矸石粉、Al (OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88Mm。
3.根据权利要求1所述的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述成型为机械压制或为手工捣打。
4.根据权利要求广3项中任一项所述的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料的制备方法所制备的多孔堇青石一莫来石复合陶瓷材料。
全文摘要
本发明涉及一种多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料及其制备方法。其技术方案是先以16~27wt%的煤矸石粉、38~44wt%的Al(OH)3粉、5~8wt%的滑石粉、8~13wt%的菱镁矿粉和16~25wt%的硅石粉为原料混合，外加所述原料3~12wt%的水，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在105~115℃条件下干燥8~36小时，然后加热至1320~1450℃，保温2~6小时，即得多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料。其中煤矸石粉、Al(OH)3粉、滑石粉、菱镁矿粉和硅石粉的粒径均小于88μm；成型为机械压制或为手工捣打。本发明具有环境友好、成本低、节约能源、物相组成可控、气孔尺寸及体积含量可控的特点，制备的多孔堇青石—莫来石复合陶瓷材料强度高、透气性好和高温性能好。
文档编号C04B38/00GK102557717SQ20121007294
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者余桂林, 李友胜, 李楠, 柯昌明, 鄢文, 韩兵强, 魏耀武 申请人:武汉科技大学