[發(fā)明專利]一種利用固體廢棄物合成多孔堇青石—莫來石復(fù)相材料的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910180637.2
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN101671198A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張梅;陸璇;彭犇;岳昌盛;郭敏;王習(xí)東;王亞麗;聶景濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B38/06
• 分類號(hào): C04B38/06;C04B35/185;C04B35/195;C04B35/622;B09B3/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，特別是用固體廢棄物(煤矸石和廢棄耐火材料為原料，木屑為造孔劑)常壓合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相陶瓷材料的方法。

背景技術(shù)

在采煤過程中，從煤層的頂板和底板部位上，挖掘下來的那些含炭量低，灰份含量超過40％不成煤的炭質(zhì)頁巖，泥質(zhì)頁巖以及在掘進(jìn)中在炭層周圍爆破出來的泥質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖和少量的石灰?guī)r，統(tǒng)稱為“煤矸石”。煤矸石是我國排放量最大的固體廢棄物，是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，排放量相當(dāng)于煤炭產(chǎn)量的8％～20％，平均約為12％。目前山西省由于開發(fā)利用率很低，大量的煤矸石被廢棄，并帶來了很嚴(yán)重的環(huán)境問題。

堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)常作為抗熱震材料被廣泛應(yīng)用于一些冷熱驟變的環(huán)境中，比如匣缽，棚板，熱風(fēng)爐等等。堇青石具有熱膨脹系數(shù)小、抗熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但堇青石韌性較低、荷重軟化點(diǎn)低和合成溫度范圍窄，限制了其優(yōu)良性能的發(fā)揮。而莫來石高溫性能好和機(jī)械強(qiáng)度高，但其熱膨脹系數(shù)大。因此，將堇青石和莫來石進(jìn)行復(fù)合，使兩者熱膨脹系數(shù)失匹配，在兩相接口形成微裂紋，使得材料具有優(yōu)良的抗熱震性及較好的高溫性能的有效措施之一。

多孔陶瓷是一種經(jīng)高溫?zé)伞Ⅲw內(nèi)具有大量彼此相通或閉合氣孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，是具有低密度、高滲透率、抗腐蝕、耐高溫、良好隔熱性能、壽命長和易于再生等優(yōu)點(diǎn)的新型功能材料。多孔陶瓷已被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、食品、紡織、環(huán)保、能源、生物工程和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料因?yàn)闊嵴鹦阅芎谩⒏邷匦阅軆?yōu)良被廣泛應(yīng)用于棚板、匣缽等專業(yè)窯具，在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用。

采用添加造孔劑制備多孔材料是一種常見且工業(yè)成熟的制備方法，國內(nèi)外常采用有機(jī)聚合物空心球、淀粉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、石墨以及有機(jī)無機(jī)混合原料作為添加劑，成本較高。木屑的主要成分為C，為大量存在的固體廢棄物。利用木屑作為造孔劑合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料的性能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求，且降低了成本，可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

國內(nèi)外合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料的研究已見報(bào)道，但是完全利用固體廢棄物合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料的研究還未見報(bào)道，用煤矸石、廢棄耐火材料、木屑合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料，不僅解決了固體廢棄物大量堆積對環(huán)境造成的污染，合成的多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料可以應(yīng)用于陶瓷工業(yè)，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也符合國家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)政策。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種完全利用固體廢棄物(煤矸石、用后鎂碳磚、用后滑板磚為原料，木屑為造孔劑)合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料的方法。本發(fā)明制備用的原料均為固體廢棄物，且都大量堆積廢棄，常壓燒結(jié)合成了多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料，且各項(xiàng)性能均滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本發(fā)明一種利用固體廢棄物合成多孔堇青石-莫來石復(fù)相材料的方法，所述方法以煤矸石和廢棄耐火材料為原料，木屑為造孔劑，所述方法包括如下步驟：

(1)原料準(zhǔn)備：將煤矸石、用后鎂碳磚、用后滑板磚經(jīng)過磨碎制成細(xì)粉，并通過325目的篩；所述的固體廢棄物的成分為：煤矸石中C占10％～20％，Al₂O₃占15％～25％，SiO₂占50％～60％，MgO占0.5％～3％，其余為少量的含鐵、鈣的氧化物；用后鎂碳磚中Al₂O₃占3％～10％，SiO₂占2％～10％，MgO占70％～80％，其余為少量的含鐵、鈣、鉀、鈦的氧化物；用后滑板磚中Al₂O₃占85％～95％，SiO₂占2％～5％，其余為少量的含鎂、鐵、鈣、鉀、鈦、鈉的氧化物；

(2)混合：控制合成原料中煤矸石、用后鎂碳磚和用后滑板磚以及木屑的比例，按照質(zhì)量比煤矸石35～55％、用后鎂碳磚3～10％、用后滑板磚10～50％、木屑5～40％進(jìn)行混合，根據(jù)理論設(shè)計(jì)值計(jì)算所需原料用量，將稱量好的煤矸石、用后鎂碳磚、用后滑板磚和木屑利用球磨機(jī)進(jìn)行混合30min～120min；

(3)成型：將混合后原料添加少量的濃度為0.5mL/10g聚乙烯醇粘結(jié)劑，在40MPa的壓力下機(jī)壓成型；

(4)高溫?zé)Y(jié)：在空氣氣氛中，溫度為1340℃～1460℃，保溫時(shí)間為2-6h的條件下燒結(jié)樣坯；

(5)冷卻：在空氣中自然冷卻。