[發明專利]一種利用固體廢棄物合成多孔堇青石—莫來石復相材料的方法

無效

• 申請號: 200910180637.2
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN101671198A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 張梅;陸璇;彭犇;岳昌盛;郭敏;王習東;王亞麗;聶景濤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/185;C04B35/195;C04B35/622;B09B3/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料的合成技術領域，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-莫來石復相陶瓷材料的方法。

背景技術

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％不成煤的炭質頁巖，泥質頁巖以及在掘進中在炭層周圍爆破出來的泥質頁巖、砂質頁巖和少量的石灰巖，統稱為“煤矸石”。煤矸石是我國排放量最大的固體廢棄物，是煤炭生產和加工過程中產生的廢棄物，排放量相當于煤炭產量的8％～20％，平均約為12％。目前山西省由于開發利用率很低，大量的煤矸石被廢棄，并帶來了很嚴重的環境問題。

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

多孔陶瓷是一種經高溫燒成、體內具有大量彼此相通或閉合氣孔結構的陶瓷材料，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點的新型功能材料。多孔陶瓷已被廣泛應用于冶金、石油、化工、食品、紡織、環保、能源、生物工程和醫學等領域。多孔堇青石-莫來石復相材料因為熱震性能好、高溫性能優良被廣泛應用于棚板、匣缽等專業窯具，在陶瓷工業生產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成熟的制備方法，國內外常采用有機聚合物空心球、淀粉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、石墨以及有機無機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-莫來石復相材料的性能達到工業生產要求，且降低了成本，可以獲得良好的經濟效益和環保效益。

國內外合成多孔堇青石-莫來石復相材料的研究已見報道，但是完全利用固體廢棄物合成多孔堇青石-莫來石復相材料的研究還未見報道，用煤矸石、廢棄耐火材料、木屑合成多孔堇青石-莫來石復相材料，不僅解決了固體廢棄物大量堆積對環境造成的污染，合成的多孔堇青石-莫來石復相材料可以應用于陶瓷工業，不僅節約了生產成本，同時具有可觀的經濟效益，也符合國家倡導的“循環經濟”的產業政策。

發明內容

本發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-莫來石復相材料的方法。本發明制備用的原料均為固體廢棄物，且都大量堆積廢棄，常壓燒結合成了多孔堇青石-莫來石復相材料，且各項性能均滿足工業生產的需要，有較高的經濟價值。

本發明一種利用固體廢棄物合成多孔堇青石-莫來石復相材料的方法，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)原料準備：將煤矸石、用后鎂碳磚、用后滑板磚經過磨碎制成細粉，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％進行混合，根據理論設計值計算所需原料用量，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進行混合30min～120min；

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

(4)高溫燒結：在空氣氣氛中，溫度為1340℃～1460℃，保溫時間為2-6h的條件下燒結樣坯；

(5)冷卻：在空氣中自然冷卻。