[發明專利]一種宏觀孔道結合微觀孔隙的有序堇青石陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 202211053361.3
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115403365B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 張家敏;張登;馮雪茹;高雄;易健宏;方東;戴宗明;彭玉青;潘志鋮
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;中國地質科學院礦產綜合利用研究所
• 主分類號: C04B35/195
• 分類號: C04B35/195;C04B35/622;C04B38/06
• 代理公司: 昆明隆合知識產權代理事務所(普通合伙) 53220
• 代理人: 龍燕

本發明公開了一種宏觀孔道結合微觀孔隙的有序堇青石陶瓷的制備方法。該方法以伴生稀土的天然高嶺土為主要原料，以有機網格為宏觀模板、生物質廢料大麻桿粉末為微造孔劑制備一種高性能有序孔道多孔堇青石陶瓷，具體為將預處理的伴生稀土高嶺土天然礦物原礦與大麻桿粉末混合后進行球磨，再將球磨混合粉體與預混液混合得到初級漿料，然后將初級漿料置入作為模板劑的有機網格間隙中，在干燥箱中固化成型制得坯體，之后對坯體進行脫脂和燒結，得到高性能有序多孔堇青石陶瓷材料。本發明用大麻桿粉末作為造孔劑，因其具有較高的分解溫度，且與堇青石的成瓷溫度相匹配，更容易在陶瓷內部形成均勻的孔洞，陶瓷質量較好；原材料來源廣泛，生產成本低廉。

技術領域

本發明涉及高性能陶瓷材料制備技術領域，具體涉及一種宏觀孔道結合微觀孔隙的有序堇青石陶瓷的制備方法。

背景技術

堇青石是MgO-SiO₂-Al₂O₃體系中重要的三元化合物，以其為載體的材料具有低熱膨脹系數，低熱導率，優良的抗熱震性能等，是一種高性能陶瓷。目前，多孔陶瓷最常見的制備方法是添加造孔劑，但是造孔劑含量過高容易引起陶瓷體收縮開裂，甚至粉化，并且形成的孔隙多數是無序結構，孔徑大小不一，限制了其應用。

近年來隨著中國經濟的高速發展和城鎮化建設的快速發展，有害物質的排放問題日益加重，造成了嚴重的水污染，而且水體污染的程度遠大于自然界環境的自凈能力。水體中的重金屬離子，它會通過食物鏈富集最終導致人類遭受巨大傷害。尤其是重金屬中的鉛離子本身是不可降解，將會永久存在于環境中。一旦含鉛廢棄物錯誤的排放到環境中，造成鉛含量超標，將會造成嚴重的鉛污染危害。因此，含鉛廢水在排放前必須去除鉛，使其達到排放標準。通過研究調查發現，我國許多地方河流、水庫、湖泊等地表水中鉛含量超標。現如今，對重金屬鉛的最主要的處理手段是吸附法，具有設備簡單、易操作、二次污染可控等優點。在實際應用中采用粉體吸附材料在吸附后回收困難，易造成二次污染；由于實際水體中含有微小顆粒物，無序多孔陶瓷結構在使用時易造成顆粒物堵塞。

本發明由“四川省科技計劃資助”。

發明內容

針對已有技術的不足之處，本發明提供一種操作簡單且快速成型的宏觀有序孔和微觀多孔結合的有序多孔堇青石陶瓷的制備方法，通過設計和優化堇青石陶瓷漿料的組分及配比，使用有機網格和天然大麻桿聯合造孔，并優化脫脂和燒結工藝，最終獲得一種有序多孔堇青石陶瓷的制備方法。

一種宏觀孔道結合微觀孔隙的有序堇青石陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將伴生稀土高嶺土天然礦物原礦破碎、磁選去除Fe₂O₃，研磨后過200～400目標準篩，按伴生稀土高嶺土天然礦物原礦的質量百分比為76～85%、鋁源的質量百分比為10～5%、鎂源的質量百分比為14～10%的比例稱取原料，混合后加入大麻桿粉末，然后球磨混合均勻，烘干后得到混合粉體；其中，大麻桿粉末的加入量占混合粉體總質量的10～40%。

（2）按混合粉體與預混液質量比為(6~7.5):10的比例將混合粉體加入到預混液中，攪拌均勻后放入行星式球磨機進行混合，得到初級漿料。

（3）將有機網格裁剪成所需尺寸，采用刮刀法將初級漿料填充到有機網格的間隙中，依次進行堆疊，制備成陶瓷坯體，陶瓷宏觀尺寸可根據要求調整。

（4）將制備的陶瓷坯體進行高溫脫脂，脫除造孔劑并燒結，隨爐冷卻后得到有序多孔堇青石陶瓷材料；制備的多孔陶瓷宏觀呈現有序排列，有效減小水流的流動阻力；微觀呈現由大麻桿粉末燃燒產生的大量微孔，這些微孔在增大比表面積的同時也貫穿宏觀孔道。

優選的，本發明步驟（1）中所述鋁源為γ-Al₂O₃；所述鎂源為MgO，兩者均為市售分析純。