專利名稱：：一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多孔陶瓷材料的制備方法，特別是涉及一種以黃磷廢渣和粘土頁巖為主要原料的多孔陶瓷材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：多孔陶瓷是一類以氣孔為主相的無機(jī)非金屬材料，它的顯著特點(diǎn)是高氣孔率，而且氣孔的表面、形狀、大小及其分布可調(diào)節(jié)，氣孔孔徑從毫米級至納米級。多孔陶瓷同傳統(tǒng)的多孔材料如玻璃纖維和網(wǎng)狀金屬材料相比，多孔陶瓷還具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱、抗震、孔徑分布均勻且狹窄、成本低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。由于其巨大的表面積多孔陶瓷具有優(yōu)良的熱、電、磁、光、化學(xué)等性能。隨著控制材料的細(xì)孔結(jié)構(gòu)水平的不斷提高以及各種新材質(zhì)高性能多孔陶瓷材料的不斷出現(xiàn)，多孔陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域也由傳統(tǒng)的冶金、化工和建材等方面拓展到涵蓋環(huán)保、節(jié)能、石油、食品、制藥、生物醫(yī)學(xué)、電子工程、航空航天等多個科學(xué)領(lǐng)域，引起了全球材料學(xué)科的高度關(guān)注。多孔陶瓷可以作為微孔材料應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、化學(xué)提純和化工等領(lǐng)域，特別是磷化工工業(yè)用于過濾磷酸有較大的實用價值。作為過濾器使用，多孔陶瓷可以用于水源凈化、空氣凈化、污染處理等方面。作為催化劑載體，多孔陶瓷可以在各種化工過程中推廣使用，還可以應(yīng)用在汽車尾氣處理上。化工產(chǎn)品黃磷生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的黃磷廢渣，黃磷廢渣中富含CaO、Si02等物質(zhì)，目前少量用做建材原料，大部分都堆放而棄之不用，造成了資源的巨大浪費(fèi)，同時黃磷廢渣的堆放也占用了大量的空間，很容易對周邊的環(huán)境造成污染，對黃磷廢渣的再利用也是一個重要課題。粘土頁巖在貴州的儲量巨大，而且，在鉬、鎳、釩礦開采過程中也會形成大量粘土頁巖固體廢棄物，處理這些粘土頁巖固體廢棄物也是采礦過程中必須要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，該多孔陶瓷材料以黃磷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的黃磷廢渣和開采鉬、鎳、釩礦的過程中產(chǎn)生的大量粘土頁巖固體廢棄物為原料制備，實現(xiàn)了資源的再利用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法包括如下步驟(1)配料按照重量組份計算，取黃磷廢渣3065份、粘土頁巖2540份、成孔劑1520份和粘合劑0.51.2份混合均勻制得配料；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將坯體壓制成型；(4)將壓制成型的坯體在10001140。C燒結(jié)60分鐘，并在10001140。C條件下保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。上述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(3)中壓制成型時所受到的壓力為1020KN，最佳成型壓力為1315KN，并在此壓力下保持2030分鐘。對胚體進(jìn)行壓制成型時，可以采用單向模壓成型法。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，所述成孔劑為木炭粉。在本發(fā)明中，可以根據(jù)實際需要調(diào)整成孔劑的用量，隨著成孔劑含量的提高，氣孔率增加，但同時強(qiáng)度和體積密度均有所降低。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，所述木炭粉的粒度為180ym。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(1)中所述粘合劑為水玻璃，使用時，先將水玻璃溶解在其10倍量的水中再與其它配料混合均勻。前述黃磷渣基多孔陶瓷材料的制備方法，步驟(1)中的黃磷廢渣和粘土頁巖粉碎至粒度為7596ym。為了獲得最佳的發(fā)明效果，在査明黃磷廢渣、粘土頁巖的化學(xué)成分、礦物成分的基礎(chǔ)上，通過試驗對多孔陶瓷配方、成孔劑用量進(jìn)行了優(yōu)化選擇。通過制備坯體的試驗，得到最佳制備工藝，同時確定粘結(jié)劑的類型及用量。在1000-116(TC條件下燒制成多孔陶瓷，進(jìn)行各種參數(shù)測試，得到合格產(chǎn)品的各基本數(shù)據(jù)。實驗例一1、實驗配方按照重量組份計算，取黃磷廢渣55Kg、粘土頁巖25Kg粉碎至80ym，取1Kg水玻璃溶解在10Kg水中，加入一定量的木炭粉作為成孔劑，各實驗配方的木炭粉用量見表A。表A:實驗配方的組成(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注骨料組成黃磷廢渣、粘土頁巖、粘合劑。2、成孔劑用量實驗將木炭粉和骨料按照表A的配方混合均勻后，在105。C干燥30分鐘得胚體，然后將胚體壓制成型，壓制成型時胚體所受到的壓力是15KN，壓制成型后在112(TC燒結(jié)60分鐘，并在1120°C條件下保溫2IO分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。對各種不同配方的陶瓷材料進(jìn)行各種性能檢測，結(jié)果見表B。從表B可以看出，當(dāng)成孔劑木炭粉的用量為1520%時，多孔陶瓷材料的各項性能都比較好。表B:成孔劑不同含量下制品的各項性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>3、粘結(jié)劑的種類及用量因為本發(fā)明中所用的原料都要經(jīng)過粉碎，而粉料的塑性較差，為了提高成型性能，粉料中加入粘合劑，實驗采用單向模壓成型法(半干壓法)。在實驗中，選用了兩種粘合劑一種是有機(jī)的聚乙烯醇溶液(在實驗室用固體聚乙烯醇制備)，一種是無機(jī)的水玻璃。實驗中發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇的缺點(diǎn)是在多孔陶瓷的燒成過程中需排放聚乙烯醇產(chǎn)生的氣體，從而使燒成時間變長，燒成程序更復(fù)雜。所以最終選用水玻璃做粘合劑。當(dāng)水玻璃的加入量為原料干重的O.8%時效果最好。先將水玻璃加入到10倍量的水中，混勻后再加入配料。4、成型壓力在本實驗中，加壓方式采用單面加壓，因為粉料的塑性較差，為了提高成型性能，粉料加入粘合劑，實驗采用單向模壓成型法(半干壓法)。而素坯的密度與成型壓力成正相關(guān)系，壓力太小則不能有效地排除空氣，壓力太大則容易分層和妨礙制品氣孔率。因此，成型的壓力要適中。所以實驗成型壓力采用1020KN，最佳成型壓力為13—15KN，保壓時間2030min，將制備好的胚體稱取適量放入模具中壓制而成。5、燒成溫度試驗以3#配方進(jìn)行燒成溫度的研究，從表C可以看出，當(dāng)燒成溫度在1000114(TC時所燒出的多孔陶瓷性能可以滿足要求。表C不同溫度下制品的各項性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注其中有樘瓞符號表示該制品的強(qiáng)度較低而此性能沒有測試溫度。6、保溫時間實驗當(dāng)對壓制成型的陶瓷制品進(jìn)行燒結(jié)后，不同保溫時間對制品各項性能的影響見表D，可以看出當(dāng)保溫時間為210分鐘時多孔陶瓷的性能最好。表D不同保溫時間制品的各項性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>結(jié)論通過以上試驗，可以得出成孔劑用量為1520%、燒成溫度為1000114(TC、成型壓力為1020KN、保溫時間210min等工藝參數(shù)。對樣品進(jìn)行了力學(xué)等性能測試，其抗壓強(qiáng)度為4.115.00MPa，獲得了符合多孔陶瓷產(chǎn)品基本參數(shù)的工藝參數(shù)。實驗例二1、對樣品的抗酸性能進(jìn)行了檢測，進(jìn)行了磷酸浸泡實驗。采用國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用濃度為85%的磷酸，pH值為4，浸泡時間為30min。通過樣品浸泡前后重量不變可以得出樣品的磷酸不溶解性能良好，可以作為良好的磷酸過濾材料。2、本發(fā)明黃磷渣多孔陶瓷(由黃磷廢渣50Kg、粘土頁巖30Kg成孔劑19Kg和粘合劑0.8Kg制備而成)與高嶺土多孔陶瓷(張芳，用累托石制備多孔陶瓷的研究，碩士論文(2002.7)。成孔劑含量16.7%)的各項性能比較口廣口口氣孔率(％)吸水率(％)體積密度(％)黃磷渣多孔陶瓷36.7427.311.43高嶺土多孔陶瓷45.7931.211.47可以看出，除了氣孔率之外，其它的兩項'性能相接近，這說明可以用黃磷廢渣來代替部分傳統(tǒng)陶瓷原料來制備多孔陶瓷，以降低多孔陶瓷的生產(chǎn)成本。由于采用了如上的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明生產(chǎn)成本低廉。本發(fā)明所用的原料為黃磷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣和粘土頁巖固體廢棄物，在降低生產(chǎn)成本的同時實現(xiàn)了資源的再利用，對于開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)有重要意義，具有很好的推廣作用。(2)本發(fā)明的產(chǎn)品性能優(yōu)良。使用該方法生產(chǎn)的多孔陶瓷的氣孔率為29.03-51.46%，吸水率達(dá)20.02-39.28%，體積密度為l.15-1.89g/cm3，抗壓強(qiáng)度2.07-9.86Mpa，抗壓性能良好。(3)黃磷廢渣在成瓷中還有許多優(yōu)良的工藝性能增加制品的強(qiáng)度、降低燒成溫度、縮短燒成時間、減小坯體收縮，黃磷廢渣多孔陶瓷比傳統(tǒng)上生產(chǎn)陶瓷坯體所用粘土的量少，有利于壓制成型時的排氣，不易產(chǎn)生疊層。具體實施方法實施例l:(1)配料取黃磷廢渣50Kg、粘土頁巖30Kg碾磨至粒度為80um，取木炭粉19Kg粉碎至180ym，取水玻璃0.8Kg溶解在8Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在15KN的壓力下壓制成型，并在15KN的壓力下保持25分鐘；(4)將壓制成型的胚體在114(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。實施例2:(1)配料取黃磷廢渣30Kg、粘土頁巖40Kg碾磨至粒度為75ym，取木炭粉15Kg粉碎至180ym，取水玻璃1.2Kg溶解在12Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在10KN的壓力下壓制成型，并在10KN的壓力下保持20分鐘；(4)將壓制成型的胚體在112(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。實施例3:(1)配料取黃磷廢渣65Kg、粘土頁巖25Kg碾磨至粒度為96ym，取木炭粉20Kg粉碎至180ym，取水玻璃0.5Kg溶解在5Kg水中，然后將黃磷廢渣、粘土頁巖、木炭粉與水玻璃溶液混合均勻；(2)將混合均勻的配料在105。C條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將干燥好的胚體采用單向模壓成型法在20KN的壓力下壓制成型，并在20KN的壓力下保持30分鐘；(4)將壓制成型的胚體在100(TC燒結(jié)60分鐘，并保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。權(quán)利要求1.一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)配料按照重量組份計算，取黃磷廢渣30～65份、粘土頁巖25～40份、成孔劑15～20份和粘合劑0.5～1.2份混合均勻制得配料；(2)將混合均勻的配料在105℃條件下干燥30分鐘得坯體；(3)將坯體壓制成型；(4)將壓制成型的坯體在1000～1140℃燒結(jié)60分鐘，并在1000～1140℃條件下保溫210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫即得多孔陶瓷材料。2.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中壓制成型時所用的壓力為1020KN，在此壓力下保持2030分鐘。3.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述成孔劑為木炭粉。4.如權(quán)利要求3所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述木炭粉的粒度為180ym。5.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述粘合劑為水玻璃，先將水玻璃溶解在水中再與其它配料混勻。6.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中的黃磷廢渣和粘土頁巖粉碎至粒度為7596ym。7.如權(quán)利要求2所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述成型壓力為1315KN。8.如權(quán)利要求l所述黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中采用單向模壓成型法將胚體壓制成型。全文摘要本發(fā)明提供了一種黃磷渣多孔陶瓷材料的制備方法，該多孔陶瓷材料以固體廢棄物黃磷廢渣和粘土頁巖為主要原料，木炭粉為造孔劑并加入一定量的粘合劑。本發(fā)明多孔陶瓷的制備方法為將原料混合均勻，在105℃干燥30分鐘后壓制成型，然后在1000～1140℃燒結(jié)并保溫，制得多孔陶瓷。結(jié)果表明，樣品的氣孔率為29.03～51.46％，吸水率達(dá)20.02～39.28％，體積密度為1.15～1.89g/cm³，抗壓強(qiáng)度2.07～9.86MPa。多孔陶瓷的成孔孔道連通性較好，孔徑分布較均勻，并且很好的利用了固體廢棄物，降低了生產(chǎn)成本。文檔編號C04B38/00GK101289331SQ20071020140公開日2008年10月22日申請日期2007年8月20日優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日發(fā)明者杰張,楊國峰,楊恩林,飛謝申請人:貴州大學(xué)