專利名稱：利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種以成分為特征的陶瓷組合物，具體涉及ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是火力發(fā)電廠排放的固體廢物，近年來，由于它的大量堆積對環(huán)境造成了巨大的壓力。它是一定細(xì)度的煤粉在鍋爐中燃燒(1100 1500°C )后，由除塵器收集到的粉狀物質(zhì)，又稱“飛灰”。它的物相以玻璃質(zhì)微珠為主，其次為結(jié)晶相，主要結(jié)晶相為莫來石、 石英剛玉、磁鐵礦等。自二十世紀(jì)六十年代以來各國就已經(jīng)開始研究利用粉煤灰生產(chǎn)多孔陶瓷材料。已有報道這種材料作為ー種新型水處理材料，含油廢水處理的過濾材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)水處理中深度處理用濾料等。但這種材料因含有大量的玻璃相而使材料的耐高溫使用性能差，有文獻(xiàn)和專利報道了高純氧化鋁、ニ氧化硅和氟化硅氣體反應(yīng)形成具有較高氣孔率、 良好的耐高溫性能和抗熱震性能的多孔莫來石質(zhì)陶瓷。這類多孔莫來石質(zhì)陶瓷成本較高， 且通過含氟氣體控制反應(yīng)使合成過程難于控制并有一定的危險性。于是如何制備成本低、 エ藝簡單、高性好的多孔莫來石陶瓷是亟待解決的問題。莫來石，作為ー種重要的傳統(tǒng)和先進(jìn)陶瓷材料，備受社會關(guān)注。它具有優(yōu)良的熱學(xué)和機(jī)械性能，如低的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)熱系數(shù)；高的斷裂韌性和高溫抗折強(qiáng)度；高的耐熱沖擊性；低的介電常數(shù)和介電損耗；很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力等等。多孔莫來石陶瓷可應(yīng)用于有耐熱性和耐腐性要求的窯爐耐火材料、各種陶瓷燒成用窯具如匣鉢、棚板等，以及金屬熔液用過濾器、廢氣凈化用催化載體等領(lǐng)域。目前在過濾和催化領(lǐng)域使用的多孔陶瓷主要為碳化硅質(zhì)和堇青石質(zhì)。前者成本高，能耗大；后者耐熱性能差，易產(chǎn)生熱斑。莫來石質(zhì)可降低多孔陶瓷成本，并使其具有較好的耐熱性能和較小的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供ー種利用固體污染物粉煤灰制備的多孔過濾材料，達(dá)到節(jié)能減排，綠色環(huán)保的目的，同時提供一種エ藝簡單，制備的多孔過濾材料孔徑級配合理，孔分布均勻，莫來石含量高，耐高溫性能好，適合于高低溫多種應(yīng)用要求的多孔過濾材料的制備方法。本發(fā)明通過對煤炭燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰直接進(jìn)行利用，利用粉煤灰中的主要成分是氧化鋁和氧化硅，通過加入少量的粘結(jié)劑和造孔劑使價值低廉的粉煤灰變成高價值的多孔莫來石陶瓷過濾材料。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為 30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁。所述粉煤灰中含有Al2O3彡35wt%,Si02彡53wt%, Fe2O3彡所述鋁礬土中含有 Al2O3 彡 70wt %，SiO2 彡 IOwt %，F(xiàn)e2O3 く 0. 5wt %。所述粉煤灰為山西神頭發(fā)電廠的粉煤灰。
所述鋁礬土為山西省陽泉市中陽耐火材料廠的鋁礬土。利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料的制備方法，具有如下步驟(1)配料按原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁進(jìn)行配料，混合球磨至中位粒徑彡10 μ m ；干燥后再加入固相總含量的30 40wt%淀粉和固相總含量的5%分散劑聚乙ニ醇混合，再加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt%，球磨，使各物料分散均勻；⑵注模成型將步驟(1)的混合漿料注入預(yù)熱后的模具，在80°C加熱固化，脫模后于100°C下干燥，制成多孔莫來石陶瓷坯體；(3)燒成將步驟(2)干燥后的坯體在高溫爐中大氣環(huán)境下燒成，以5°C /min的升溫速度加熱至4000C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1300°C 1500°C，保溫2 4h，自然冷卻， 制成多孔莫來石陶瓷。本發(fā)明的有益效果是，提供了ー種利用燃燒后產(chǎn)生的固體污染物粉煤灰制備的多孔過濾材料，本發(fā)明通過加入少量的粘結(jié)劑和造孔劑使價值低廉的粉煤灰變成高價值的多孔莫來石過濾材料，在減少固體廢棄物和空氣污染的同吋，實現(xiàn)了粉煤灰的高值利用。本發(fā)明的多孔過濾材料孔徑級配合理，孔分布均勻，莫來石含量高，耐高溫性能好，適合于高低溫多種應(yīng)用要求。本發(fā)明不僅可用于過濾和吸附有毒氣體或者離子的環(huán)境領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，對于陶瓷基多孔過濾材料等研究有著深遠(yuǎn)而廣泛的意義。


圖1是本發(fā)明多孔莫來石過濾材料的XRD圖；圖2是本發(fā)明多孔莫來石過濾材料的SEM圖。
具體實施例方式實施例1選用磁選30wt%的粉煤灰、55wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入15wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，5wt%聚乙ニ醇，再加入去離子水，體系固相含量為70wt%。球磨 30min，將料漿注入尺寸為15mmX25mmX140mm模具中成型，并在恒溫干燥箱中80°C固化， 脫模后繼續(xù)在100°C烘干至恒重。再將坯體置于高溫爐中，以5°C /min的升溫速度加熱至 400°C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1500°C，保溫濁，得到多孔莫來石過濾材料。圖 1與圖2均來自實施例1，圖1表示該陶瓷的主要晶相為莫來石相，圖2表示該陶瓷具有多孔結(jié)構(gòu)。將制得的多孔莫來石過濾材料采用排水法測定氣孔率，測定方法參見《多孔功能陶瓷制備與應(yīng)用》，化學(xué)エ業(yè)出版社，2006年第一版教材；抗彎強(qiáng)度、孔道直徑、耐酸性分別按GB/T 1965-1996，GB/T 1967-1996，GB/T 1970-1996測定；水淬法測定其抗熱沖擊性，以 1000°C 20°C水冷循環(huán)4次，以強(qiáng)度變化百分?jǐn)?shù)表征；各項性能測定結(jié)果詳見表1。實施例2
4
選用磁選30wt%的粉煤灰、60wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入IOwt % AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實施例1。各項性能測定結(jié)果詳見表1。實施例3選用磁選30wt%的粉煤灰、65wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入5wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實施例1。各項性能測定結(jié)果詳見表1。實施例4選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加20wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實施例1。各項性能測定結(jié)果詳見表1。實施例5選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實施例1。各項性能測定結(jié)果詳見表1。實施例6選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加40wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實施例1。各項性能測定結(jié)果詳見表1。表 權(quán)利要求
1.ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述粉煤灰中含有 Al2O3 彡 35wt%, SiO2 彡 53wt%, Fe2O3 彡 3wt% ；所述鋁礬土中含有 Al2O3 彡 70wt%, SiO2 彡 1 Owt%, Fe2O3 く 0. 5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述粉煤灰為山西神頭發(fā)電廠的粉煤灰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述鋁礬土為山西省陽泉市中陽耐火材料廠的鋁礬土。
5.權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料的制備方法，具有如下步驟(1)配料按原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土， 5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁進(jìn)行配料，混合球磨至中位粒徑< 10 μ m;干燥后再加入固相總含量的30 40wt%淀粉和固相總含量的5%分散劑聚乙ニ醇混合，再加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt%，球磨，使各物料分散均勻；(2)注模成型將步驟(1)的混合漿料注入預(yù)熱后的模具，在80°C加熱固化，脫模后于100°C下干燥， 制成多孔莫來石陶瓷坯體；(3)燒成將步驟( 干燥后的坯體在高溫爐中大氣環(huán)境下燒成，以5°C /min的升溫速度加熱至 400°C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1300°C 1500°C，保溫2 4h，自然冷卻，制成多孔莫來石陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的鋁礬土，5～15wt％的工業(yè)氟化鋁。制備方法是先按上述配方配料，混合球磨至中位粒徑≤10μm，干燥后與固相總含量30～40wt％的淀粉和原料總質(zhì)量5％的分散劑聚乙二醇混合，加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt％，球磨使各物料分散均勻；注模成型；再于1300℃～1500℃燒成。本發(fā)明實現(xiàn)了粉煤灰的高值利用，莫來石含量高，耐高溫性能好，孔徑級配合理，孔分布均勻，本發(fā)明可用于過濾和吸附有毒氣體或者離子環(huán)境以及復(fù)合材料領(lǐng)域。
文檔編號C04B38/00GK102557711SQ201110402859
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者李世慧, 杜海燕, 楊鐸, 許睿 申請人:天津大學(xué)