改性高嶺土低溫製備莫來石的方法
2023-05-08 18:18:41
專利名稱：改性高嶺土低溫製備莫來石的方法
技術領域：
本發明涉及一種莫來石的製備方法，具體地說，是一種用改性高嶺土低溫製備莫來石的方法；屬於陶瓷材料製備技術領域。
背景技術：
莫來石，特別是涉及一種改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，該莫來石是一種輕工及建築材料，用於日用陶瓷、工藝陳設陶瓷、建築陶瓷、衛生陶瓷、耐火材料等。在陶瓷等矽酸鹽材料生產中，由於原料矽酸鹽礦物的矽氧鍵能大，燒成溫度高，需要消耗大量的能源，不僅增加了生產成本，而且汙染環境。傳統陶瓷的主晶相為莫來石，由粘土礦物通過高溫熱分解反應形成，初次形成莫來石的溫度在1150°C以上，較高的莫來石形成溫度直接導致較高的陶瓷燒成溫度。降低陶瓷生產中莫來石的形成溫度可有效降低陶瓷的燒成溫度， 實現陶瓷生產節能減排的目的。莫來石是SiO2-Al2O3 二元系統中唯一穩定的化合物，是傳統陶瓷製品的主晶相，具有導熱率低、熱膨脹係數小、抗蠕變和抗熱震性好、高溫強度大、化學穩定性好等性質，起著提高陶瓷強度的重要作用。莫來石一般有片狀、顆粒狀和針狀等幾種形態，其中針狀莫來石易互相穿插構成堅固的骨架，形成空間網絡結構，有利於阻止微裂紋擴展，對於提高陶瓷的斷裂韌性具有重要意義。目前莫來石的製備方法主要有以下幾類一是以鋁質、矽質原料製備莫來石溶膠-凝膠前驅體，高溫煅燒或氣體催化製備莫來石；二是採用一種或數種低熔點的鹽類作為反應介質，在熔鹽中完成合成反應，製備莫來石；三是採用水熱晶化法、沉澱法、噴霧熱解法等製備莫來石；四是原位合成法製備莫來石，但是原位合成法製備的針狀莫來石晶相含量普遍不高，為了提高莫來石生成量，降低生成溫度，同時針狀提高莫來石的長徑比，很多研究探索了摻雜氧化物的作用，但是由於摻雜不同氧化物對莫來石的影響不同，對於摻雜氧化物種類的選擇以及加入量的方面存在一定的困難。另外，為了降低莫來石的燒成溫度， 提高莫來石的含量並且促進緻密燒結，常選用低溫燒成原料或是易莫來石化的紅柱石、矽線石等原料，這些天然礦物雖然儲量豐富，但其伴生礦也多，其組成和性質也會由於成因的不同而有很大的差別，造成原料的不穩定性。
發明內容
本發明的目的在於，針對目前改性高嶺土製備莫來石的問題，提供一種在低溫條件下用改性高嶺土製備莫來石的方法，該方法降低了陶瓷燒成溫度，節省能耗，降低了生產成本和汙染物排放。本發明的目的通過如下技術方案實現該改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，依次包括如下步驟(I)以質量百分比計，配製成含有機酸2 20%和含氟化物f 5%的改性水溶液；(2)取I質量份的高嶺土，加入到I. 3^1. 5份步驟(I)配製的改性水溶液中，浸泡得到改性高嶺土；(3)將步驟(2)所得的改性高嶺土放入高溫爐煅燒，即得到納米尺度針狀莫來石。上述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其中步驟(I)所述的有機酸為檸檬酸、草酸、醋酸的其中之一或者它們的任意組合；所述的氟化物包括氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫銨的其中之一或者它們的任意組合。上述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其中步驟(2)所述的浸泡時間是 12 48h，
上述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其中步驟(3)所述的煅燒是在85(T950°C 段燒30 120分鐘。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果
(I)本發明在通過高嶺土的改性，大幅度降低莫來石的形成溫度，同樣的高嶺土，未改性煅燒1180°C，保溫I小時，才可見明顯莫來石生成，通過改性，煅燒溫度降至85(T950°C， 高溫保溫時間3(Tl20分鐘，已有大量生成莫來石。(2)本發明選擇最為常見的陶瓷原料高嶺土在較低的溫度下合成出了納米尺度針狀莫來石，將之作為原料加入陶瓷配方，降低了陶瓷燒成溫度，節省能耗，降低了生產成本和汙染物排放；工藝簡單、成本較低，便於應用到實際生產中。(3)本發明所得到的針狀莫來石互相穿插形成具有剛性骨架結構的空間網絡，有助於提高陶瓷的斷裂韌性和高溫性能。發明原理在自然界中，我們可以看到一些現象，水稻、燕麥等植物通過根系分泌物可加速粘土等矽酸鹽礦物的風化，矽酸鹽細菌等微生物的可促進長石等矽酸鹽礦物的分解。這些現象都說明了低分子有機酸能加速矽酸鹽礦物結構的破壞，提高矽酸鹽的反應活性。因此，利用低分子有機酸的活化作用和其有機配體的絡合作用，對矽酸鹽礦物進行改性，可有效破壞矽酸鹽礦物的結構有序性，增強其反應活性，從而達到降低矽酸鹽材料燒成溫度的目的，節約能耗、降低生產成本，同時提高產品質量及實現低碳環保。
具體實施例方式為更好理解本發明，下面結合實施例對本發明做進一步地說明。本發明有許多成功的實施例，下面列舉4個代表性的實施例，但是本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表述的範圍。實施例I
在水中加入檸檬酸和氟化鈉，以重量百分比計，配製成含檸檬酸20%和含氟化鈉1%的改性水溶液，將高嶺土以固液重量比1:1. 5的比例加入到改性溶液中，浸泡36h，將溶液抽濾，用蒸餾水多次洗滌，在80°C下烘乾，研磨成粉體，得到改性高嶺土。將改性高嶺土放入高溫爐中，在870°C在煅燒，高溫保溫時間30分鐘，即可生成針狀莫來石。實施例2
在水中加入草酸和氟化鉀，以重量百分比計，配製成含草酸10%和含氟化鉀2%的改性水溶液，將高嶺土以固液重量比1:2. 0的比例加入到改性溶液中，浸泡48h，將溶液抽濾，用蒸餾水多次洗滌,在80°C下烘乾，研磨成粉體，得到改性高嶺土。將改性高嶺土放入高溫爐中，在850°C在煅燒，高溫保溫時間45分鐘，即可生成針狀莫來石。實施例3在水中加入醋酸和氟化銨，以重量百分比計，配製成含醋酸2%和含氟化銨5%的改性水溶液，將高嶺土以固液重量比1:2. 5的比例加入到改性溶液中，浸泡48h，將溶液抽濾，用蒸餾水多次洗滌，在80°C下烘乾，研磨成粉體，得到改性高嶺土。將改性高嶺土放入高溫爐中， 在930°C在煅燒，高溫保溫時間110分鐘，即可得到針狀莫來石。實施例4
以重量百分比計，配製成含醋酸1%、檸檬酸2%和草酸2%的複合有機酸水溶液，配製含氟化鈉1%、氟化鉀1%、氟化氫銨1%的複合氟化物水溶液，將上述複合有機酸溶液和複合氟化物溶液混合，得到改性溶液。將高嶺土以固液重量比1:2. 25的比例加入到上述改性溶液中，浸泡40h，將溶液抽濾，用蒸餾水多次洗滌，在80°C下烘乾，研磨成粉體，得到改性高嶺土。將改性高嶺土放入高溫爐中，在950°C在煅燒，高溫保溫時間120分鐘，即可得到針狀莫來石。與現有技術相比，本發明選擇最為常見的陶瓷原料高嶺土在較低的溫度下合成出了納米尺度針狀莫來石，將之作為原料加入陶瓷配方，降低了陶瓷燒成溫度，節省能耗，降低了生產成本和汙染物排放。針狀莫來石互相穿插形成具有剛性骨架結構的空間網絡，有助於提高陶瓷的斷裂韌性和高溫性能。
權利要求
1.一種改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其特徵在於，依次包括如下步驟(O以質量百分比計，配製成含有機酸2 20%和含氟化物f 5%的改性水溶液；(2)取I質量份的高嶺土，加入到I.3^1. 5份步驟(I)配製的改性水溶液中，浸泡得到改性高嶺土；(3)將步驟(2)所得的改性高嶺土放入高溫爐煅燒，即得到納米尺度針狀莫來石。
2.根據權利要求I所述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其特徵在於步驟(I)所述的有機酸為檸檬酸、草酸、醋酸的其中之一或者它們的任意組合。
3.根據權利要求I所述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其特徵在於步驟(I)所述的氟化物包括氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫銨的其中之一或者它們的任意組合。
4.根據權利要求I所述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其特徵在於步驟(2)所述的浸泡時間是12 48h。
5.根據權利要求I所述的改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，其特徵在於步驟(3)所述的煅燒是在85(T950°C段燒30 120分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種用改性高嶺土低溫製備莫來石的方法，旨在提供一種降低了陶瓷燒成溫度，節省能耗，降低了生產成本和汙染物排放莫來石的製備方法；其技術要點是該方法依次包括下述步驟1)以質量百分比計，配製成含有機酸2~20%和含氟化物1~5%的改性水溶液；2)取1質量份的高嶺土，加入到1.3~1.5份步驟(1)配製的改性水溶液中，浸泡得到改性高嶺土；3)將步驟(2)所得的改性高嶺土放入高溫爐煅燒，即得到納米尺度針狀莫來石；屬於陶瓷材料製備技術領域。
文檔編號C04B35/626GK102584190SQ201210104659
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者張志傑, 楊雲山, 譚越, 郭志山, 郭福瓊 申請人:廣東寶豐陶瓷科技發展股份有限公司