[发明专利]一种六钛酸钠晶须多孔陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷技术领域。具体涉及一种六钛酸钠晶须多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

六钛酸钠晶须具有高强度、低热导和环保等特性，在摩擦、生物、催化、隔热及复合材料等领域具有广泛的应用前景。以六钛酸钠晶须为主要组成部分的多孔陶瓷，具有气孔率高、耐高温、化学稳定性高和热震稳定性好等优良性能，用于溶液/高温烟气过滤、气体/离子交换和催化载体等领域。

六钛酸钠晶须的制备方法主要有水热法、烧结法、助熔剂法和熔融法等，虽各有优点，但都存在一些不足：水热法需要高温高压，条件苛刻；烧结法制备的晶须分离困难，晶须尺寸不易控制；助熔剂法制备的晶须虽长径比大、尺寸可控，但由助熔剂引入的杂质夹杂在产物中，很难清除干净，影响晶须的性能；熔融法需将原料高温熔融，并需将随后的物料经过两次或多次高温煅烧处理，制得的晶须在结晶过程中容易结团和成块，能耗大和生产成本过高。

六钛酸钠晶须多孔陶瓷是以六钛酸钠晶须为主要原料制备的材料，也存在一些不足：⑴制备过程中引入的添加剂、结合剂或填料，很多为有机物，在产品制备或高温使用过程中，发生分解、氧化而产生有毒或污染性气体排放，影响环境；⑵制备过程中引入的添加剂或助熔剂，容易导致晶须之间粘连、团聚，其易与晶须发生副反应，产生杂相，影响材料的性能；⑶晶须在与其他原料混合、成型、烧成过程中，很难在体系中分散均匀，容易团聚，且在混合或搅拌过程中，晶须容易被机械装置折断，进而影响材料的性能；⑷产品制备过程中，原位形成的晶须，尺寸和分布很难有效控制，进而无法实现多孔陶瓷材料性能的优化。

近年来，随着化工、生物等行业的快速发展，钛及其化合物的用途越来越广，在产品生产及使用过程中产生的含钛废料也越来越多，如何高效利用含钛废料，成为一项非常重要和迫切的研究工作。当前，针对含钛废料开展的回收利用方法较多，例如通过共熔、化学浸取、结晶及煅烧等工艺回收钛，虽取得了共知的进展，但现有技术方法大多工艺复杂，且经过提取钛后，仍会产生二次废料。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种原料来源广泛、生产成本低和工艺简单的六钛酸钠晶须多孔陶瓷的制备方法，用该方法制备的六钛酸钠晶须多孔陶瓷中晶须尺寸均匀、所制制品的耐压强度大和孔隙率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：

第一步、将含钛废料在1000~1300℃条件下热处理2~4小时，再粉磨至粒度小于0.045mm，得到粉磨料A；然后将50~70wt%的所述粉磨料A、10~20wt%的钛白粉和10~30wt%的热固性树脂混合均匀，于50~100MPa条件下压制成型，在1200~1400℃和中性气氛中热处理1~3小时，破碎，粉磨至粒度小于0.088mm，得到粉磨料B。

第二步、将40~60wt%的所述粉磨料B、1~10wt%的草酸钾、10~30wt%的无水碳酸钠和10~30wt%的三水乙酸钠混合均匀，研磨0.5~1小时，得到研磨料。

第三步、将10~20wt%的所述粉磨料B、30~50wt%的所述研磨料、10~30wt%的石灰石颗粒、1~10wt%的无水碳酸钠和1~10wt%的热固性树脂混合均匀，于50~100MPa条件下压制成型，先在600~800℃条件下热处理1~3小时，然后在900~1100℃条件下热处理1~3小时，即得所述六钛酸钠晶须多孔陶瓷。

所述含钛废料：Ti含量大于52wt%，Al、Ni、V、Co、Cr、Ca和Si的含量总和小于0.9wt%；所述含钛废料的粒度小于0.088mm。

所述钛白粉的粒度小于0.088mm，所述钛白粉中TiO₂的含量大于98wt%。

所述中性气氛为氮气气氛或为氩气气氛。

所述草酸钾中K₂C₂O₄·H₂O的含量大于99wt%，所述草酸钾的颗粒粒度小于0.088mm。

所述无水碳酸钠的颗粒粒度小于0.088mm，所述无水碳酸钠中Na₂CO₃的含量大于99wt%。

所述石灰石颗粒的粒度为0.088~0.25mm，所述石灰石颗粒中CaO的含量大于54wt%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：