[发明专利]一种采用煤矸石制备莫来石晶须的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别涉及一种采用煤矸石制备莫来石晶须的方法。

背景技术

晶须通常被定义为在人工控制条件下生长成的具有一定长径比的一种单晶纤维材料，其直径非常小，以致于难以容纳在大晶体中经常出现的缺陷，其原子高度有序，强度接近于完整晶体的理论值，因而它具有优良的耐腐蚀性能、良好的机械强度、电绝缘性、轻量、高强度、高弹性模量、高硬度等特性，作为塑料、金属、陶瓷等的改性增强材料时显示出极佳的物理、化学性能和优异的力学性能。

莫来石晶须具有耐高温、耐磨损、抗氧化、热膨胀系数较小、高温强度较大、抗热震性能较好及具有高温蠕变小等优异性能，所以，莫来石晶须可作为陶瓷基复合材料中一种优异的增强增韧剂，其开发应用必将促进陶瓷基复合材料的研究和发展；在高温结构材料中莫来石晶须可提高材料的抗蠕变性能和抗热震性能；在制成无机过滤膜时，还可以利用晶须因具有比较光洁的表面，形状的特殊性(长径比大)，使其堆积成孔的方式与颗粒有很大的不同，这些特性使其具有较优异的防堵塞性能。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨，占中国工业固体废物排放总量的40％以上。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响居民的身体健康。保护环境是中国的基本国策，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出。

目前，莫来石晶须的制备方法主要有溶胶-凝胶法、Al₂O₃-SiO₂粉末煅烧法、矿物分解法、熔盐法等。其中，溶胶-凝胶法制备过程复杂不利于产业化，Al₂O₃-SiO₂粉末煅烧法、矿物分解法合成温度高、生产成本高，熔盐法是一种简单、适用、低成本的莫来石晶须合成方法。(聂建华，张寒，徐满，等.熔盐法合成莫来石晶须[J].稀有金属材料与工程，2009，38(增2)：1154-1157；朱伯铨，李雪冬，郝瑞，等.在硫酸钠熔盐中合成莫来石的热力学研究[J].硅酸盐学报，2006，34(1)：76-80)。但这类系统配方的缺点是，都是用化工原料合成莫来石晶须，存在原料成本高，不符合当前国家的能源管理政策。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低成本，减少环境污染，进一步拓宽煤矸石的回收利用途径的采用煤矸石制备莫来石晶须的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先将煤矸石装入刚玉球磨罐中，以刚玉球石为研磨体，水为研磨介质，再将刚玉球磨罐装在行星式球磨机上细磨30分钟，然后将球磨后的浆料干燥、研细并过40目筛；

2)将Al₂(SO₄)₃·18H₂O在研钵中研细，过20目筛；

3)将过筛后的煤矸石和Al₂(SO₄)₃·18H₂O、Na₂SO₄充分混合制成混合料，然后将混合料装入刚玉烧杯中并加盖密封，移至高温电炉中以10℃/分钟的升温速度自室温升温至1000～1200℃保温煅烧2～4小时，然后随炉自然冷却至室温；

所述的混合料中Al₂O₃与SiO₂的摩尔比为1.2～1.5∶1，Na₂SO₄的加入量为混合料质量的60％～70％；

4)将煅烧后物料先用蒸馏水洗涤、过滤、干燥，再用质量浓度为20％的HF酸洗涤、过滤、干燥后即得到莫来石晶须。

所述的Al₂(SO₄)₃·18H₂O的纯度为99.0％，Na₂SO₄纯度为99.0％。

所述的步骤1)中煤矸石∶刚玉球石∶水＝1∶2∶1的质量比。