[发明专利]一种电解锰渣多孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明所属的技术领域是陶瓷材料制备技术领域，主要涉及一种电解锰渣多孔陶瓷的制备方法。

背景技术

锰作为一种战略资源，在国民经济中具有不可替代的重要地位，我国电解锰产量占世界电解锰产量的95％以上，位居世界第一。然而，每生产一吨电解锰约产生5～8吨的电解锰渣。大量的锰渣不仅占用了大片的土地，而且因为其含有一定量的有害物质，随雨水冲刷也严重污染环境。如不加以处理和利用，对环境危害更大。

目前锰渣的处理技术主要有几种：一是将锰渣作为生产水泥、保温砌块、陶瓷、玻璃装饰材料等材料的原料，二是制成锰复合肥施用于农田或林地，三是在已经被锰渣污染的地区或在锰渣堆上直接种植耐锰植物，进行生态修复。专利CN102050616公开了一种利用锰渣制备刚玉-莫来石复相陶瓷的方法，该法以锰渣、高铝矾土和高岭土为原料，通过压制成型、固相烧结得到陶瓷材料。烧结过程中，形成了硅灰石、刚玉、莫来石晶体交错的骨架结构，不仅得到了高强度的材料，而且使锰固结于晶相中，实现了无害化处理。专利CN101973555发明了一种利用锰渣制备锰肥和白炭黑的方法，该法将锰渣用稀酸和水洗涤，与强碱溶液，滤液经脱色后，与无机酸和端羧基超支化聚酯反应得到白炭黑；滤渣与磷酸、抗结块剂、硫酸锰混合得到锰肥。专利CN102037846公开了一种植物在锰尾矿渣上定居方法，将芥菜、野葛等种植在锰尾渣区，从而达到修复改良土壤的目的。

目前尚无关于利用电解锰渣制备具有吸附性能和过滤性能的多孔陶瓷材料方面的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解锰渣多孔陶瓷的制备方法。该方法锰渣利用量大、工艺过程简单、无二次污染，实现了锰渣的资源化利用。

本发明的技术方案，包括以下步骤：

(1)往锰渣中添加添加剂：致孔剂、粘结剂、助熔剂，混合均匀，得到混合物料；致孔剂、粘结剂和助熔剂的添加量分别占锰渣质量的5％～45％、0％～35％和0～10％，锰渣和添加剂的粒度控制在80～200目之间；

(2)采用钢质模具将混合物料压制成型，得到生坯，干燥；

(3)将生坯放入高温电炉中程序控温烧结，冷却后取出，得到多孔陶瓷。

本发明的方法中，所述的锰渣包括氧化锰矿石还原浸出渣或碳酸锰矿石浸出渣中的一种或两种，其中含有：Mn 1％～4％，Si 8％～15％，Fe 1％～6％，Ca2％～15％，Al 1％～10％，Mg、Na、K均小于4％。

所述的致孔剂包括低温致孔剂和/或高温致孔剂中的一种或几种。低温致孔剂包括碳粉、煤粉、锯末或淀粉；高温致孔剂包括石墨、石灰石或白云石。

所述的程序控温的起始温度为室温至致孔剂的燃烧或分解温度范围内；最终烧结温度为900～1300℃。

本发明工艺中程序控温过程中升温速率为2～10℃/分钟。

本发明的方法中，选用低温致孔剂的一种或几种，与高温致孔剂中的一种或几种，组合成复合致孔剂。

复合致孔剂采用程序控温进行烧结的方法是，先升至低温致孔剂的燃烧或分解的温度并保温10～30分钟；继续升温至高温致孔剂分解的温度并保温10～30分钟；继续升温至最终烧结温度900～1300℃，保温30～80分钟；烧结后冷却，得到多孔陶瓷材料。

低温致孔剂燃烧或分解的温度范围为：碳粉250～550℃，煤粉300～750℃，锯末400～500℃，淀粉300～400℃，高温致孔剂分解的温度范围为：石墨600～900℃，石灰石800～980℃，白云石670～1050℃。

为了更多的利用电解锰渣资源，并制备抗压强度和空隙率高的多孔陶瓷，本发明的方法中原料中，电解锰渣和致孔剂的质量分别为原料总质量的65％～90％和10％～30％，其余为粘结剂和/或助熔剂。

本发明优选的实施方案在于，最终烧结温度为1070～1180℃，保持最终烧结温度的时间为30～60分钟，以使原料转化为高强度的陶瓷晶相。

本发明工艺中所述的粘结剂包括粘土、膨润土、高岭土、硅酸钠、水玻璃、淀粉、石蜡、甲基丙烯酸甲脂或聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或几种。

本发明工艺中所述的助熔剂包括石英、长石、蛇纹石、页岩、珍珠岩、煅烧后的白云石或石灰石中的一种或几种，所述的煅烧后的白云石或石灰石的煅烧温度为950～1200℃，煅烧时间为1～4小时。

本发明的方法中，生坯压制的压强为1～15MPa，压制时间为1～10分钟；生坯压制后可以在自然条件下风干，也可在电炉中干燥，干燥温度为80～110℃，干燥时间为3～8小时。