[发明专利]一种以沙漠黄砂为原料低温合成的莫来石晶须及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以沙漠黄砂为原料低温合成的莫来石晶须及其制备方法，以沙漠黄砂引入硅源，硫酸铝引入铝源，基于莫来石理论化学式配比以及富铝与富硅的不同比例称取相应的原料，以无水硫酸钠作为熔盐介质，混合后置于行星球磨机中球磨30min，再将混合物置于坩埚内于800～1100℃煅烧1‑5 h，随炉冷却至室温，用水去除熔盐，过滤干燥后即可得到莫来石晶须。本发明优点在于：大幅度降低了沙漠黄砂合成莫来石晶须的能源消耗，较固相法合成莫来石晶须降低了300℃左右，且无需价格昂贵的晶须促进剂氟化铝和有毒物质烧结助剂五氧化二钒，制备过程简单，成本低，有力地推动了沙漠黄砂在低温合成莫来石晶须的资源化利用，具有较大的经济和社会价值。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体地说，是一种以沙漠黄砂为原料低温合成的莫来石晶须及其制备方法。

背景技术

莫来石作为铝硅酸盐体系中唯一稳定的化合物，在自然界中含量较少，天然的莫来石晶体外形呈细长的针状，具有十分优异的性能，诸如良好的耐酸碱性能和相对较低的热膨胀系数，比热容和热导率低，体积密度小，抗热震性能好等特性，因此获得广泛地应用。作为一类纤维材料，应用在陶瓷基复合材料中以增韧增强陶瓷基体效果十分显著。随着科学技术的不断发展，一些新工艺、新技术的不断更新，对于高长径比、高纯度、分散性好的莫来石晶须的需求量也越来越高。目前，合成莫来石晶须的方法主要有：矿物高温分解法、溶胶凝胶法、沉淀法、水热法、喷雾热解法、电熔法、固相反应合成法等。采用矿物高温分解法获得的莫来石往往纯度较低，且反应温度过高；而采用溶胶凝胶法、喷雾热解法、沉淀法、水热法虽然合成温度较低，但均采用的是高纯的原料，因而成本较高；采用电熔法或固相反应合成法获得的莫来石反应温度往往较高，而且在合成过程中需要加入晶须促进剂和烧结助剂，进一步增加了成本。基于以上分析，因而亟需寻找一种原料来源广泛、价格低廉、合成温度较低的方法来合成晶须状莫来石晶体。

熔盐法是一类可以在低温下合成莫来石晶体的方法，至今采用该方法合成莫来石晶体的报道尚少。如张冰等人利用高纯的氧化铝和氧化硅为原料，硫酸钾为熔盐介质，在1100℃～1300℃温度下合成莫来石晶体，由于其合成温度以及工艺要求较高，因而增加了能耗且不利于实际生产；聂建华、朱伯铨等人分别采用化工原料来制备莫来石晶须，按照Al₂O₃/SiO₂摩尔比3:2配料，虽然合成温度较低，但却存在原料成本高的突出缺点，而且并未探究富硅与富铝的配比对合成莫来石的影响；刘银等人采用废料煤矸石作为硅源，采用熔盐法以硫酸铝钾既为熔盐又为铝源于850℃～900℃合成了莫来石晶体，但获得的莫来石晶体团聚较严重，且长径比较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用来源广泛的低品位原料沙漠黄砂通过熔盐法低温合成莫来石晶须及其制备方法。本发明在保证制得高长径比针状的莫来石晶须前提下能够有效地降低合成莫来石的温度，较传统的固相法合成温度低300℃左右，且无需添加价格高昂的氟化铝和有毒的五氧化二钒，从而使得生产成本大大降低。

为了实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种以沙漠黄砂为原料低温合成莫来石晶须的方法，包括如下步骤：以沙漠黄砂为硅源，硫酸铝为铝源，无水硫酸钠为熔盐介质，在900～1000 ℃温度下煅烧合成莫来石晶须；所述硅源与铝源混合后Al₂O₃/SiO₂摩尔比为1.5～2.2；所述煅烧过程中的升温速率为2～10℃/min，煅烧过程中最高温度的保温时间为1～5小时。