第3期 熊林等：粉煤灰基多孔陶瓷过滤材料的制备和性能 ·319° 灰制备多孔生物滤料方面0-，部分文献对利用 形玻璃体.造孔剂为取自兴隆庄的QM煤粉，黏结 粉煤灰制备泡沫陶瓷和多孔陶瓷膜进行了 剂为黏土类矿物.原料的化学成分、工业分析以及 探索，在这些研究中还存在制备工艺复杂、粉煤灰 粒度组成（采用Mastersizer2000型激光粒度分析仪 使用比例不高和制品尺寸较小等问题.本文以粉 测得)分别列于表1和表2 煤灰为骨料，煤粉为造孔剂，采用简单工艺在较低 温度下制备了较大尺寸的多孔陶瓷过滤材料，研 M一莫来石(3A1,0.·20) Q-石英Si0,) 究了造孔剂用量和烧结温度对其显气孔率、密度、 H一赤铁矿e,O,) 吸水率、抗弯强度、孔径分布、透气度、物相以及显 微结构的影响 1实验方法 1.1实验原料 H M 骨料采用发电厂的粉煤灰，其X射线衍射 4 50 60 70 20 (D特征峰如图1所示.由图1可知，粉煤灰的 主要晶相为石英(S))、莫来石(3A!9·2S0)和 图1粉煤灰的XRD图谱 少量的赤铁矿(FO),同时还存在一定量的无定 Fg1 XRD Patem of the f形ah 表1原料的化学成分和工业分析（质量分数） Tab1 Chemical comnposition and Proxmate analysis of raw materal % 种类 TFe SO A]Q Cao M KO NaO P T02 残C 粉煤灰 7.61 44.19 27.27 3.09 3.73 3.14 037 0.043 184 385 黏结剂 434 5476 1298 607 249 202 202 024 0018 挥发分(V 灰分(Aa 硫分(S 固定碳(C 造孔剂 3494 7.85 046 5646 表2原料的粒度组成 瓷的显气孔率、密度和吸水率，用三点弯曲法在 Tab le2 Panic le size distrbution of raw ma terial 以m wik/Roell☑00万能试验机上测试抗弯强度（跨 种类 平均粒度 Dip Do 060 粉煤灰 距30m每组10块试样，加载速度5mmmr'), 50.03 686 45.35 7017 黏结剂 25.89 365 1656 57.12 用国标GB968一80规定的方法测定多孔陶瓷的透 造孔剂 19.85 176 9.81 5264 气度，用PorMast压汞仪测定多孔陶瓷的孔径分 布，用X射线衍射仪(DMAX-2200C型)测定原 1.2样品制备 料及多孔陶瓷的物相组成（扫描范围10°~80°，扫 将配料研磨均匀后，外配24%的水分，在一定 描速率为5°。mr),用场发射扫描电子显微镜 温度和湿度下陈化2d然后在压力机上模压成 $50mnm<7mm的圆片，每块样品的质量为20号成 (Quan00EG型)观察多孔陶瓷的显微结构. 型压力为10.2MPa成型后的试样在低温烘干12h 2结果与讨论 后，用高温马弗炉按设定的升温程序将试样烧制成 最终成品. 2.1造孔剂用量对多孔陶瓷性能的影响 固定黏结剂用量为5%（质量分数，下同），在烧 在烧结温度1150℃保温60m时，研究了造 结温度1150℃、保温60m时.通过改变造孔剂用 孔剂用量对多孔陶瓷性能的影响，其结果如表3所 量(25%、30%、35%和40%)来研究造孔剂对多孔 示.从表3中可以看出，多孔陶瓷的显气孔率和吸 陶瓷材料性能的影响.在粉煤灰用量60%、造孔剂 水率随着造孔剂用量的增加而升高.在制品烧结过 用量35%、保温60m的条件下，研究不同烧结温 程中，造孔剂在高温时燃尽，留下空隙，形成孔道，随 度(1100.11501175和1200℃)对多孔陶瓷材料 着造孔剂用量的增加，其燃尽后留在坯体中的空隙 性能的影响. 总体积也增加，使制品的结构变得疏松，有利于显气 1.3性能的表征与检测 孔率和吸水率的提高.但是，随着造孔剂用量的增 采用抽真空法(GB/T1966一1996)测定多孔陶 加，抗弯强度和密度却逐渐降低.这是因为随着造第 3期 熊 林等:粉煤灰基多孔陶瓷过滤材料的制备和性能 灰制备多孔生物滤料方面 [ 10--12] , 部分文献对利用 粉煤灰制备泡沫陶瓷 [ 13] 和多孔陶瓷膜 [ 14] 进行了 探索 .在这些研究中还存在制备工艺复杂、粉煤灰 使用比例不高和制品尺寸较小等问题 .本文以粉 煤灰为骨料, 煤粉为造孔剂, 采用简单工艺在较低 温度下制备了较大尺寸的多孔陶瓷过滤材料, 研 究了造孔剂用量和烧结温度对其显气孔率、密度、 吸水率 、抗弯强度 、孔径分布 、透气度 、物相以及显 微结构的影响 . 1 实验方法 1.1 实验原料 骨料采用发电 厂的粉煤灰, 其 X射线衍射 ( XRD)特征峰如图 1所示 .由图 1可知, 粉煤灰的 主要晶相为石英 ( SiO2 ) 、莫来石 ( 3Al2 O3·2SiO2 )和 少量的赤铁矿 ( Fe2O3 ), 同时还存在一定量的无定 形玻璃体 .造孔剂为取自兴隆庄的 QM煤粉, 黏结 剂为黏土类矿物 .原料的化学成分、工业分析以及 粒度组成 (采用 Mastersizer2000型激光粒度分析仪 测得 )分别列于表 1和表 2. 图 1 粉煤灰的 XRD图谱 Fig.1 XRDpatternoftheflyash 表 1 原料的化学成分和工业分析 (质量分数 ) Table1 Chemicalcompositionandproximateanalysisofrawmaterial % 种类 TFe SiO2 Al2 O3 CaO MgO K2 O Na2O P S TiO2 残 C 粉煤灰 7.61 44.19 27.27 3.09 3.73 3.14 0.37 — 0.043 1.84 3.85 黏结剂 4.34 54.76 12.98 6.07 2.49 2.02 2.02 0.24 0.018 — — 造孔剂 挥发分 ( Vad) 灰分 ( Aad) 硫分 ( St) 固定碳 ( Cf) 34.94 7.85 0.46 56.46 表 2 原料的粒度组成 Table2 Particlesizedistributionofrawmaterial μm 种类 平均粒度 D10 D50 D90 粉煤灰 50.03 6.86 45.35 70.17 黏结剂 25.89 3.65 16.56 57.12 造孔剂 19.85 1.76 9.81 52.64 1.2 样品制备 将配料研磨均匀后, 外配 24%的水分, 在一定 温度和湿度下陈化 2 d.然后在压力机上模压成 50mm×7 mm的圆片, 每块样品的质量为 20 g, 成 型压力为 10.2 MPa.成型后的试样在低温烘干 12 h 后, 用高温马弗炉按设定的升温程序将试样烧制成 最终成品. 固定黏结剂用量为 5%(质量分数, 下同 ), 在烧 结温度 1 150℃、保温 60 min时, 通过改变造孔剂用 量 ( 25%、30%、35%和 40%)来研究造孔剂对多孔 陶瓷材料性能的影响.在粉煤灰用量 60%、造孔剂 用量 35%、保温 60 min的条件下, 研究不同烧结温 度 ( 1 100、1150、1 175和 1 200 ℃) 对多孔陶瓷材料 性能的影响 . 1.3 性能的表征与检测 采用抽真空法 ( GB/T1966— 1996)测定多孔陶 瓷的显气孔率 、密度和吸水率, 用三点弯曲法在 Zwick/RoellZ100万能试验机上测试抗弯强度 (跨 距 30 mm, 每组 10块试样, 加载速度 5 mm·min -1 ), 用国标 GB1968— 80规定的方法测定多孔陶瓷的透 气度, 用 PoreMaster压汞仪测定多孔陶瓷的孔径分 布, 用 X射线衍射仪 ( D/MAX--2200PC型 )测定原 料及多孔陶瓷的物相组成 (扫描范围 10°～ 80°, 扫 描速率为 5°·min -1 ), 用场发射扫描电子显微镜 ( Quanta200FEG型 )观察多孔陶瓷的显微结构. 2 结果与讨论 2.1 造孔剂用量对多孔陶瓷性能的影响 在烧结温度 1 150 ℃、保温 60 min时, 研究了造 孔剂用量对多孔陶瓷性能的影响, 其结果如表 3所 示.从表 3中可以看出, 多孔陶瓷的显气孔率和吸 水率随着造孔剂用量的增加而升高.在制品烧结过 程中, 造孔剂在高温时燃尽, 留下空隙, 形成孔道, 随 着造孔剂用量的增加, 其燃尽后留在坯体中的空隙 总体积也增加, 使制品的结构变得疏松, 有利于显气 孔率和吸水率的提高 .但是, 随着造孔剂用量的增 加, 抗弯强度和密度却逐渐降低 .这是因为随着造 · 319·