[发明专利]一种利用钽铌尾矿砂制备中空纤维陶瓷膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备中空纤维陶瓷膜的方法，尤其涉及一种利用钽铌尾矿砂制备中空纤维陶瓷膜的方法。

背景技术

钽铌矿伴生大量的锂云母，长石和高岭土。矿石经过破碎、筛分、重选、浮选、磁选等选矿工艺后，选别出钽铌精矿、锂云母、长石和高岭土等有用矿物后，还有大量细粒长石粉、云母和高岭土流入尾矿库，经重力沉降后在尾矿库内堆存。由于尾矿库库容有限，因此寻求新的钽铌尾矿砂资源化综合利用的新方法，实现固体废弃物的减量化、资源化和无害化，具有十分重要的环境效益和经济效益。

这些尾矿砂的主要成份是制备陶瓷的常见原料，但其中含有微量的重金属元素，用作陶瓷原料时，烧制的产品会产生黑色瑕疵，影响产品质量，所以这种尾矿砂很难在陶瓷厂的应用。

陶瓷膜具有强度高，耐极端恶劣条件，广泛使用在废水处理，药物分离，食品分离与纯化，钢水过滤等领域。目前商品陶瓷膜大多数是多通道的，这种陶瓷膜存在充填密度低，透过流道长，污染后难以恢复等缺点。近年来，利用Al₂O₃粉体制备类似聚合物中空纤维膜的研究广泛展开，由于Al₂O₃粉体价格较贵，烧结温度高等原因导致这些陶瓷膜制备成本较高，因此寻求价格低廉的陶瓷膜原料和降低烧结温度是降低陶瓷膜生产成本的努力方向。

钽铌尾矿砂中含有丰富的锂云母，近年来有少量专利报道综合利用钽铌尾矿砂中锂云母的申请。譬如：从钽铌尾矿中浮选分离锂云母精矿（201110025088.9）；利用钽铌尾矿锂云母制备硫酸铝铯、硫酸铝铷（201110026383.6）；利用钽铌尾矿锂云母制备碳酸锂除氟（201110026401.0）；利用钽铌尾矿锂云母制备明矾（201110026411.4）等。而对钽铌尾矿砂中的长石，高岭土等其他非金属矿的综合利用未见相关报道。而江瑜华等报道了一种氧化铝基陶瓷中空纤维制备方法（201010264781.7）。因此本发明结合中空纤维膜的制备方法，拟选用钽铌尾矿砂为原料，采用干湿相转化－烧结法制备中空纤维陶瓷膜。

发明内容

本发明的目的是一种综合利用钽铌矿选完钽铌精矿、锂云母、长石和高岭土后产生的尾矿砂，用其作原料制备中空纤维陶瓷膜。具有原料价格低廉，烧结温度低，能耗低；制得的中空纤维陶瓷膜成品具有孔隙率高，水通量大，机械强度高，由其封装的中空纤维陶瓷膜组件具有充填率高，膜表面积大，适用极端恶劣条件等优点。

本发明提出了一种综合利用钽铌尾矿砂的新方法-制备中空纤维陶瓷膜，其具体步骤如下:

1、将钽铌尾矿砂先用干燥箱干燥后，然后用不同孔径的筛子进行分级，再将不同粒度的尾矿砂粉体进行级配，得到陶瓷膜粉体原料；

2、将聚合物粘结剂、结构控制添加剂和溶剂一起加入带搅拌的溶解罐中，在30-80℃搅拌溶解4-24小时得到铸膜液；

3、再把步骤1中的陶瓷膜粉体原料和粉末颗粒分散剂加入到步骤2所制得的铸膜液中，机械搅拌10-24小时，由于粉末颗粒分散剂的加入防止了颗粒物在铸膜液中的沉降，得到均一的初生态膜纺丝液，纺丝液温度范围为30～60℃;初生态膜纺丝液经真空脱泡后在N₂压力作用下，由套环式纺丝头的环隙中挤出，经过空气间隙后，进入自来水凝胶介质中发生相转化，得到初生态中空纤维膜陶瓷膜，纺丝头泵座温度范围为20～50℃;初生态中空纤维陶瓷膜在自来水中浸泡10-24小时后，再在空气中自然干燥，得到初生态中空纤维陶瓷膜胚体；

4、步骤3所制得的初生态中空纤维陶瓷膜胚体放入马弗炉中，按照如下烧结工艺进行烧结：先以2～5℃/min升温速度升至200℃，并在200℃下保温0.5～1小时；再以1～3℃/min升温速度升高至500℃，并保温1～2小时；再以1～2℃/min升温速度升高至900℃，在900℃下保温4～6小时；再以2～5℃/min升温升高至1400℃，保温2～4小时；最后以1～5℃/min降温速率降低至10～35℃，得到中空纤维陶瓷膜。

所述的尾矿砂主要成分为：锂云母、粗长石、细长石、超细长石粉和高岭土等。

所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，N-甲基-2-吡咯烷酮，二甲基亚砜和三氯甲烷中的任意一种或几种的混合物。

所述的聚合物粘结剂为聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯中的任意一种或几种的混合物。

所述的结构控制添加剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚马来酸，聚氧化乙烯，聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸中的任意一种或者几种的混合物。