CN101423375B - 一种陶瓷辊棒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种陶瓷辊棒及其制备方法。所采用的技术方案是:先将45~70wt%的陶瓷辊棒废料、10~20wt%的刚玉或特级矾土、8~15wt%的粘土、8~12wt%的Al2O3微粉、1~5wt%的硅微粉、1~3wt%的SiO2细粉、1~4wt%的羧甲基纤维素混合8~12小时,外加6~10wt%的结合剂和7~12wt%的水,陈腐24~36小时;然后在挤泥机中塑性挤出,等静压成型,干燥后在1400~1650℃的条件下烧成,保温2.5~3.5小时。本发明所用的原料为陶瓷辊棒废料,利用率高,且产品应用范围广附加值高,因而节约资源、保护环境、降低成本;陶瓷辊棒废料的利用是资源的再利用,故能减少对环境的污染。所制备的陶瓷辊棒具有良好的高温抗弯强度、抗蠕变能力、热震稳定性和耐火度。
Description
技术领域
本发明属于制备陶瓷辊棒的技术领域,具体涉及一种利用辊棒废料制备陶瓷辊棒的方法。
背景技术
陶瓷辊棒是辊道窑炉中经常更换的主要易损部件之一,它的质量情况直接影响着窑炉的正常运转和生产出的陶瓷产品的产量和质量。1994年我国已成为世界上陶瓷砖的最大生产国,96年年生产能力已经达到15.8亿平方米。陶瓷瓷砖主要采用辊道窑来烧成,陶瓷辊棒是辊道窑上的主要易损部件。因此,我国也是陶瓷辊棒消耗量最大的国家。
然而随着陶瓷辊棒的大量生产和使用,同时由于陶瓷辊棒须经加工切割之后才能投入工业使用,因此加工切割之后的边角余料以及断裂损耗而丢弃的废弃料急剧增多。这些废料由于无法大量回收,被堆积在工厂内外,不仅占地面积日益扩大,而且浪费资源,严重污染环境。因此,回收利用这些耐火材料废料,使这种极难处理的废料变成一种新型材料,从而实现资源重新利用并减轻环境负荷,具有重大意义。废弃莫来石辊棒破碎后,由于本身为莫来石,添加到制品中可以增加其莫来石含量,对提高其各方面的性能有很大的好处。同时,也增加了陶瓷辊棒的强度,使其可以在低于烧成温度下具有一定的强度,以达到实验要求。
在《非金属矿》期刊2004年27卷6期中的《陶瓷辊棒废料制造高档高耐磨研磨介质研究》一文阐述了陶瓷辊棒废料的一种利用方法。该方法就是以莫来石一刚玉质陶瓷辊棒废料为主要原料,以高岭土、滑石、碳酸钙和锆英石等为辅料,在CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系中,采用等静压成型和低温快烧工艺,生产出含铝量为50%~60%左右,以刚玉相为主晶相,莫来石、钙长石和镁铝尖晶石为次晶相的高档高耐磨的研磨介质。该方法的主要缺缺陷是:(1)低温快烧过程中,加入的粘土、碳酸钙、滑石、钾长石为溶剂,同时也带来了大量的杂质,从而降低了产品的性能。(2)此方法对辊棒废料的利用率不高,而且所制得的研磨介质的应用范围小。
发明内容
本发明的目的是提供一种能节约资源、保护环境、降低成本的利用陶瓷辊棒废料制备陶瓷辊棒的方法。所制得的陶瓷辊棒有良好的高温抗弯强度、抗蠕变能力、热震稳定性和耐火度等要求。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:先将45~70wt%的陶瓷辊棒废料、10~20wt%的刚玉或特级矾土、8~15wt%的粘土、8~12wt%的Al2O3微粉、1~5wt%的硅微粉、1~3wt%的SiO2细粉、1~4wt%的羧甲基纤维素混合8~12小时,外加6~10wt%的结合剂和7~12wt%的水,陈腐24~36小时;然后在挤泥机中塑性挤出,等静压成型,干燥后在1400~1650℃的条件下烧成,保温2.5~3.5小时。
其中:陶瓷辊棒废料或为加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、或为使用后的陶瓷辊棒废弃料、或为加工切割后的陶瓷辊棒边角余料和使用后的陶瓷辊棒废弃料,粒径小于40目;刚玉或为电熔刚玉、或为烧结刚玉、或为电熔刚玉和烧结刚玉的混合物,粒径均小于200目;粘土、SiO2细粉和特级矾土的粒径均小于200目,硅微粉的粒径小于10μm;结合剂或为磷酸二氢铝、或为磷酸二氢钠。
陶瓷辊棒废料的主要化学成分是:SiO2为18.1~27.4wt%,Al2O3为66.8~76.6wt%,ZrO2为2.15~4.78wt%,Fe2O3为0.16~0.25wt%,CaO为0.21~0.32wt%,MgO为0.11~0.16wt%,Na2O为0.25~0.36wt%,K2O为0.24~0.29wt%,TiO2为0.21~0.28wt%,烧失为1.21~2.78wt%。
由于采用上述技术方案,本发明所用的原料为陶瓷辊棒加工切割后的边角余料和使用后的废弃物,对辊棒废料的利用率高,而且产品陶瓷辊棒的应用范围广附加值高,因而种能节约资源、保护环境、降低成本;陶瓷辊棒废料的再利用是资源的再利用,故能减少对环境的污染。同时,用该方法利用辊棒废料制备的陶瓷辊棒具有良好的高温抗弯强度、抗蠕变能力、热震稳定性和耐火度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制:
实施例1:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将45~55wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、16~20wt%的电熔刚玉、13~15wt%的粘土、8~10wt%的Al2O3微粉、3~5wt%的硅微粉、1~2wt%的SiO2细粉和3~4wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合8~10小时,外加6~8wt%的磷酸二氢铝和9~12wt%的水,陈腐24~28小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1400~1420℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为18.1wt%,Al2O3为73.8wt%,ZrO2为4.78wt%,Fe2O3为0.25wt%,CaO为0.29wt%,MgO为0.11wt%,Na2O为0.36wt%,K2O为0.24wt%,TiO2为0.28wt%,烧失为1.79wt%。
本实施例1所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.47~2.51g/cm3,气孔率为23.5~23.9%,烧后抗折强度为46.7~47.2MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例2:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将55~70wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、10~16wt%的烧结刚玉、8~12wt%的粘土、8~9wt%的Al2O3微粉、1~3wt%的硅微粉、2~3wt%的SiO2细粉和1~3wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合10~12小时,外加7~9wt%的磷酸二氢钠和8~10wt%的水,陈腐26~30小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1450~1480℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为27.4wt%,Al2O3为66.8wt%,ZrO2为2.15wt%,Fe2O3为0.16wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.25wt%,K2O为0.29wt%,TiO2为0.2wt%,烧失为2.27wt%。
本实施例2所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.41~2.46g/cm3,气孔率为23.8~24.1%,烧后抗折强度为45.5~46.2MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例3:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将35~50wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、10~20wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、12~17wt%的特级矾土、12~15wt%的粘土、10~12wt%的Al2O3微粉、2~4wt%的硅微粉、2~3wt%的SiO2细粉和1~2wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合10~12小时,外加7~10wt%的磷酸二氢铝和10~12wt%的水,陈腐28~32小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1500~1520℃的条件下烧成,保温2.5~3小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为21.7wt%,Al2O3为71.4wt%,ZrO2为3.65wt%,Fe2O3为0.18wt%,CaO为0.21wt%,MgO为0.18wt%,Na2O为0.38wt%,K2O为0.25wt%,TiO2为0.21wt%,烧失为1.84wt%;使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为27.4wt%,Al2O3为66.8wt%,ZrO2为2.15wt%,Fe2O3为0.16wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.25wt%,K2O为0.29wt%,TiO2为0.2wt%,烧失为2.27wt%。
本实施例3所制得的陶瓷辊棒的体积密度2.39~2.43g/cm3,气孔率24.1~24.5%,烧后抗折强度47.3~48.1MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例4:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将55~60wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、8~12wt%的电熔刚玉、2~8wt%的烧结刚玉、9~12wt%的粘土、8~9wt%的Al2O3微粉、3~5wt%的硅微粉、1~2wt%的SiO2细粉和2~4wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合8~10小时,外加6~8wt%的磷酸二氢铝和7~9wt%的水,陈腐30~34小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1420~1450℃的条件下烧成,保温2.5~3小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为18.7wt%,Al2O3为72.6wt%,ZrO2为4.78wt%,Fe2O3为0.25wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.34wt%,K2O为0.29wt%,TiO2为0.28wt%,烧失为2.28wt%。
本实施例4所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.38~2.42g/cm3,气孔率为24.0~24.5%,烧后抗折强度为46.8~47.3MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例5:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将45~55wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、3~9wt%的电熔刚玉、7~11wt%的烧结刚玉、12~14wt%的粘土、10~12wt%的Al2O3微粉、2~4wt%的硅微粉、2~3wt%的SiO2细粉和1~3wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合8~10小时后,外加8~10wt%的磷酸二氢铝和10~12wt%的水,陈腐32~36小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1480~1500℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为24.7wt%,Al2O3为68.4wt%,ZrO2为3.87wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.24wt%,MgO为0.13wt%,Na2O为0.28wt%,K2O为0.26wt%,TiO2为0.24wt%,烧失为1.67wt%。
本实施例5所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.52~2.56g/cm3,气孔率为22.7~23.1%,烧后抗折强度为48.9~50.3MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例6:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将15~25wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、30~45wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、10~14wt%的电熔刚玉、8~10wt%的粘土、11~12wt%的Al2O3微粉、3~4wt%的硅微粉、1~3wt%的SiO2细粉和~2wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合10~12小时,外加7~8wt%的磷酸二氢钠和7~10wt%的水,陈腐32~34小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1550~1570℃的条件下烧成,保温2.5~3小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为20.4wt%,Al2O3为71.9wt%,ZrO2为3.46wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.31wt%,K2O为0.24wt%,TiO2为0.24wt%,烧失为2.76wt%;使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为23.1wt%,Al2O3为69.4wt%,ZrO2为4.12wt%,Fe2O3为0.18wt%,CaO为0.31wt%,MgO为0.12wt%,Na2O为0.29wt%,K2O为0.27wt%,TiO2为0.23wt%,烧失为1.98wt%。
本实施例6所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.53~2.58g/cm3,气孔率为21.8~22.3%,烧后抗折强度为51.6~52.1MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例7:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将25~35wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、20~35wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、15~20wt%的烧结刚玉、10~13wt%的粘土、10~11wt%的Al2O3微粉、1~2wt%的硅微粉、1~2wt%的SiO2细粉和3~4wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合8~10小时,外加7~10wt%的磷酸二氢铝和8~12wt%的水,陈腐26~28小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1600~1620℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为20.4wt%,Al2O3为71.9wt%,ZrO2为3.46wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.31wt%,K2O为0.24wt%,TiO2为0.24wt%,烧失为2.76wt%;使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为21.1wt%,Al2O3为70.8wt%,ZrO2为4.78wt%,Fe2O3为0.25wt%,CaO为0.29wt%,MgO为0.12wt%,Na2O为0.35wt%,K2O为0.24wt%,TiO2为0.28wt%,烧失为1.79wt%。
本实施例7所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.49~2.52g/cm3,气孔率为22.6~22.9%,烧后抗折强度为49.2~50.4MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例8:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将60~70wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、10~15wt%的特级矾土、8~12wt%的粘土、8~10wt%的Al2O3微粉、1~3wt%的硅微粉、1~2wt%的SiO2细粉和1~3wt%的羧甲基纤维素在搅拌机内混合8~10小时,外加8~9wt%的磷酸二氢铝和9~10wt%的水,陈腐28~30小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1620~1650℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为21.1wt%,Al2O3为70.8wt%,ZrO2为4.78wt%,Fe2O3为0.25wt%,CaO为0.29wt%,MgO为0.12wt%,Na2O为0.35wt%,K2O为0.24wt%,TiO2为0.28wt%,烧失为1.79wt%。
本实施例8所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.52~2.57g/cm3,气孔率为22.1~22.4%,烧后抗折强度为54.4~55.1MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例9:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将50~60wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、14~20wt%的特级矾土、11~13wt%的粘土、9~11wt%的Al2O3微粉、2~3wt%的硅微粉、2~3wt%的SiO2细粉和1~3wt%的羧甲基纤维素在搅拌机内混合10~12小时,外加6~8wt%的磷酸二氢钠和7~9wt%的水,陈腐30~32小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1500~1540℃的条件下烧成,保温2.5~3小时。
使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为21.6wt%,Al2O3为72.7wt%,ZrO2为2.87wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.31wt%,MgO为0.17wt%,Na2O为0.30wt%,K2O为0.25wt%,TiO2为0.23wt%,烧失为1.36wt%。
本实施例9所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.50~2.53g/cm3,气孔率为21.4~21.8%,烧后抗折强度为49.7~50.2MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
实施例10:
一种陶瓷辊棒及其制备方法。先将40~60wt%的加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、5~10wt%的使用后的陶瓷辊棒废弃料、5~10wt%的电熔刚玉、5~10wt%的烧结刚玉、10~12wt%的粘土、8~10wt%的Al2O3微粉、3~4wt%的硅微粉、2~3wt%的SiO2细粉和2~3wt%的羧甲基纤维素在球磨机内混合8~10小时,外加9~10wt%的磷酸二氢铝和7~8wt%的水,陈腐26~28小时;然后用挤泥机塑性挤出,等静压成型,干燥后在1520~1550℃的条件下烧成,保温3~3.5小时。
加工切割后的陶瓷辊棒边角余料的主要化学成分是:SiO2为23.4wt%,Al2O3为70.9wt%,ZrO2为2.87wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.32wt%,MgO为0.16wt%,Na2O为0.28wt%,K2O为0.26wt%,TiO2为0.24wt%,烧失为1.36wt%。使用后的陶瓷辊棒废弃料的主要化学成分是:SiO2为21.6wt%,Al2O3为72.7wt%,ZrO2为2.87wt%,Fe2O3为0.21wt%,CaO为0.31wt%,MgO为0.17wt%,Na2O为0.30wt%,K2O为0.25wt%,TiO2为0.23wt%,烧失为1.36wt%。
本实施例10所制得的陶瓷辊棒的体积密度为2.52~2.55g/cm3,气孔率为21.1~21.4%,烧后抗折强度为52.3~52.8MPa,热稳定性在1100℃下风冷5次不裂。
在上述的实施例1~10中,所涉及到的混合物的粒径分别是:加工切割后的陶瓷辊棒边角余料和使用后的陶瓷辊棒废弃料的粒径均小于40目;电熔刚玉、烧结刚玉、粘土、SiO2细粉和特级矾土的粒径均小于200目;硅微粉的粒径小于10μm。
本具体实施方式所用的原料为陶瓷辊棒废料,利用率高,且产品应用范围广附加值高,因而节约资源、保护环境、降低成本;陶瓷辊棒废料的利用是资源的再利用,故能减少对环境的污染。所制备的陶瓷辊棒具有良好的高温抗弯强度、抗蠕变能力、热震稳定性和耐火度。
Claims (5)
1.一种陶瓷辊棒的制备方法,其特征在于先将45~70wt%的陶瓷辊棒废料、10~20wt%的刚玉或特级矾土、8~15wt%的粘土、8~12wt%的Al2O3微粉、1~5wt%的硅微粉、1~3wt%的SiO2细粉和1~4wt%的羧甲基纤维素混合8~12小时,外加6~10wt%的结合剂和7~12wt%的水,陈腐24~36小时;然后在挤泥机中塑性挤出,等静压成型,干燥后在1400~1650℃的条件下烧成,保温2.5~3.5小时;
所述的陶瓷辊棒废料的主要化学成分是:SiO2为18.1~27.4wt%,Al2O3为66.8~76.6wt%,ZrO2为2.15~4.78wt%,Fe2O3为0.16~0.25wt%,CaO为0.21~0.32wt%,MgO为0.11~0.16wt%,Na2O为0.25~0.36wt%,K2O为0.24~0.29wt%,TiO2为0.21~0.28wt%,烧失为1.21~2.78wt%;
所述的结合剂为磷酸二氢铝、或为磷酸二氢钠。
2.根据权利要求1所述的陶瓷辊棒的制备方法,其特征在于所述的陶瓷辊棒废料为加工切割后的陶瓷辊棒边角余料、或为使用后的陶瓷辊棒废弃料、或为加工切割后的陶瓷辊棒边角余料和使用后的陶瓷辊棒废弃料,粒径均小于40目。
3.根据权利要求1所述的陶瓷辊棒的制备方法,其特征在于所述的刚玉为电熔刚玉、或为烧结刚玉、或为电熔刚玉和烧结刚玉的混合物,粒径均小于200目。
4.根据权利要求1所述的陶瓷辊棒的制备方法,其特征在于所述的粘土、SiO2细粉和特级矾土的粒径均小于200目,硅微粉的粒径小于10μm。
5.根据权利要求1~4项中任一项所述的陶瓷辊棒的制备方法所制得的陶瓷辊棒。
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