CN102173735A

CN102173735A - 一种高Fe2O3含量和高电导率陶瓷的制备方法

Info

Publication number: CN102173735A
Application number: CN2011100089276A
Authority: CN
Inventors: 吴建青; 宁磊; 彭诚
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明的一种高Fe₂O₃含量和高电导率陶瓷的制备方法，是将含铁较高的固体废弃物和粘土按质量比0.25∶1～10∶1混合，加水形成浆料后，经高铝球球磨4-8小时成250目筛余1.0-2.0％的泥浆料，再经喷雾干燥造粒后得到造粒后粉体；造粒后粉体经干压成形后烧成，烧成温度为1020～1200℃，烧成时间为30～90分钟，所制备陶瓷产品的Fe₂O₃含量为10～40％，电导率大于1.0×10^-7S/m。本发明的生产原料来源丰富且价格便宜，解决了矿场和对氨基苯酚厂等企业的废料处理问题；并且本发明的生产工艺简单，能够大规模工业化生产；所制备的陶瓷产品具有高Fe₂O₃含量、高电导率及高强度等优点。

Description

一种高Fe2O3含量和高电导率陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷工业领域，具体涉及一种高Fe₂O₃含量和高电导率陶瓷的制备方法。

背景技术

伴随着经济的快速发展，我国每年消耗大量的矿产资源。这些矿产资源在开采、提纯过程中产生了大量的含铁较高的尾矿和除铁废渣。与此同时，我国制药、化工等行业大量使用铁粉作为还原剂或者催化剂，每年都产生大量的含铁工业废渣(如对氨基苯酚厂废渣、合成氨废催化剂等)。这些含铁的固体废弃物往往无法及时处理而堆积成山，污染环境。若将其填埋处理需要耗费大量资金和土地，同时也对土壤和地下水造成污染。

这些工业废弃物中的含铁氧化物经过灼烧最终形成Fe₂O₃。Fe₂O₃是一种半导体材料，与陶瓷原料中常见的氧化物相比具有较高的电导率，并且能够与其它金属氧化物形成铁氧体，具有良好的吸波特性。在陶瓷材料中，Fe₂O₃的存在还能够强化玻璃相，提高陶瓷的强度。利用含铁较高的尾矿和工业废渣作为陶瓷原料，生产具有吸波、防静电等功能的高电导率陶瓷材料，可以变废为宝，既减少排放又能创造价值，带来显著的经济效益和社会效益。

目前，国内部分科研院所和企业也开展了合理利用含铁尾矿的研究。例如，2007年01月03日公开的公开号为CN1887796的专利文件利用铁矿石尾矿制备Si₃N₄/TiN复相导电陶瓷材料，但其成本较高，不可能大规模应用而受到限制。1990年11月28日公开的公开号为CN1047274的专利文件2007年5月23日公开的公开号为CN1966456的专利文件分别提出了利用铁矿尾矿和钢铁厂废炉渣替代部分陶瓷原料制作陶瓷产品，主要侧重于废弃物对建筑陶瓷原料的替代，并且添加量较少，但产品不具有高Fe₂O₃含量、高电导率的特征。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高Fe₂O₃含量和高电导率陶瓷的制备方法。即以含铁尾矿或者工业废渣等固体废弃物和含Al₂O₃和Fe₂O₃的粘土为原料，原料经球磨粉碎、喷雾造粒、干压成形、烧成后产品即为高Fe₂O₃含量和高电导率陶瓷。

本发明的目的具体按以下步骤实现：

(1)将所述固体废弃物和粘土按质量比0.25∶1～10∶1混合后，加水形成浆料；

(2)所述浆料经高铝球球磨4-8小时成250目筛余1.0-2.0％的泥浆料；

(3)所述泥浆料经喷雾干燥造粒后得到造粒后粉体；

(4)所述造粒后粉体干压成形后烧成，烧成温度为1020～1200℃，烧成时间为30～90分钟。

上述固体废弃物为花岗岩尾矿、矿物除铁废渣、对氨基苯酚厂废渣或者合成氨催化剂废渣中的任一种；固体废弃物的含铁氧化物质量百分含量大于10％。

上述粘土中Al₂O₃质量百分含量为15％～35％，Fe₂O₃质量百分含量为0.1～3％。

根据国标GBT 3810.3-2006中的方法测陶瓷样品的吸水率、显气孔率和表观密度；用三点抗弯法测条状陶瓷试样的抗折强度；用表面被银的方法测得所制备陶瓷样品的电导率。

相比现有技术，本发明具有如下优点和效果：

1、本发明的生产原料为含铁尾矿或者工业废渣和粘土，来源丰富且价格便宜，并且解决了矿场和对氨基苯酚厂等企业的废料处理问题，创造显著的社会效益和经济效益。

2、本发明生产工艺简单，能够大规模工业化生产。

3、本发明产品中的氧化铁含量在10％-40％，由于氧化铁中的Fe³⁺对陶瓷中的玻璃相有强化作用，获得的陶瓷产品具有较高的强度。

4、本发明产品的电导率大于1.0×10^-7S/m，远远高于常规的长石质瓷或氧化铝瓷，后者电导率在10^-11～10^-14S/m之间(CRC Materials Science and Engineering Handbook，Third Edition，Edited by James F.Shackelford and William Alexander，CRC Press 2001，page，565)。

具体实施方法

为更好的理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明作进一步的解释，但并不局限于此。

实施例1

1、将6.67Kg花岗岩除铁废渣与3.33Kg粘土混合，加水形成固含量为60％的浆料，花岗岩除铁废渣的主要成分如表1所示，粘土的主要成分如表2所示。

2、将浆料装入高铝球球磨机，球磨6小时后进入喷雾干燥塔造粒。

3、造粒后的粉体经压机干压成型后干燥。

4、坯体在辊道窑上烧成。烧成时间是60分钟，烧成温度是1130℃。

表1

主要成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O
								含量/％	42.85	11.52	32.06	0.95	3.61	4.52	2.97

表2

主要成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O
								含量/％	56.84	31.93	1.58	0.24	0.16	0.15	1.40

根据国标GBT 3810.3-2006中的方法测得陶瓷样品的吸水率为0.08％、显气孔率为0.24％、表观密度为2.75g/cm³、用三点抗弯法测得条状试样的抗折强度为68MPa、用表面被银的方法测得样品的电导率为69.4×10^-7S/m。

以下实施例采用与实施例1相同组成成分的花岗岩除铁废渣和粘土，并且吸水率、显气孔率、表观密度、抗折强度及电导率的测定方法都与实施例1所采用的方法相同。

实施例2

将7.5Kg花岗岩除铁废渣与2.5Kg粘土混合，加水形成固含量为60％的浆料。按照实施例1所述步骤制备陶瓷样品。按照实施例1所述方法测得陶瓷样品的吸水率为0.24％、显气孔率为0.64％、表观密度为2.71g/cm³、抗折强度为60MPa、电导率为11.6×10^-7S/m。

实施例3

将8.35Kg花岗岩除铁废渣与1.7Kg粘土混合，加水形成固含量为60％的浆料。按照实施例1所述步骤制备陶瓷样品。按照实施例1所述方法测得陶瓷样品的吸水率为0.51％、显气孔率为1.35％、表观密度为2.66g/cm³、抗折强度为61MPa、电导率为1.22×10^-7S/m。

实施例4

将9Kg花岗岩除铁废渣与1Kg粘土混合，加水形成固含量为60％的浆料。按照实施例1所述步骤制备陶瓷样品。按照实施例1所述方法测得陶瓷样品的吸水率为0.61％、显气孔率为1.44％、表观密度为2.63g/cm³、抗折强度为55MPa、电导率为1.07×10^-7S/m。

实施例5

将2.5Kg对氨基苯酚厂废渣与7.5Kg粘土混合，加水形成固含量为60％的浆料，对氨基苯酚厂废渣主要成分组成如表3所示。按照实施例1所述步骤制备陶瓷样品。按照实施例1所述方法测得陶瓷样品的吸水率为0.10％、显气孔率为0.35％、表观密度为2.74g/cm³、抗折强度为57MPa、电导率为33.1×10^-7S/m。

表3

主要成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	烧失量
								含量/％	5.22	0.59	78.13	1.24	2.89	2.59	9.34

Claims

1.一种高Fe₂O₃含量和高电导率陶瓷的制备方法，其特征在于以含Fe₂O₃的固体废弃物和含Al₂O₃和Fe₂O₃的粘土为原料，原料经球磨粉碎、喷雾造粒、干压成形、烧成。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)将所述固体废弃物和粘土按质量比0.25∶1～10∶1混合后，加水形成浆料；(2)所述浆料经高铝球球磨4-8小时成250目筛余1.0-2.0％的泥浆料；(3)所述泥浆料经喷雾干燥造粒后得到造粒后粉体；(4)所述造粒后粉体干压成形后烧成，烧成温度为1020～1200℃，烧成时间为30～90分钟。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述固体废弃物为花岗岩尾矿、矿物除铁废渣、对氨基苯酚厂废渣或者合成氨催化剂废渣中的任一种；固体废弃物中Fe₂O₃质量百分含量大于10％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述粘土中Al₂O₃质量百分含量为15％～35％，Fe₂O₃质量百分含量为0.1～3％。