CN102584191A - 用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的工艺方法，属建筑材料及尾矿资源再生利用环境保护技术领域。本发明采蛇纹石尾矿和高岭土尾矿为主要原料，同时加入少量的工艺氧化铝，通过球磨、压制成型、干燥和烧结工艺，制备出堇青石陶瓷材料。本发明不仅解决了尾矿大量堆积对环境的污染问题，而且能使产品降低原料成本，制备过程简单，易于控制，并且烧结温度低，适合于工业化生产。

Description

用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的方法

技术领域

    本发明涉及利用蛇纹石尾矿和高岭土尾矿来制备堇青石陶瓷的工艺方法，属建筑材料及尾矿资源再生利用环境保护技术领域。

背景技术

    蛇纹石矿物的分子组成为Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈，其中MgO占43%，SiO₂占44.1%，H₂O占12.9%。自然界中的蛇纹矿常含有Fe、Mn、Ni、F、Cu、Cr等元素。这些元素除F取代OH外，其他元素主要以类质同象混入。蛇纹石矿物属单斜晶系，晶格为层状构造，层内为离子键，层问为分子键，产出形式常为隐晶质致密块状环合体。其有蛇皮状的黑绿、灰绿、黄绿色斑纹。按蛇纹石结晶和形态特点，可分为三种：晶质片状者称为叶蛇纹石；纤维状者称蛇纹石石棉；富含水的胶凝状或颗粒极微小者称胶蛇纹石。

    蛇纹石的主要成分为MgO和SiO₂，夹杂的成分为CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、NiO等，不同产地的蛇纹石矿其各种矿物成分的含量和物理性质都不相同。当前开发蛇纹石在建筑工业用途的主要方法如下：

    利用蛇纹石低温合成耐火建筑材料，将蛇纹石除去杂质后破碎、粉磨、加入辅助材料（有镁砂、粉煤灰、Al₂O₃、SiO₂、水玻璃等），经700～900℃的温度缎烧后，再加入结合剂混合均匀，在200MPa的压力下成型，脱模后入蒸压釜中养护一定时间，再干燥，即得所需耐火建筑材料。

发明内容

    本发明的目的是针对现有的蛇纹石综合利用的工艺不足，导致蛇纹石资源开采至今不能够实现工业化生产。根据高温烧结陶瓷制备工艺原理，用蛇纹石矿及其尾矿弃物制备堇青石陶瓷。以蛇纹石为主要原料，同时添加少量高岭土（包括尾矿），或者粘土（包括尾矿），和氧化铝，通过球磨，压制成型，干燥和烧结工艺制备出性能良好的堇青石陶瓷。从而达到综合利用蛇纹石资源的目的。

    本发明一种用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的方法，其特征在于所利用的蛇纹石尾矿具有以下的化学组成及其重量百分比：

        SiO₂                 42～50%，

        MgO                 32～36%，

        CaO                 5～8%，

        Fe₂O₃                6～9%，

        Al₂O₃                4～7%，

        Na₂O                 0.5～1.0%，

        TiO₂                 0.1～0.5%，

        MnO                 0.01～0.2%；

    另外，还利用部分高岭土尾矿，高岭土尾矿的化学组成及其重量百分比为：

        SiO₂                 80～90%，

        Al₂O₃                7～16%，

        MgO                 0.5～1.5%，

        Fe₂O₃                1.5～1.5%，

        CaO                 0.5～1.5%，

        灼烧损失            余量；

    本发明一种用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的工艺方法，其特征在于具有以下的制备工艺过程和步骤：

    a. 称取一定量的具有上述化学成分的蛇纹石尾矿和高岭土尾矿，并添加入少量工业氧化铝；原料的配比重量百分比为：

        蛇纹石尾矿          25～30%，

        高岭土尾矿          60～70%，

        Al₂O₃                5～10%；

    将上述原料混合物用球磨机在转速200～400rpm下混合0.5～2.0小时；然后取出过100～250目；取过筛后的粉末，加入浓度为5%的PVA溶液，其加入量为混合粉料重量之8～10%；再次混合均匀，过30目筛，得陶瓷粉料，备用；

    b. 陶瓷粉料的压制：将上述陶瓷粉料装入不锈钢模具，在8～12 MPa压力下压制成型；得片状陶瓷坯料；

    c. 陶瓷片的烧结：将上述压制成型的片状陶瓷坯料进行加热烧结；开始升温速率控制在60～100℃/h，在800℃下保温0.5～1.0小时；然后升温速率控制在200～300℃/h，在烧结温度1200～1300℃保温2～4h；然后自然冷却，最终得到堇青石陶瓷。

    本发明的优点和特点：

    (1) 用蛇纹石尾矿作为主要原料制备堇青石陶瓷材料，实现蛇纹石高附加值的目的。

    (2) 蛇纹石废弃物和高岭土废弃物以及粘土废弃物可以用于制备堇青石陶瓷材料。

    (3) 实现废物再利用，为矿产资源可持续发展提供坚实的基础。

附图说明

    图1为本实施例1所得样品的SEM图。

    图2为本实施例1所得样品的XRD图。

    图3为本实施例2所得样品的SEM图。

    图4为本实施例2所得样品的XRD图。

    图5为本实施例3所得样品的SEM图。

    图6为本实施例3所得样品的XRD图。

具体实施方式

    现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：将烘干后的蛇纹石尾矿以及高岭土尾矿，然后按照蛇纹石尾矿35%高岭土尾矿60%氧化铝5%比例，用球磨机在300r/min转1小时。然后取出粉料，用球磨机和研钵研磨后过100目。取过筛后的粉末，加入10% PVA溶液（5%浓度），再次混合均匀，过30目筛。将上述配好的混合粉料装入不锈钢模具，并外加10MPa的压力，使物料成型。然后放入高温炉中，升温速率控制在60 ^oC /h；在800 ^oC保温0.5h，然后升温速率控制在200 ^oC /h，升到1300℃保温2h。自然冷却，得到堇青石陶瓷。本实施例所得样品的SEM和XRD图参见图1和图2。

实施例2：将烘干后的蛇纹石尾矿以及高岭土尾矿，然后按照蛇纹石尾矿30%高岭土尾矿60%氧化铝10%比例，用球磨机在200r/min转2小时。然后取出粉料，用球磨机和研钵研磨后过100目。取过筛后的粉末，加入8% PVA溶液（5%浓度），再次混合均匀，过30目筛。将上述配好的混合粉料装入不锈钢模具，并外加8MPa的压力，使物料成型。然后放入高温炉中，升温速率控制在100 ^oC /h；在800 ^oC保温1h，然后升温速率控制在200 ^oC /h，升到1２00℃保温2h。自然冷却，得到堇青石陶瓷。本实施例所得样品的SEM和XRD图参见图3和图4。

实施例3：将烘干后的蛇纹石尾矿以及高岭土尾矿，然后按照蛇纹石尾矿25%高岭土尾矿70%氧化铝5%比例，用球磨机在300r/min转1小时。然后取出粉料，用球磨机和研钵研磨后过100目。取过筛后的粉末，加入9% PVA溶液（5%浓度），再次混合均匀，过30目筛。将上述配好的混合粉料装入不锈钢模具，并外加10MPa的压力，使物料成型。然后放入高温炉中，升温速率控制在80 ^oC /h；在800 ^oC保温1h，然后升温速率控制在250 ^oC /h，升到1300℃保温2h。自然冷却，得到堇青石陶瓷。本实施例所得样品的SEM和XRD图参见图5和图6。

Claims (2)

1.一种用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的方法，其特征在于所利用的蛇纹石尾矿具有以下的化学组成及其重量百分比：

        SiO₂                 42～50%，

        MgO                 32～36%，

        CaO                 5～8%，

        Fe₂O₃                6～9%，

        Al₂O₃                4～7%，

        Na₂O                 0.5～1.0%，

        TiO₂                 0.1～0.5%，

        MnO                 0.01～0.2%；

    另外，还利用部分高岭土尾矿，高岭土尾矿的化学组成及其重量百分比为：

        SiO₂                 80～90%，

        Al₂O₃                7～16%，

        MgO                 0.5～1.5%，

        Fe₂O₃                1.5～1.5%，

        CaO                 0.5～1.5%，

        灼烧损失            余量。

2.一种用蛇纹石尾矿制备堇青石陶瓷的工艺方法，其特征在于具有以下的制备工艺过程和步骤：

    a. 称取一定量的具有上述化学成分的蛇纹石尾矿和高岭土尾矿，并添加入少量工业氧化铝；原料的配比重量百分比为：

        蛇纹石尾矿          25～30%，

        高岭土尾矿          60～70%，

        Al₂O₃                5～10%；

    将上述原料混合物用球磨机在转速200～400rpm下混合0.5～2.0小时；然后取出过100～250目；取过筛后的粉末，加入浓度为5%的PVA溶液，其加入量为混合粉料重量之8～10%；再次混合均匀，过30目筛，得陶瓷粉料，备用；

    b. 陶瓷粉料的压制：将上述陶瓷粉料装入不锈钢模具，在8～12 MPa压力下压制成型；得片状陶瓷坯料；

    c. 陶瓷片的烧结：将上述压制成型的片状陶瓷坯料进行加热烧结；开始升温速率控制在60～100℃/h，在800℃下保温0.5～1.0小时；然后升温速率控制在200～300℃/h，在烧结温度1200～1300℃保温2～4h；然后自然冷却，最终得到堇青石陶瓷。

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