CN102775136A - 一种高强度耐磨瓷球及其制备方法 - Google Patents

一种高强度耐磨瓷球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度耐磨瓷球及其制备方法，采用天然矿物原料，其组成按重量百分比为：铝矾土1：18～23％、铝矾土2：77～82％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、破碎、成型、烧成，制得Al2O3含量72～78%、比重3.2g/cm3、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品，本发明制得的瓷球具有磨耗小、高强度、价格低、质量稳定、比重大、白度高的特点，在建陶、特陶、耐火材料、化工、非金属矿等行业中有广泛应用前景。

Description

一种高强度耐磨瓷球及其制备方法
技术领域
    本发明属于研磨介质技术领域，具体涉及一种高强度耐磨瓷球及其制备方法。
背景技术
陶瓷球因其具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀的特性，现作为研磨介质被广泛应用于陶瓷、电子、建材、新材料等领域。现有技术中的滚球成型方法，一般是将超细粉体原料泥浆喷雾造粒，然后滚动成型，其存在的缺点是：1)该方法需要的设备多；2)该方法操作复杂，且由于制得的种球粒径均一性不佳，导致滚动时间越长，陶瓷球的粒径差别越大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种密度大、硬度高、耐磨性好的高强度耐磨瓷球及其制备方法。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种高强度耐磨瓷球，采用天然矿物原料，其组成按重量百分比为：铝矾土1：18～23％、铝矾土2：77～82％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、破碎、成型、烧成，制得Al2O3含量72～78%、比重3.2g/cm3、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品。
所述铝矾土1的化学组成重量百分比为：Al2O3 71.10%、SiO2 19.80%、Fe2O3 1.42%、TiO2 1.32%、CaO 1.42%、MgO 1.40%、K2O 2.20%、Na2O 1.34%。
所述铝矾土2的化学组成重量百分比为：Al2O3 80.50%、SiO2 14.50%、Fe2O3 1.32%、TiO2 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K2O 1.20%、Na2O 0.24%。
所述制得瓷球产品的直径范围为5～70mm。
上述一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述铝矾土1、2经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、破碎、等静压成型、烧成，制得瓷球产品。
所述球磨工序包括初磨、复磨、细磨，其中初磨后料浆过250目筛、复磨后料浆过350目筛、细磨后原料细度小于2μm。
所述陈腐工序中在原料中添加分散剂。
所述分散剂优选为氨水。
所述等静压成型工序具体步骤为：
1）成型模具：该模具由相互对应的半球形上模和下模组成，上下模合并则形成球形模腔；
2）填料制球：分别向所述上下模具的半球形模腔中填充超细粉料，然后将填满陶瓷粉料的上下模对应地合并在一起，放入等静压装置中进行压制；
3）成球：在110Mpa的压力下制得瓷球坯体，其含水量为7～10%。
所述烧成工序按照以下烧成曲线进行：
加热阶段：室温～1330℃， 37～39小时；
保温阶段：1330～1350℃， 20～22小时；
急冷阶段：1350～600℃，  6～8小时；
缓冷阶段：600～250℃，   15～17小时，出窑。
本发明采用铝矾土1和铝矾土2作为生产原料，经高温烧结发生物理化学
反应，产生莫来石晶相，以提高瓷球的硬度和耐磨性能。
本发明所具有的有益效果在于：
1)与现有技术的成型方法相比，本发明的工艺简单，需要设备少，产品质量稳定；
2)本发明的方法适用范围大，能够用于粒径为3～70mm的陶瓷球的生产；
3)本发明制得的瓷球的物理化学性质稳定，Al2O3含量72～78%、比重3.2g/cm3、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9；
4）本发明制得的瓷球与普通瓷球相比，其耐磨性提高20～30倍、研磨效率提高40～50％、磨机有效率增加30～40％，综合成本是普通瓷球的40～60％、磨机的寿命由2年提高到4～6年。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种高强度耐磨瓷球的制备方法的具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如下：
实施列1：
   第一步、配料：19wt%铝矾土1和81wt%铝矾土2，其中铝矾土1的化学组成重量百分比为：Al2O3 71.10%、SiO2 19.80%、Fe2O3 1.42%、TiO2 1.32%、CaO 1.42%、MgO 1.40%、K2O 2.20%、Na2O 1.34%；铝矾土2的化学组成重量百分比为：Al2O3 80.50%、SiO2 14.50%、Fe2O3 1.32%、TiO2 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K2O 1.20%、Na2O 0.24%;
第二步、洗料：通过洗料除去铝矾土中的Fe2O3和CaO；
第三步、球磨：首先通过湿法球磨分别对铝矾土1和铝矾土2进行初磨、复磨，其中初磨时间33小时，出磨料浆过250目筛后进行复磨，复磨时间21小时，出磨料浆过350目筛；然后通过拨片机对料浆进行细磨两次，出磨料浆过1500目筛，细度小于2μm；
第四步、陈腐：通过储浆池对料浆进行陈腐30小时，并向料浆中添加分散剂氨水；
第五步：喷雾干燥：通过喷雾干燥塔对料浆进行喷雾造粒，制得超细粉体；
第六步：破碎：通过破碎机对喷雾造粒的粉体进一步粉碎，以排除粉体中的空气；
第七步：等静压成型：按比例将铝矾土1和铝矾土2超细粉体混合均匀后，按以下工序成型粒径为10mm的瓷球：
1）选取模具：根据成瓷后粒径，选取模腔直径为14mm的模具；
2）填料制球：分别向所述上下模具的半球形模腔中填充超细粉料，然后将填满超细粉料的上下模对应地合并在一起，放入等静压装置中进行压制；
3）成球：在110Mpa的压力下制得瓷球坯体，其含水量为7～10%；
第八步：烧成：瓷球坯体的烧成窑炉采用隧道窑，其烧成曲线如下：瓷球坯体经38小时升温至1330℃后，在1330～1350℃，保温21小时，然后经7小时急冷降温至600℃后，自然冷却15小时到250℃，出窑制得瓷球产品。
按照上述方法，制得的瓷球产品，其理化性质为：Al2O3含量74%、比重3.2g/cm3、磨耗0.07g/kg.h、莫氏硬度8级，主晶相：莫来石。
实施列2：
   第一步、配料：22wt%铝矾土1和78wt%铝矾土2，其中铝矾土1的化学组成重量百分比为：Al2O3 71.10%、SiO2 19.80%、Fe2O3 1.42%、TiO2 1.32%、CaO 1.42%、MgO 1.40%、K2O 2.20%、Na2O 1.34%；铝矾土2的化学组成重量百分比为：Al2O3 80.50%、SiO2 14.50%、Fe2O3 1.32%、TiO2 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K2O 1.20%、Na2O 0.24%;
第二步、洗料：通过洗料除去铝矾土中的Fe2O3和CaO；
第三步、球磨：首先通过湿法球磨分别对铝矾土1和铝矾土2进行初磨、复磨，其中初磨时间33小时，出磨料浆过250目筛后进行复磨，复磨时间21小时，出磨料浆过350目筛；然后通过拨片机对料浆进行细磨两次，出磨料浆过1500目筛，细度小于2μm；
第四步、陈腐：通过储浆池对料浆进行陈腐30小时，并向料浆中添加分散剂氨水；
第五步：喷雾干燥：通过喷雾干燥塔对料浆进行喷雾造粒，制得超细粉体；
第六步：破碎：通过破碎机对喷雾造粒的粉体进一步粉碎，以排除粉体中的空气；
第七步：等静压成型：按比例将铝矾土1和铝矾土2超细粉体混合均匀后，按以下工序成型粒径为50mm的瓷球：
1）选取模具：根据成瓷后粒径，选取模腔直径为65mm的模具；
2）填料制球：分别向所述上下模具的半球形模腔中填充超细粉料，然后将填满超细粉料的上下模对应地合并在一起，放入等静压装置中进行压制；
3）成球：在110Mpa的压力下制得瓷球坯体，其含水量为7～10%；
第八步：烧成：瓷球坯体的烧成窑炉采用隧道窑，其烧成曲线如下：瓷球坯体经39小时升温至1330℃后，在1330～1350℃，保温22小时，然后经8小时急冷降温至600℃后，自然冷却16小时到250℃，出窑制得瓷球产品。
按照上述方法，制得的瓷球产品，其理化性质为：Al2O3含量77%、比重3.2g/cm3、磨耗0.06g/kg.h、莫氏硬度9级，主晶相：莫来石。

Claims (10)

1.一种高强度耐磨瓷球，采用天然矿物原料，其组成按重量百分比为：铝矾土1：18～23％、铝矾土2：77～82％，经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、破碎、成型、烧成，制得Al2O3含量72～78%、比重3.2g/cm3、磨耗≤0.07g/kg.h、莫氏硬度8～9级的瓷球产品。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨瓷球，其特征在于：所述铝矾土1的化学组成重量百分比为：Al2O3 71.10%、SiO2 19.80%、Fe2O3 1.42%、TiO2 1.32%、CaO 1.42%、MgO 1.40%、K2O 2.20%、Na2O 1.34%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨瓷球，其特征在于：所述铝矾土2的化学组成重量百分比为：Al2O3 80.50%、SiO2 14.50%、Fe2O3 1.32%、TiO2 1.62%、CaO 0.32%、MgO 0.30%、K2O 1.20%、Na2O 0.24%。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种高强度耐磨瓷球，其特征在于：所述制得瓷球产品的直径范围为5～70mm。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述铝矾土1、2经洗料、球磨、陈腐、喷雾干燥、破碎、等静压成型、烧成，制得瓷球产品。
6.根据权利要求5所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述球磨工序包括初磨、复磨、细磨，其中初磨后料浆过250目筛、复磨后料浆过350目筛、细磨后原料细度小于2μm。
7.根据权利要求5所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述陈腐工序中在料浆中添加分散剂。
8.根据权利要求7所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述分散剂优选为氨水。
9.根据权利要求5所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述等静压成型工序具体步骤为：
1）成型模具：该模具由相互对应的半球形上模和下模组成，上下模合并则形成球形模腔；
2）填料制球：分别向所述上下模具的半球形模腔中填充超细粉料，然后将填满陶瓷粉料的上下模对应地合并在一起，放入等静压装置中进行压制；
3）成球：在110Mpa的压力下制得瓷球坯体，其含水量为7～10%。
10.根据权利要求5所述的一种高强度耐磨瓷球的制备方法，其特征在于：所述烧成工序按照以下烧成曲线进行：
加热阶段：室温～1330℃， 37～39小时；
保温阶段：1330～1350℃， 20～22小时；
急冷阶段：1350～600℃，  6～8小时；
缓冷阶段：600～250℃，   15～17小时，出窑。
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