CN103435330B

CN103435330B - 一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料及其制造方法

Info

Publication number: CN103435330B
Application number: CN201310361169.5A
Authority: CN
Inventors: 山赵军
Original assignee: FOSHAN LIANGJIAN CERAMICS Co Ltd
Current assignee: Foshan Bolier building materials Co.,Ltd.
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: CN103435330A

Abstract

本发明提供一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料及其制造方法，属于矿渣资源综合利用领域。上述防静电陶瓷材料是以提钒矿渣、粘土、长石、瓷砂，为原料，经还原气氛烧成，其中上述各种原料的质量百分比为：提钒矿渣：10%～80%；粘土：20%～30%；长石：0%～60%；瓷砂：0%～10%。同现有技术相比，本发明优点如下：大量消耗提钒矿渣，变废为宝，避免铬的二次污染问题；提供一种廉价的防静电陶瓷材料，与传统添加导电粉的方案相比，本方案采用提钒矿渣作为主要原料，采用还原气氛烧成，使铁元素主要以四氧化三铁形式存在，具有防静电效果，原料廉价，工艺简单；本方案可以避免因后续氧化造成的防静电效果变差的问题，防静电效果持久，而且具有电磁屏蔽效果。

Description

一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种矿渣资源综合利用的技术，具体涉及一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料及其制造方法。

背景技术

含钒钛磁铁矿岩体分为基性岩（辉长岩）型和基性-超基性岩（辉长岩－辉石岩－辉岩）型两大类，前者有攀枝花、白马、太和等矿床，后者有红格、新街等矿床。总的来说，两种类型的地质特征基本相同，前者相当于后者的基性岩相带部分的特征，后者除铁、钛、钒外，伴生的铬、钴、镍和铂族组分含量较高，因而综合利用价值更大。钒钛磁铁矿不仅是铁的重要来源，而且伴生的钒、钛、铬、钴、镍、铂族和钪等多种组份，具有很高的综合利用价值。

钒钛磁铁矿石经高炉炼铁后产生的矿渣是高品位钒渣，采用焙烧、浸取等工艺可以从中提出五氧化二钒，剩余的残渣为提钒矿渣。在以上工序中，会将钒渣中的含有3价铬氧化为6价铬，6价铬是强致癌物质，而且易溶于水，因此提钒矿渣的处理特别困难，稍有不慎就会造成严重的污染事故。

静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦等。静电对一些敏感仪器和场所，可能会导致致命的危害。如静电在放电时产生的电磁效应（电磁干扰或电磁兼容性）会干扰精密仪器的正常工作，造成自动化设备的误动作；电荷的聚集可能产生尖端放电现象，可能烧毁精密仪器，产生的电火花可能引燃粉尘，造成爆炸事故。因此静电防护技术在如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航天与军事领域都收到极大重视，力求寻求减少静电造成的损失。

普通陶瓷材料具有很高的电阻率，容易积聚电荷，这些电荷的积聚可能会带来如上述的多种危害。每年都有相关静电危害造成损失的报道，因此急需一种能解决以上问题的建筑材料。

研究表明，当材料的体积电阻率超过1×10¹⁰Ω·m时，材料耗散电荷的能力明显减弱；从消除静电的角度考虑，材料的体积电阻率不应该高于1×10¹⁰Ω·m。当材料表面电阻为10⁵～10⁹Ω时，积累的电荷会尽快地释放，从而达到防静电的效果。

目前常用的防静电材料多为有机材料，有机材料多不耐磨、不耐火，遇到火灾时还可能燃烧，产生大量有毒烟气，因此应用范围受到极大限制。

近年来研发成功的防静电陶瓷材料是通过在原料中添加导电粉，或在坯体上施以导电釉，然后再进行烧结制备而成。例如专利公开号为“102568639A”的发明专利公开的方案。坯体中添加的导电粉或在坯体上施以导电釉会造成成本上升。目前公开的方案中，导电粉或导电釉的造价昂贵，不利于其的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以大量利用提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料及其制造方法。以提钒矿渣为主要原料，添加适量的粘土、长石等，均化后成型，在还原气氛烧成，得到具有防静电效果的陶瓷材料。

采用以上方法，可以大量消耗提钒矿渣，综合利用矿物资源，缓解环境压力，较好的避免6价铬的污染，而且所生产的防静电陶瓷材料成本低，效果好，可以用作需要进行静电防护场所的建筑装修材料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料，其是以提钒矿渣、粘土、长石、瓷砂，为原料，经还原气氛烧成，其中上述各种原料的质量百分比为：

提钒矿渣：10%～80%；

粘土：20%～30%；

长石：0%～60%；

瓷砂：0%～10%。

优选地，还可以添加上述原料总质量1%～5%的煤粉。添加煤粉可以使还原气氛更为充分，使提钒矿渣中的铁元素转化为四氧化三铁，而且也使提钒矿渣中的6价铬转化为3价，另外，煤粉烧后留下的煤灰具有多孔结构，能吸附3价铬和四氧化三铁，并被其它莫来石晶粒包裹起来，制品更稳定。

在上述以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料中，铁元素主要以四氧化三铁形式存在，四氧化三铁的质量百分数为3%～30%。

四氧化三铁可以导电，含有其的防静电陶瓷材料通体呈黑色，是很好的建筑装修材料和静电防护材料。而且四氧化三铁也特别耐磨，进而陶瓷制品的耐磨性也较好。另外，四氧化三铁还具有红外辐射功能和铁磁性，具有良好的保健功效，将之磁化后，能调节人体磁场屏蔽电磁波辐射。

另外，本发明还提供一种制造上述以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料的方法，其包括如下步骤：

步骤1）配料混匀；按照上述原料中各组分配方比例称料，通过球磨的方式将其混匀，制成浆料，然后陈腐均化；

步骤2）成型；使用步骤1）陈腐均化后的浆料进行喷雾干燥，制成粉体，通过冲压成型的方式制成坯体；

步骤3）干燥烧成；将步骤2）制成的坯体经干燥后入窑烧成，烧成气氛为还原气氛，烧成温度1050～1250℃；

步骤4）制成成品；将步骤3）烧成的制品出窑，待其冷却后，经抛磨加工，得到成品。

优选地，为了防止四氧化三铁被氧化，并使更多的6价铬转化为3价，在烧成工艺段，在窑炉急冷段以充入惰性气体。

惰性气体为氮气、二氧化碳中的一种或两种组合。

优选地，在上述制造方法的步骤2）中，在所述喷雾干燥过程中，添加原料总质量1%～5%的煤粉，煤粉粒径为20～80目。

优选地，在上述制造方法中还包括步骤5）磁化，将步骤4）抛磨加工后的成品在磁场中磁化，使具有磁性。

采用本发明方案制备的防静电陶瓷材料，其表面电阻为5×10⁴～7×10⁸Ω，体积电阻为5×10⁴～9×10⁸Ω，满足中华人民共和国国家标准《防静电陶瓷砖》的相关指标，是良好的防静电材料。

同现有技术相比，本发明具有如下优点。

1、可以大量消耗提钒矿渣，达到资源综合利用，变废为宝，符合国家产业政策；而且避免铬的二次污染问题。

2、提供一种廉价的防静电陶瓷材料，与传统添加导电粉的方案相比，本方案采用提钒矿渣作为主要原料，采用还原气氛烧成，使铁元素主要以四氧化三铁形式存在，具有防静电效果，原料廉价，工艺简单。

3、本方案可以避免因后续氧化造成的防静电效果变差的问题，防静电效果持久，而且具有电磁屏蔽效果。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。在一下实施例中，选择常见的建材陶瓷砖作为说明，但对于本领域普通技术人员应当理解，本发明提供的陶瓷材料不限于砖这样一种产品的表现形式。

在下列实施例中选用的提钒矿渣产自四川攀枝花处，其化学组分见下表1。

应当说明，以上对提钒矿渣的化学组分进行说明，仅为解释本方案，不同产地的提钒矿渣在化学组分上会略有差异。

实施例1

在本实施例中选用质量百分数如下配方：提钒矿渣：10%；粘土：20%；长石：60%；瓷砂：10%。

为了获得较好的塑性，在本方案中还添加0.5～2%的增塑剂，增塑剂可以选择淀粉、糊精、纤维素等。

加水球磨制成浆料，陈腐≥24小时，泥浆性能如下：比重：1.7～1.85；水分：32～35%；筛余：225目筛，小于等于0.5%。

再将上述泥输送入喷雾干燥塔进行喷雾造粒，造粒后粉料粒径分布如下表2。

喷雾干燥后，粉料含水率为：（6.0±0.4）%；输入至布料处布料冲压的粉料含水率为：（5.8±0.2）%。

在本实施方式中冲压工艺参数如下：生坯成型压力280Pa；生坯成型尺寸600mm×600mm；生坯成型厚度9～13mm。

成型后，经干燥窑干燥，使坯体含水率≤0.5%，入窑烧成，烧成气氛为还原气氛，烧成温度为1050～1250℃；

坯体冷却出窑后，经抛磨加工得到成品。

测定产品主要性能符合GB/T4100-2006相关要求。同时采用国家标准《防静电陶瓷砖》的测试方法测试本实施例产品性能，测得其面电阻为5×10⁴～8×10⁴Ω，体积电阻为5×10⁴～9×10⁴Ω，是一般的防静电材料。

实施例2

在本实施例中选用质量百分数如下配方：提钒矿渣：40%；粘土：25%；长石：30%；瓷砂：5%。

本实施例的制造工艺基本与实施例1相同，所不同的是，为了防止在窑炉的急冷带，因四氧化三铁的氧化造成防静电效果降低，在窑炉急冷段以充入惰性气体。在本实施例中惰性气体选择为氮气，当然二氧化碳等惰性气体亦可。

测得本实施例制品的表面电阻为5×10⁶～6×10⁷Ω，体积电阻为5×10⁶～8×10⁷Ω，是良好的防静电材料。

实施例3

在本实施例中选用质量百分数如下配方：提钒矿渣：80%；粘土：20%。

为了获得较好的塑性，在本方案中还添加2～4%的增塑剂，增塑剂可以选择淀粉、糊精、纤维素等。

本实施例同实施例2，也是在窑炉急冷段充入惰性气体，选用的惰性气体为二氧化碳。

测得本实施例制品的表面电阻为7×10⁷～5×10⁸Ω，体积电阻为6×10⁷～9×10⁸Ω，是良好的防静电材料。

此实施例因为提钒矿渣添加量较高，塑性较差，虽加入较多的增塑剂，但还是较难成型，而且生坯强度较差，破损率较高。

实施例4

参照实施例2的基础配方，在喷雾干燥过程中，添加原料总质量1%～5%的煤粉，煤粉粒径为20～80目，优选为30～50目。添加煤粉可以使还原气氛更为充分，使提钒矿渣中的铁元素转化为四氧化三铁，而且也使提钒矿渣中的6价铬转化为3价，另外，煤粉烧后留下的煤灰具有多孔结构，能吸附3价铬和四氧化三铁，并被其它莫来石晶粒包裹起来，制品更稳定。煤粉在喷雾干燥过程中添加，可以避免因球磨而使得煤粉过于分散，而且若随原料球磨后的煤粉在喷雾干燥过程中会燃烧大部分，不能起到预期的效果。

测得本实施例制品的表面电阻为8×10⁶～9×10⁷Ω，体积电阻为9×10⁶～1×10⁸Ω，是良好的防静电材料。而且制品的强度要高于实施例2。

实施例5

在本实施例中选用质量百分数如下配方：提钒矿渣：50%；粘土：30%；长石：15%；瓷砂：5%。

参照实施例4的工艺制备实施例5。在本实施例中，原料塑性好，易于成型。

测得本实施例制品的表面电阻为9×10⁶～9×10⁷Ω，体积电阻为3×10⁷～1×10⁸Ω，是良好的防静电材料。

采用本发明提供的方法制备陶瓷材料除了具有较好的防静电效果，还具有很好的保健功能。因为其中含有大量的四氧化三铁，按照提钒矿渣所占比例进行换算，最后制品中四氧化三铁的含量约占质量百分数的3～30%。如此高的四氧化三铁含量使产品具有红外辐射功能，在铺贴其的空间内，具有较好的理疗效果，特别适用于桑拿房、蒸汽房的内壁。

四氧化三铁可以通过磁化使之具有磁性，本发明提供的陶瓷材料中含有大量的四氧化三铁。在一个实施例中，制品经过抛磨加工后，通过一步磁化工艺，在磁场中将四氧化三铁磁化，使制品具有磁性，可以具有保健功能。磁化后的制品，能调节人体生物磁场，而且对电磁波具有很好的屏蔽效果，保护在其空间内的人体不受电磁辐射的危害。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料，其特征在于，其是以提钒矿渣、粘土、长石、瓷砂为原料，经还原气氛烧成，其中上述各种原料的质量百分比为：

提钒矿渣：10%～80%；

粘土：20%～30%；

长石：0%～60%；

瓷砂：0%～10%；

其特征在于，所述原料中含有质量百分数为1%～5%的煤粉；所述以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料中，铁元素为四氧化三铁，铬元素的化合价为3价，所述四氧化三铁和所述3价铬被多孔的煤灰吸附且被莫来石晶粒包裹。

2.如权利要求1所述的一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料，其特征在于，所述煤粉的粒径为20～80目。

3.如权利要求1所述的一种以提钒矿渣生产的防静电陶瓷材料，其特征在于，所述四氧化三铁为磁化的四氧化三铁。