CN103626481B - 一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，包括以下步骤：A）原料调配，按以下重量份配比调制原料：废陶瓷辊棒40-50、高岭土20-30、滑石21-26、石英4-6、二氧化钛0-3；B）原料：球：水=1:1.5:0.8的比例在研磨机中研磨4-6小时；C）研磨后的浆料过滤脱水，干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛；D)粉料与聚乙烯醇粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时；E）干坯置于窑炉中在空气气氛下煅烧后保温，煅烧温度为1320-1380℃，保温时间为1-4小时，自然冷却到室温，得到堇青石材料。本发明利用废陶瓷辊棒制备堇青石材料，具有生态环保技术和原料创新，具有重大环保意义。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料、汽车尾气净化装置材料或催化剂载体材料领域，具体地说，本发明涉及一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法。
背景技术
随着我国建筑行业的快速发展提高，建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷等需求量与日俱增，因而具有快烧、节能、自动化程度高的辊道窑大量应用于陶瓷行业中。随着辊道窑应用范围和数量的增大，对辊道窑中的一些部件要求也不断提高。陶瓷辊棒作为辊道窑的关键部件，在高温烧结过程中起着支撑和传送煅烧陶瓷产品的作用。由于陶瓷辊棒是隧道窑中的消耗部件，使用寿命一般为6-10个月。目前，我国年消耗耐火材料上千万吨，废陶瓷辊棒达上百万吨。这些数量庞大的废陶瓷辊棒大部分是采用人工填埋的方式进行处理，也有人尝试作为其他工业产品的原料进行回收利用，但是由于陶瓷辊棒经过高温烧结，可塑性大大降低，因此在二次烧结过程中利用率不高。此外由于废陶瓷辊棒不能降解，随意堆放和填埋，还造成了环境污染。陶瓷辊棒主要为高铝质材料，不加利用就直接废弃，也造成了巨大的资源浪费。因此，对废陶瓷辊棒的综合利用不仅具有重要的环保意义而且对资源的绿色循环利用也具有重要的意义。
堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）材料具有低的热膨胀系数、热稳定性好等优点，常作为抗热震性材料被广泛应用于汽车尾气净化装置、催化剂载体、耐热涂层、电子封装材料、泡沫陶瓷等。堇青石的热膨胀系数及热稳定性与堇青石的结构和晶相含量有密切的关联。因此，开发高纯度的堇青石材料一直是陶瓷工业研究的热点问题。常规合成采用工业氧化铝、氧化镁和石英为主要原料，合成堇青石纯度较高，但是具有原料成本高，烧结温度高等缺点。国内外采用矾土熟料、煤矸石、菱镁矿等原料合成堇青石，原料成本较低，但是由于原料杂质含量高，合成堇青石纯度相对较低，使得合成制品的使用范围受到限制。作为辊道窑关键部件的陶瓷辊棒，主要晶相为刚玉和莫来石，杂质含量低，选用废陶瓷辊棒作为合成堇青石的主要原料，有利于合成高纯度的堇青石材料。目前国内外尚未有利用废陶瓷辊棒制备堇青石材料的报道，本发明属于固体废弃物的综合利用，不仅解决了废陶瓷辊棒对环境的污染，而且节约了生产成本，经济效益显著，具有较大的推广应用价值。
发明内容
为了解决现有合成堇青石材料技术中存在的原料成本高、合成料中堇青石含量低的问题，克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用废陶瓷辊棒制备高纯度堇青石材料的制备方法，该方法能在确保获得高纯度堇青石的前提下，最大限度地利用辊棒废料，实现了工业固体废弃物的高附加值循环利用，并显著降低堇青石材料的生产成本，扩大应用领域。
本发明提供的技术方案是：一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，包括以下步骤：
A）原料调配，按以下重量份配比调制原料：废陶瓷辊棒40-50、高岭土20-30、滑石21-26、石英4-6、二氧化钛0-3；可采用硅质原料代替石英，硅质材料可选用废陶瓷粉或硅微粉；二氧化钛也可选择氧化铁、氟化钙、氟化钡、五氧化二钒中的一种进行替代。
B）原料：球：水=1:1.5:0.8的比例在研磨机中研磨4-6小时；
C）研磨后的浆料过滤脱水，干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛；D)粉料与聚乙烯醇粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时；所述的聚乙烯醇粘结剂为浓度为5%的聚乙烯醇水溶液。所述的聚乙烯醇粘结剂可用糊精粉粘结剂或羧甲基纤维素粘结剂代替。
E）干坯置于窑炉中在空气气氛下煅烧后保温，煅烧温度为1320-1380℃，保温时间为1-4小时，自然冷却到室温，得到堇青石材料。
本发明的有益效果是：
目前，废陶瓷辊棒的综合治理仍然是个严重的问题，本发明将废陶瓷辊棒这一不可降解的工业固体废弃物进行资源再生和高附加值利用，将废陶瓷辊棒用于堇青石制品的主要原料属于首次创新，用它作为主要原料，显著降低了堇青石制品的生产成本；由于废陶瓷辊棒的可塑性较差，二次烧结利用率较低，本发明通过添加具有较高成型性能和烧结活性的的高岭土，不仅可以调整制品中的成分，而且能较好地解决废陶瓷辊棒成型性能差不利于加工成型的问题，使得废陶瓷辊棒的利用率高达50%，而不影响合成堇青石的纯度及致密度；以二氧化钛作为烧结助剂，不仅可显著降低制品烧结温度，节约能源，还可以提高堇青石纯度，提高制品的抗热震性。
经过测定，采用本发明方法制备的堇青石含量达92-97%，抗弯强度50-85MPa,体积密度1.9-2.2g/cm3。由以上可知，本发明为一种利用废陶瓷辊棒制备高纯度堇青石材料的方法，该方法在确保获得高纯度堇青石的前提下，能最大限度利用废陶瓷辊棒，实现工业固体废弃物的高附加值循环利用，并显著降低堇青石制品的生产成本，提高经济效益和市场竞争力。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1本发明的工艺步骤路线图；
图2本发明合成的堇青石的典型XRD（X射线衍射）图谱；
图3本发明合成的堇青石的SEM（扫描电子显微镜）照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明的工艺步骤路线图，参考附图1，本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒40，高岭土30，滑石24，石英6。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的聚乙烯醇水溶液的粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1320℃，保温时间为4小时，自然冷却到室温，堇青石材料。采用X射线衍射仪分析样品的晶相结构（如图2所示），采用扫描电子显微镜观察样品显微结构（如图3所示），采用力学万能试验机测试样品的抗弯强度，采用排水法测定样品的体积密度。经测试，该材料中堇青石含量93%，抗弯强度60MPa,体积密度2.01g/cm3。
实施例2：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒46，高岭土24，滑石24，石英6。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的糊精粉水溶液的粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1380℃，保温时间为2小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量92%，抗弯强度78MPa,体积密度2.04g/cm3。
实施例3：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒50，高岭土20，滑石24，石英6。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的羧甲基纤维素的粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1350℃，保温时间为2小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量92%，抗弯强度58MPa,体积密度1.98g/cm3。
实施例4：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒50，高岭土20，滑石26，石英4。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1320℃，保温时间为1小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量92%，抗弯强度60MPa,体积密度2.00g/cm3。
实施例5：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒50，高岭土20，滑石23，石英6，二氧化钛1。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1350℃，保温时间为3小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量93%，抗弯强度55MPa,体积密度2.20g/cm3。
实施例6：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒50，高岭土20，滑石22，石英6，二氧化钛2。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1350℃，保温时间为3小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量97%，抗弯强度78MPa,体积密度1.98g/cm3。
实施例7：
本例原料配方的重量配比为：废陶瓷辊棒50，高岭土20，滑石21，石英6，二氧化钛3。原料按照配比进行混合后，在行星球磨机中研磨4小时，料：球：水=1:1.5:0.8。研磨后的浆料过滤脱水，放入干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛。将粉料与浓度为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时。干坯置于窑炉中在空气气氛下高温烧成，煅烧温度为1380℃，保温时间为1小时，自然冷却到室温，堇青石材料。经测试，该材料中堇青石含量92%，抗弯强度70MPa,体积密度2.02g/cm3。
本发明中也可用废陶瓷粉或硅微粉等硅质原料代替石英，二氧化钛矿化剂也可选择氧化铁、氟化钙、氟化钡、五氧化二钒中的一种或者其中的两种或者两种以上的组合作为助熔剂进行替代，通过调整成分，也能达到利用废陶瓷辊棒制备高纯度堇青石材料的目的。
以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)原料调配，按以下重量份配比调制原料：废陶瓷辊棒40-50、高岭土20-30、滑石21-26、石英4-6、二氧化钛0-3；
B)原料在球磨机中研磨；
C)研磨后的浆料过滤脱水，干燥、破碎并过筛；浆料过滤脱水后，在干燥箱中100℃烘干12小时，破碎并过100目筛；
D)将过筛后的粉料与粘结剂混合，压力成型，成型坯料进行干燥；粉料与聚乙烯醇粘结剂混合，在20MPa压力下成型，成型坯料放入干燥箱中100℃烘干12小时；所述的聚乙烯醇粘结剂为浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
E)干坯置于窑炉中在空气气氛下煅烧后保温，自然冷却后，得到堇青石材料，煅烧温度为1320-1380℃，保温时间为1小时，自然冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，其特征在于，步骤A)中，采用硅质原料代替石英，硅质材料选用废陶瓷粉或硅微粉；二氧化钛选择氧化铁、氟化钙、氟化钡、五氧化二钒中的一种或两种及两种以上的组合进行替代。
3.根据权利要求1所述的一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤B)中，原料：球：水＝1:1.5:0.8的比例在研磨机中研磨4-6小时。
4.根据权利要求1所述的一种利用废陶瓷辊棒合成堇青石材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇粘结剂用糊精粉粘结剂或羧甲基纤维素粘结剂代替。
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