CN104649654B - 一种水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥磨专用低密度研磨体的制备方法。以铝矾土、氧化铝粉、等为主要原料，同时氧化铬、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化锰、氧化钛、二氧化硅等为改性原料，将铝溶胶、硅溶胶及金属盐在研磨阶段添加到料浆中，采用滚制成型、等静压成型或者机压成型得到的坯体，坯体干燥后煅烧得到低密度研磨柱。经过科学的配比设计、严格的过程控制和独特的煅烧制度使得本发明产品成本低、耐磨性能优异、比高密度金属研磨体动力负荷低，适合在水泥粉磨、铁矿石粉磨、金矿石粉磨中代替金属研磨体使用，降低粉磨电耗30‑50%。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，属于功能陶瓷制备技术领域。
背景技术
目前水泥球磨机中使用的研磨体以金属铁为主，复合少量的铬、锰等金属制成的合金研磨体，体积密度大，可以达到7.5 g/cm3，磨机需要的动力负荷大，耗电量大；研磨体研磨性差、磨损大且成本高。
氧化铝研磨体属于脆性材料，因此作为研磨介质由断裂机制引起的磨损是主要的，其主要表现为沿晶界脱落和穿晶脱落。实际的磨损过程是一个复杂的多因素综合作用的过程。氧化铝陶瓷材料的耐磨性与材料自身的力学性能、显微结构有着密切的联系，即与其内部因素(弹性模量、硬度、断裂韧性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率)密切相关。
为了降低成本，减少能耗，同时也为了提高性能，科学工作者已经做了大量工作并且提出了多种方法来增韧补强氧化铝陶瓷，其中包括相变增韧、颗粒弥散增韧及使用等级高且价格昂贵原材料等，目的是为获得理想的显微结构来达到改善陶瓷性能的作用。随着纳米技术的发展，氧化铝陶瓷材料的强度,韧性和超塑性大大提高。申请号为200510024330.5的中国发明专利涉及一种纳米晶添加氧化铝陶瓷基低温也想烧结方法，虽然降低烧成能耗，但需要添加价格昂贵的纳米晶氧化铝。申请号为200810021162.8的中国发明专利提出：精细化控制原料及烧结过程，达到晶须补强效果，性能提高，但是耗用太多蒸发的热量。
基于氧化铝陶瓷性能与微观结构之间关系的复杂性，要在控制成本的前提下，制备性能优异的研磨柱仍需要大量细致的研究工作。因此，寻求一种简单、价格合适且性能优异的制备低密度研磨柱的方法对科学研究与实际生产都具有重要的意义和价值。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种低成本制备高耐磨性低密度研磨柱的方法，适合大批量生产。
本发明的技术方案为：
（1）将质量分数分别为10%-90%的铝矾土；10%-90%的氧化铝粉；0.0%-5%的氧化铬；0.0%-5%烧结助剂与改性剂配成原料；
（2）将步骤（1）配好的原料，采用搅拌磨或管式球磨机球磨2-24小时。在粉磨1-10小时的时候加入铝溶胶和硅溶胶，铝溶胶和硅溶胶为氧化铝粉质量的0%-15%，粉磨10-20小时时加入一种或多种金属盐，金属盐的总加量为氧化铝粉质量的0%-15%，粉磨16-24小时时加入对应金属盐的沉淀剂一种或多种，金属沉淀剂的加入量为氧化铝粉质量的0%-10%；
（3）将步骤（2）所得料喷雾造粒成为原料粉，然后采用等静压成型或机压成型，制得坯体，然后在60-200℃下干燥3-36小时；
（4）将步骤（3）所得坯体700-1600℃分段烧结，保温时间1-60小时，制得成品 。
所述的步骤（1）中铝矾土经1100-1400℃高温处理，氧化铝含量50%-85%；
所述的步骤（1）中烧结助剂与改性剂是碳酸钠、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钾、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铁、氧化锰、氧化镧、氧化钇等的一种或多种。
所述的步骤（2）中铝溶胶固含量为15%-30%，颗粒尺寸为5-100nm，pH：4.0-10.0。
所述的步骤（2）中硅溶胶固含量为15%-30%，颗粒尺寸为5-25nm，pH：8.0-10.0。
所述的步骤（2）中盐溶液为：氯化镁、硝酸镁、氯化铝、硝酸铝、氯化钙、硝酸钙、氯化铬、硝酸铬、氯化锆、硝酸锆、氯化钡、硝酸钡、氯化镧、硝酸镧等的一种或多种。
所述的步骤（2）中沉淀剂为：氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵、硅酸钠等的一种或多种。
所述步骤（4）中烧成方式为以 8-10℃/min 升温到 700-1000℃，然后 2-5℃ /min 升温到烧结温度1200-1600℃，保温时间1-60小时，然后冷却至室温，制得成品 。
本发明的构思为：
铝矾土是主要的氧化铝原料，来源广泛且价格低廉，经高温活化是一种理想的氧化铝原料。氧化铬等改性剂及烧结助剂能够提高陶瓷产品的性能，降低烧成的温度。在球磨料浆过程的不同阶段添加溶胶及金属盐可以达到原料改性的目的，在不增加生产步骤的前提下使得改性成为可能。分段煅烧的工艺可以巧妙的控制氧化铝及其他氧化物的烧结及增韧的过程，促进了坯体的致密化烧结，能够减少产品的缺陷，提高产品性能。
本发明的突出优点为：
相比于现有技术，本发明具有如下突出优点：
第一，本发明原材料易得廉价，制备过程操作简便，没有额外能耗产生，可用于制备性能优异的低密度研磨球，比较金属研磨体，具有低密度高耐磨性的优势，降低电耗和研磨体的损耗，适合企业进行大批量生产；
第二，本发明采用分段煅烧工艺可以更加准确的控制低密度研磨球的烧结过程，使烧结助剂及改性剂更好的发挥各自的优势；
第三，本发明利用溶胶、金属盐及沉淀剂对原料经行改性，没有增加生产周期，硅溶胶凝胶化在氧化铝颗粒表面形成纳米包覆微复合结构，促进了胚体的致密化烧结，此外氧化物的细微晶粒可以阻止氧化铝晶粒的生长、耗散裂纹前进的动力以及阻止横向截面收缩。
总的来说此发明是一种制备价格低廉性能优异的低密度研磨柱的理想方法。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行举例说明，所用的各种原材料都是从市场上购买的工业品。
实施例1
1.1称量250公斤铝矾土、80公斤氧化铝粉、3公斤氧化铬、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铁各1公斤配成原料；
1.2 向实施例1.1配置的料浆原料研磨5小时以后加入3公斤的铝溶胶和3公斤的硅溶胶，再研磨5小时以后加入氯化铝、氯化镁、氯化锆、氯化钙、氯化钡各0.2公斤，再研磨3小时以后加入氢氧化钠1公斤，再研磨3小时以后加入一种或多种沉淀剂1公斤，最后再进行3小时的研磨；
1.3 将实施例1.2所得的料浆进行喷雾干燥，然后机压成型，机压磨具为35MPa/m2的压力保压2分钟；
1.4 将实施例1.3中得到的样品干燥后放入程序控温炉中进行分段煅烧，第一阶段从室温以8℃/min的升温速率，升温至800℃，第二阶段采用的升温速率为3℃/min，从800℃升温至1380℃，保温时间为40小时，然后随炉冷却至室温，即得研磨柱。
实施例2
1.1称量115公斤铝矾土、115公斤氧化铝粉、2公斤氧化铬、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铁各1公斤；
1.2 向实施例1.1配置的原料研磨5小时以后加入2公斤的铝溶胶和2公斤的硅溶胶，再研磨5小时以后加入氯化铝、氯化镁、氯化锆、氯化钙、氯化钡各0.13公斤，再研磨3小时以后加入氢氧化钙1.5公斤，最后再进行3小时的研磨；
1.3 将实施例1.2所得的料浆进行喷雾干燥，然后机压成型，机压磨具为70MPa/m2的压力保压2.5分钟；
1.4 将实施例1.3中得到的样品干燥后放入程序控温炉中进行分段煅烧，第一阶段从室温以8℃/min的升温速率，升温至900℃，第二阶段采用的升温速率为2℃/min，从900℃升温至1550℃，保温时间为46小时，然后随炉冷却至室温，即得研磨柱。
实施例3
1.1称量115公斤铝矾土、115公斤氧化铝粉、1.5公斤氧化铬、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铁各1公斤配成原料；
1.2 向实施例1.1配置的料浆研磨5小时以后加入4公斤的铝溶胶和4公斤的硅溶胶，再研磨5小时以后加入氯化铝、氯化镁、氯化锆、氯化钙、氯化钡各0.1公斤，再研磨3小时以后加入强氧化钙1斤，最后再进行3小时的研磨；
1.3 将实施例1.2所得的料浆进行喷雾干燥，然后机压成型，机压磨具为70MPa/m2的压力保压2.5分钟；
1.4 将实施例1.3中得到的样品干燥后放入程序控温炉中进行分段煅烧，第一阶段从室温以8℃/min的升温速率，升温至900℃，第二阶段采用的升温速率为2℃/min，从900℃升温至1550℃，保温时间为42.5小时，然后随炉冷却至室温，即得研磨柱。
Claims (6)
1.一种水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）原料按质量百分比为铝矾土：10-90%，氧化铝粉：10-90%，氧化铬：0.6-5%，烧结助剂与改性剂：1.2-5%；
（2）将步骤（1）配好的原料，采用搅拌磨或管式球磨机球磨2-24小时，在粉磨1-10小时的时候加入铝溶胶和硅溶胶，铝溶胶和硅溶胶总质量为氧化铝粉质量的3.5-15%，粉磨10-20小时时加入一种或多种金属盐，金属盐的总加量为氧化铝粉质量的0.4-15%，粉磨16-24小时时加入对应金属盐的沉淀剂，金属盐沉淀剂的加入量为氧化铝粉质量的0.9-10%；
（3）将步骤（2）所得料喷雾造粒成为原料粉，然后采用等静压成型或机压成型，制得坯体，然后在60-200℃下干燥3-36小时；
（4）将步骤（3）所得坯体在700-1600℃分段烧结，保温时间1-60小时，制得成品；
步骤（1）中铝矾土经1100-1400℃高温处理，且氧化铝含量50-85%；
步骤（1）中烧结助剂与改性剂是碳酸钠、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钾、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铁、氧化锰、氧化镧、氧化钇的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征在于：步骤（2）中铝溶胶固含量为15-30%，颗粒尺寸为5-100nm，pH4.0-10.0。
3.根据权利要求1所述的水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征在于：步骤（2）中硅溶胶固含量为15-30%，颗粒尺寸为5-25nm，pH8.0-10.0。
4.根据权利要求1所述的水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述金属盐为氯化镁、硝酸镁、氯化铝、硝酸铝、氯化钙、硝酸钙、氯化铬、硝酸铬、氯化锆、硝酸锆、氯化钡、硝酸钡、氯化镧、硝酸镧的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵、硅酸钠的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述烧结为以8-10℃/min升温到700-1000℃，然后2-5℃/min升温到烧结温度1200-1600℃，保温时间1-60小时，然后冷却至室温，制得成品。
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