CN105503241B - 一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材及其制备方法，所述的锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=30‑85：15‑35；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=50‑90：10‑60。本发明主要是以锰矿渣为主原料将其粉碎碾磨后，按一定的配方加入稀土元素，经铸型后高温烧焙再经硬加工及表面处理后型成建筑业所需的各种型材，如板，柱，条，管，边等各型建筑及装饰型材。本发明的有益效果为：锰矿渣利用量大、工艺过程简单、无二次污染，实现了锰矿渣的资源化利用；且本发明加入了稀土元素使发泡陶瓷强度更硬，韧性更好，发泡的大小更均匀，泡壁更薄，重量更轻。
Description
技术领域
本发明涉及建材及装饰领域，更具体的说是涉及一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材及其制备方法。
背景技术
目前在我国锰工业的制造过程主要是以电解锰为主，随着我国锰工业的发展，锰矿渣的排放量很大。全国各地对锰矿渣的处理主要还是以渣场堆存为主，大量的电解锰矿渣堆积，侵占土地，污染环境，造成公害。本发明从环境保护和资源综合利用为目的，解决其占用大量土地、污染环境等问题，同时达到保护生态环境，变废为宝，创造更高经济效益为目的，不仅可以改善锰矿渣对环境的污染，而且形成对锰矿渣的循环再利用，既解决对锰矿渣的处理又创造了新型建筑材料。由于我国早年的锰工业制造遗留了大量锰矿渣，因为生产锰矿渣陶瓷型材主原料成本很低几乎为零，使得锰矿渣陶瓷型材的材料成本较低，在建材市场中锰矿渣陶瓷型材有很好的市场前景和优势。同时从根本上解决了锰矿渣对环境和人类健康的危害以及对生态平衡的破坏。锰矿渣资源化利用具有较大社会价值和广阔的应用前景。
目前市场上尚无利用锰矿渣生产锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的报道。
发明内容
本发明提供一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材及其制备方法，该方法锰矿渣利用量大、工艺过程简单、无二次污染，实现了锰矿渣的资源化利用；且本发明加入了稀土元素使发泡陶瓷强度更硬，韧性更好，发泡的大小更均匀，泡壁更薄，重量更轻提升了发泡陶瓷的性能。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材，其特征在于，所述的锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=30-85：15-35；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=50-90：10-60；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=20-40：30-60：6-19：5-15：3-10；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=30-50：40-60：5-15：3-10：15-30。
优选的，所述的锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=57：25；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=70：35；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=30：45：12：10：6；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=40：50：10：6：22。
一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，步骤如下：
（1）对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；将筛选出的锰矿渣进行多次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉；
（2）配制稀土配方添加剂，所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=50-90：10-60；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=20-40：30-60：6-19：5-15：3-10；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=30-50：40-60：5-15：3-10：15-30；
（3）将步骤(1)的锰矿渣粉按照一定的重量比加入步骤(2)配制好的稀土配方添加剂中；所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=30-85：15-35；然后加水混合均匀，使其含水量为3-8%；
（4）再将步骤（3）中混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料；
（5）将步骤（4）中得到的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放；然后灌入定制型材的模具，进压制定型；
（6）将步骤(5)中灌注成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，锰矿渣粉料的型件的水份控制在0.02%-0.08%；
（7）然后将步骤（6）进行干燥处理后的成型的锰矿渣粉料进行烧结、冷却、硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
优选的，所述的步骤（1）中将筛选出的锰矿渣进行2-4次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉的目数为50-120目。
优选的，所述的步骤（4）中形成混和锰矿渣粉料为60-70目。
优选的，所述步骤(5)中混和锰矿渣粉料进行陈腐置放的时间为24-48h。
优选的，所述步骤（5）中压制定型的压强为2-15MPa,压制时间为1-8min。
优选的,所述步骤（6）中干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为70-120℃,运动速度为0.5-2M/min，干燥时间为16-28h。
优选的，所述烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段；所述发泡孔成型阶段是将温度升温至300-850℃，保持40-100min,升温速率为2-6℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至900-1350℃，保持30-90min,升温速率为2-6℃/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明锰矿渣利用量大、工艺过程简单、无二次污染，实现了锰矿渣的资源化利用；且本发明加入了稀土元素使发泡陶瓷强度更硬，韧性更好，发泡的大小更均匀，泡壁更薄，重量更轻；本发明采用了新的铸型工艺及烧结工艺改变了其金相图结构。
2、本发明锰矿渣的主要化学成分及含量为Al2O3：16-17%，SiO2：27-29%，CaO：38-41%，MgO：8-10%，MnO：3.5-5%，Fe2O3：0.05-0.08%，本发明加入的稀土氧化物可促进锰矿渣材料中Al2O3与SiO2、CaO等组分的化学反应，由于稀土氧化物如 Y2O3、La2O3、Sm2O3等是良好的表面活性物质，可改善Al2O3复合材料的润湿性能，降低陶瓷材料的熔点，易于形成低熔点液相，并通过颗粒之间的毛细管作用，促使颗粒间的物质向孔隙处填充，使陶瓷材料孔隙率降低，使得陶瓷材料密度提高；而且La2O3，Fe2O3，CaO等相互反应后会产生气体，形成封闭的气孔，因此可作为陶瓷型材的发泡剂。压制成型的锰矿渣粉料在烧焙的过程中由于添加的稀土氧化物离子半径相对铝离子要大得多，很难与Al2O3形成固溶体,因此稀土主要存在于Al2O3陶瓷的晶界上.具有玻璃网络结构的稀土氧化物由于其体积较大,在结构中自身迁移阻力大,并阻碍其他离子迁移，降低晶界迁移速率，抑制晶粒生长，有利于致密结构的形成。掺入的稀土氧化物进入晶界玻璃相，使玻璃相的强度得到提高，从而达到改善Al2O3陶瓷力学性能的目的，提高了材料的高温断裂韧性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
[实施例1]
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=30： 35；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=50： 60；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=20：30： 19：5：3；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=50：40：15：3：30。
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备方法为：先对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；将筛选出的锰矿渣进行2次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目；接着配制稀土配方添加剂；将锰矿渣粉与配制好的稀土配方添加剂加水混合均匀，所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=30：35，所述混合物含水量为3%；再将混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料，所述混和锰矿渣粉料为60-70目；将碾磨好的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放24h后灌入定制型材的模具，进压制定型，压制定型的压强为2MPa,压制时间为1min；接着将压制成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，使得锰矿渣粉料型件的水份含量为0.02%-0.08%，本实施例干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为70℃,运动速度为0.5 M/min，干燥时间为16h。接着将干燥处理后的成型的锰矿渣粉料在隧道式烧成窑发泡烧结成型，烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段，所述发泡孔成型阶段是将温度升温至300℃，保持100min,升温速率为2℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至900℃，保持30min,升温速率为2℃/min；然后进入冷却带，冷却带采用的是缓冲冷却方式对其进行冷却，以2℃/min降温速率降温；最后采用直线磨边机及磨具对其进行硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
[实施例2]
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=85：15；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=90：10；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=40： 60：6： 15： 10；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=30：60：5：10：15。
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备方法为：先对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；筛选出的锰矿渣进行4次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目；接着配制稀土配方添加剂；将锰矿渣粉与配制好的稀土配方添加剂加水混合均匀，所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=85：15，所述混合物含水量为8%；再将混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料，所述混和锰矿渣粉料为60--70目；将碾磨好的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放48h后灌入定制型材的模具，进压制定型，压制定型的压强为15MPa,压制时间为8min；接着将压制成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，使得锰矿渣粉料型件的水份含量为0.02%-0.08%，本实施例干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为120℃,运动速度为2M/min，干燥时间为18h。接着将干燥处理后的成型的锰矿渣粉料在隧道式烧成窑发泡烧结成型，烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段，所述发泡孔成型阶段是将温度升温至850℃，保持40min,升温速率为6℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至1350℃，保持30min,升温速率为6℃/min；然后进入冷却带，冷却带采用的是缓冲冷却方式对其进行冷却，以8℃/min降温速率降温；最后采用直线磨边机及磨具对其进行硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
[实施例3]
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=57：25；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=70：35；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=30：45：12：10：6；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=40：50：10：6：22。
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备方法为：先对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；筛选出的锰矿渣进行3次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目；接着配制稀土配方添加剂；将锰矿渣粉与配制好的稀土配方添加剂加水混合均匀，所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=57：25，所述混合物含水量为5%；再将混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料，所述混和锰矿渣粉料为60--70目；将碾磨好的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放36h后灌入定制型材的模具，进压制定型，压制定型的压强为8MPa,压制时间为5min；接着将压制成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，使得锰矿渣粉料型件的水份含量为0.02%-0.08%，本实施例干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为95℃,运动速度为1.25M/min，干燥时间为17h。接着将干燥处理后的成型的锰矿渣粉料在隧道式烧成窑发泡烧结成型，烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段，所述发泡孔成型阶段是将温度升温至575℃，保持70min,升温速率为4℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至1125℃，保持60min,升温速率为4℃/min；然后进入冷却带，冷却带采用的是缓冲冷却方式对其进行冷却，以6℃/min降温速率降温；最后采用直线磨边机及磨具对其进行硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
[实施例4]
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=31：34；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=49：59；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=21：31：18：6：4；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=49：42：13：9：28。
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备方法为：先对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；筛选出的锰矿渣进行2次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目；接着配制稀土配方添加剂；将锰矿渣粉与配制好的稀土配方添加剂加水混合均匀，所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=31：34，所述混合物含水量为4%；再将混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料，所述混和锰矿渣粉料为60--70目；将碾磨好的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放25h后灌入定制型材的模具，进压制定型，压制定型的压强为3MPa,压制时间为2min；接着将压制成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，使得锰矿渣粉料型件的水份含量为0.02%-0.08%，本实施例干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为75℃,运动速度为0.6M/min，干燥时间为16h。接着将干燥处理后的成型的锰矿渣粉料在隧道式烧成窑发泡烧结成型，烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段，所述发泡孔成型阶段是将温度升温至350℃，保持45min,升温速率为3℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至950℃，保持35min,升温速率为3℃/min；然后进入冷却带，冷却带采用的是缓冲冷却方式对其进行冷却，以3℃/min降温速率降温；最后采用直线磨边机及磨具对其进行硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
[实施例5]
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材各原料的组成重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=83：16；所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂=85：15；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCo3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O=38：58：7：14：9；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3=32：59：6：9：16。
本实施例锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备方法为：先对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；筛选出的锰矿渣进行4次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目；接着配制稀土配方添加剂；将锰矿渣粉与配制好的稀土配方添加剂加水混合均匀，所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂=83：16，所述混合物含水量为7%；再将混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料，所述混和锰矿渣粉料为60--70目；将碾磨好的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放46h后灌入定制型材的模具，进压制定型，压制定型的压强为14MPa,压制时间为7min；接着将压制成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，使得锰矿渣粉料型件的水份含量为0.02%-0.08%，本实施例干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为115℃,运动速度为1.8M/min，干燥时间为18h。接着将干燥处理后的成型的锰矿渣粉料在隧道式烧成窑发泡烧结成型，烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段，所述发泡孔成型阶段是将温度升温至800℃，保持90min,升温速率为5℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至1300℃，保持85min,升温速率为5℃/min；然后进入冷却带，冷却带采用的是缓冲冷却方式对其进行冷却，以7℃/min降温速率降温；最后采用直线磨边机及磨具对其进行硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)对锰矿渣初拣选后去掉表浅杂物或浮土，得到较净的锰矿渣，再筛选出石块或其它杂物；将筛选出的锰矿渣进行多次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉；
(2)配制稀土配方添加剂，所述稀土配方添加剂的组成重量比为：固废材料粉剂：稀土粉剂＝50-90：10-60；所述固废材料粉剂组成重量比为：CaCO3：SiO2：NaCO3：B2O3：K2O＝20-40：30-60：6-19：5-15：3-10；所述稀土粉剂组成重量比为：Y2O3：La2O3：Sm2O3：Yb2O3：Fe2O3＝30-50：40-60：5-15：3-10：15-30；
(3)将步骤(2)配制好的稀土配方添加剂按照一定的重量比加入步骤(1)的锰矿渣粉中；所述锰矿渣粉与稀土配方添加剂的重量比为：锰矿渣粉：稀土配方添加剂＝30-85：15-35；然后加水混合均匀，使其含水量为3-8％；
(4)再将步骤(3)中混和均匀的混合物进入球磨机进行碾磨形成混和锰矿渣粉料；
(5)将步骤(4)中得到的混和锰矿渣粉料进行陈腐置放；然后灌入定制型材的模具，进行压制定型；
(6)将步骤(5)中灌注成型的锰矿渣粉料进行干燥处理，锰矿渣粉料的型件的水份控制在0.02％-0.08％；
(7)然后将步骤(6)进行干燥处理后的成型的锰矿渣粉料进行烧结、冷却、硬加工即得到锰矿渣发泡稀土陶瓷型材。
2.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中将筛选出的锰矿渣进行2-4次粉碎后进入球磨机进行碾磨成锰矿渣粉，所述锰矿渣粉为50-120目。
3.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述的步骤(4)中形成混和锰矿渣粉料为60-70目。
4.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中混和锰矿渣粉料进行陈腐置放的时间为24-48h。
5.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中压制定型的压强为2-15MPa，压制时间为1-8min。
6.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述步骤(6)中干燥处理采用隧道式干燥窑，干燥温度为70-120℃，运动速度为0.5-2m /min，干燥时间为16-18h。
7.根据权利要求1所述的一种锰矿渣发泡稀土陶瓷型材的制备工艺，其特征在于，所述烧结过程分为两部分，即发泡孔成型阶段和烧结阶段；所述发泡孔成型阶段是将温度升温至300-850℃，保持40-100min，升温速率为2-6℃/min；所述烧结阶段是将温度升温至900-1350℃，保持30-90min，升温速率为2-6℃/min。
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