CN105948708B - 一种陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40％～50％，铝矾土20％～30％，钾长石5％～10％，高岭土5％～10％，石英砂5％～10％。本发明的陶瓷材料以赤泥为主要原料制成，所得陶瓷材料硬度高，致密度好，生产成本低，不仅解决了铝矿业带来的环境污染、占地堆放问题，又能充分利用工业废料，变废为宝，经济效益和环保效益显著。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷制备领域，具体涉及一种陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物，其铁矿物含量较高，具有颗粒分散性好、比表面积大、在溶液中稳定性好等特点，在环境修复领域具有广阔的应用前景。但是，赤泥中的氟化物、碱等污染物在浸泡和淋溶作用下会大量溶出，污染地下水，影响生态环境和人体健康。
我国是氧化铝生产大国，每生产1吨氧化铝，大约产生赤泥0.8～2.0t。目前我国赤泥综合利用率仅为4％，目前，我国赤泥累计堆存量至少达到3.5亿吨。赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，赤泥的开发利用也就成了各个行业都在研究的课题。
CN102633528B公开了一种轻质多孔陶瓷及其制备方法，其中各组分的质量百分含量为磷石膏17％、赤泥9％、长石32％、高岭土26％、黄砂16％，将各组分混合后，经成型和烧结而成，成型的压力为3～5MPa，烧结的温度为1050℃～1200℃，该方法同时对磷石膏和赤泥进行了重复利用；但所得陶瓷材料为多孔轻质陶瓷，应用范围受到限制，且所用原料中，赤泥仅占9％；轻质多孔陶瓷的应用市场小、赤泥的使用量低致使赤泥资源并没有得到充分的利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以赤泥为主要原料的陶瓷材料，从而解决现有技术中，以赤泥为原料制备的陶瓷，致密度和硬度低、赤泥的使用量少的问题。
本发明的第二个目的是提供上述陶瓷材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40％～50％，铝矾土20％～30％，钾长石5％～10％，高岭土5％～10％，石英砂5％～10％。
优选的，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥50％，铝矾土20％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
以上原料中，赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂的质量百分比之和为100％，其他原料为水。将水和赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂混合均匀，经成型和烧结，即可得赤泥陶瓷。
本发明提供的陶瓷材料，主要原材料为赤泥和铝矾土等工业废弃物，赤泥的用量达到40％～50％，不仅节约了天然资源，降低了生产成本，而且有利于环境保护，实现了赤泥的有效利用。所得陶瓷材料，致密度高、硬度高，较现有技术的多孔轻质陶瓷具有更好的市场应用前景，对赤泥资源实现了更好的利用。
一种上述陶瓷材料的制备方法，包括：将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂混合后加水制成湿混料，成型，在1100～1250℃进行烧结，即得。
所述混合为球磨混合，球磨混合的时间为5～6h。球磨混合后物料的粒度为1.5～0.075mm。
优选的，将球磨混合后的物料进行干燥，再加水制成湿混料。通过干燥使物料中的湿分汽化逸出，从而利于物料进一步加工。所述湿混料的含水率为5％～10％。
所述成型为压制成型，压制成型的压力为5～8MPa，保压时间为0.5～2min。
所述烧结为常压烧结。优选的，以5～10℃/min的升温速率升温至1100～1250℃；在1100～1250℃的烧结时间为1～2h。本发明的烧结总时间为3～5h，即从开始升温至保温结束的总时间，经冷却即得陶瓷材料。
本发明提供的陶瓷材料的制备方法，制备过程简单，生产成本低，烧结温度低，烧结周期短，所得陶瓷材料致密度高，硬度高达10.23～16.75MPa。该制备方法不仅解决了铝矿业带来的环境污染、占地堆放问题，又能充分利用赤泥、铝矾土等工业废料，变废为宝，经济效益显著和环保效益显著，对贯彻节能减排的基本国策，减少土地占用、保护环境具有重要意义。
附图说明
图1为实施例1的赤泥陶瓷常压烧结前后的实物图；
图2为实施例2的赤泥陶瓷常压烧结前后的实物图；
图3为实施例1中赤泥陶瓷常压烧结后的X射线衍射图；
图4为实施例1中赤泥陶瓷常压烧结后的表面放大500倍SEM图；
图5为实施例1中赤泥陶瓷常压烧结后的断面放大3000倍SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40％，铝矾土30％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1250℃，在该温度下保温1h，冷却，即得。
实施例2
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40％，铝矾土30％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1200℃，在该温度下保温2h，冷却，即得。
实施例3
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40％，铝矾土30％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1240℃，在该温度下保温1h，冷却，即得。
实施例4
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥50％，铝矾土20％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1100℃，在该温度下保温1h，冷却，即得。
实施例5
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥50％，铝矾土20％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1150℃，在该温度下保温1h，冷却，即得。
实施例6
本实施例的陶瓷材料，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥50％，铝矾土20％，钾长石10％，高岭土10％，石英砂10％。
本实施例的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂按配比置于球磨机中混合6h，混合后的物料经鼓风干燥后得到干混料；
2)向干混料中加水至含水率为5％，搅拌均匀，得到湿混料；采用上下面加压成型的方法压片成型制成坯体；成型过程中，压力为8MPa，保压2min；
3)将坯体放入常压烧结炉中，以10℃/min升温速率升温至1150℃，在该温度下保温2h，冷却，即得。
试验例
实施例1、实施例3的赤泥陶瓷烧结前后的实物图分别如图1、图2所示，由图1和图2可以看出，烧结前后，赤泥陶瓷均匀收缩，表面均匀平整无裂纹。
检测实施例1～6所得赤泥陶瓷的体积密度、收缩率和硬度，结果如表1所示。
表1各实施例的赤泥陶瓷的性能检测结果
由表1的试验结果可知，本发明的陶瓷材料，硬度高、致密度好，烧结温度低，具有良好的市场应用前景。
图3为实施例1的陶瓷材料和赤泥的X射线衍射图，由图3可以看出，实施例1制备的陶瓷出现新的成分：钙长石、钠长石、铝硅酸钙、斜长石。
图4、图5为实施例1的陶瓷材料的表面SEM图和断面SEM图，由图4和图5可以看出，赤泥陶瓷表面和断面致密度好，无气孔，且陶瓷材料微观结构均匀，界面结合性好。
Claims (6)
1.一种陶瓷材料，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥40%～50%，铝矾土20%～30%，钾长石5%～10%，高岭土5%～10%，石英砂5%～10%；
其制备方法包括：将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂混合后加水制成湿混料，成型，在1100～1250℃进行烧结，即得；
所述成型为压制成型，压制成型的压力为5～8MPa，保压时间为0.5～2min；
所述烧结为常压烧结，以5～10℃/min的升温速率升温至1100～1250℃，烧结时间为1～2h。
2.如权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制成：赤泥50%，铝矾土20%，钾长石10%，高岭土10%，石英砂10%。
3.一种如权利要求1或2所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：将赤泥、铝矾土、钾长石、高岭土、石英砂混合后加水制成湿混料，成型，在1100～1250℃进行烧结，即得；
所述成型为压制成型，压制成型的压力为5～8MPa，保压时间为0.5～2min；
所述烧结为常压烧结，以5～10℃/min的升温速率升温至1100～1250℃，烧结时间为1～2h。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合为球磨混合，球磨混合的时间为5～6h。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将球磨混合后的物料进行鼓风干燥，再加水制成湿混料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，湿混料的含水率为5%～10%。
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