CN107226684A - 耐磨锆铝复合球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于研磨介质技术领域，具体涉及一种耐磨锆铝复合球及其制备方法。配料的重量份数组成为：氢氧化铝球20‑30份、高岭土4‑6份、煅烧滑石1‑2份、废陶瓷辊棒45‑50份、白云石2‑3份、碳酸钡1‑2份、氧化铝粉10‑20份、粘合剂0.1‑0.2份、分散剂0.1‑0.2份、氧化锆2‑3份、柠檬酸0.1‑0.2份。本发明还提供其制备工艺，制备的耐磨锆铝复合球密度大，耐磨，且化学性质稳定。
Description
技术领域
本发明属于研磨介质技术领域，具体涉及一种耐磨锆铝复合球及其制备方法。
背景技术
研磨介质球因其具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀的特性，现作为研磨介质被广泛应用于陶瓷、电子、建材、新材料等领域。现有技术的陶瓷耐磨球一般使用氧化铝粉和铝矾土两种原料制成，采用湿法球磨及喷雾造粒制备超细粉体，然后在35～40MPa压力下采用冷等静压成型，最后经过高温烧成制备氧化铝研磨球，氧化铝制品铝含量达到90％以上，产品处于较高档次，但此工艺存在成本高、烧成温度高、耗能高等缺点；铝矾土制品铝含量较低，一般在70％左右，属于低档耐磨介质一般用于陶瓷坯体的研磨，成本低，但具有颜色黄、比重低、磨耗大，不能使用于釉料的研磨等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐磨锆铝复合球，密度大，耐磨，颜色白，成本低，既能适用于釉料的研磨，又能适用坯体的研磨，且化学性质稳定；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的耐磨锆铝复合球，配料的重量份数组成为：
制备得到耐磨锆铝复合球的粒径为30-70mm。
粘合剂为安徽皖维高新材料股份有限公司生产的PVA17-99(H)
氢氧化铝球优选采用煅烧后的化工填料球，主要成分是Al2O3，氢氧化铝球粒径3-6mm。
分散剂为分散剂为分散剂4050，优选山东寿光三德公司生产。
本发明制得的泥浆研磨时容易发生絮凝，无法从磨中放出，采用减水剂、泡花碱、偏硅酸钠、腐殖酸钠、三聚磷酸酸钠等解胶剂和分散剂都达不到生产要求，而采用本发明分散剂4050解决了此问题。
废陶瓷辊棒粒径3-8mm。
白云石、氧化锆、氧化铝粉、碳酸钡和高岭土的粒径均小于200目。
高岭土为市购，主要成分为Al2O3、SiO2和H2O；煅烧滑石、白云石、碳酸钡、氧化锆和柠檬酸均是普通化工原料；废陶瓷辊棒是建陶企业的副产品。
所述的耐磨锆铝复合球的化学重量份数组成为：
本发明所述的耐磨锆铝复合球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氢氧化铝球、氧化铝粉、氧化锆、废陶瓷辊棒、高岭土、白云石、煅烧滑石、碳酸钡、柠檬酸和水混合后球磨至粒度D90小于10μm得到泥浆，将泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm；
(2)将粘合剂和水加热至无悬浮物，然后加入到步骤(1)得到的物质中，再进行球磨1.5-2小时，再加入分散剂，继续研磨15-30分钟，将继续研磨后得到的物质放入二次泥浆池中搅拌调浆；
(3)将步骤(2)得到的物质造粒，制得粒径0.1-0.5mm的造粒粉；
(3)造粒粉输送至等静压机料仓，压制成型；
(4)将压制成型的球坯烘干，烘干时间不少于6小时；
(5)烧成：使用隧道窑进行烧成，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，16小时达到1200℃，保温3-4小时；20小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑，得到产品。
其中：步骤(1)中先球磨至粒度D90小于10μm得到泥浆，然后将泥浆研磨至D90＜5.5μm；产品越细，比重越高，磨耗越低。
步骤(1)中将氢氧化铝球、氧化铝粉、氧化锆、废陶瓷辊棒、高岭土、白云石、煅烧滑石、碳酸钡和柠檬酸这些原料的总重量是水的重量的2倍。
步骤(1)中粘合剂和水的质量比为1:8-12。
步骤(2)中粘合剂和水的质量比为1:8-12。
步骤(4)中烘干时间为6-8h，温度为80-100℃。
本发明制备得到的耐磨锆铝复合球的理化性质为：密度≥3.30g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗≤0.1‰；莫氏硬度≥9.0；吸水率≤0.01％。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用隧道窑烧结，能更好的保证产品的预热和氧化，在保证烧结的前提下快速烧成，采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
(2)本发明原料使用废辊棒和化工副产品替代部分氧化铝粉，减轻社会环保压力，降低污染；
(3)本发明原料中含有氧化锆，能增加产品的韧性和强度；
(4)本发明产品密度大，颜色白，耐磨，成本低，既能适用于釉料的研磨，又能适用坯体的研磨，且化学性质稳定；
(4)现有技术中氧化铝产品的硬度一般达到莫氏7-8，而本发明经过长时间研究，采用本发明所述的特定的原料和组分，并采用此种制备工艺，最终制得的产品达到莫氏9；
(5)本发明使用废陶瓷辊棒、氢氧化铝球(煅烧后的化工填料球)，减少资源浪费，更好的做到废物利用，铝含量在80-85％，外观白色，硬度达到9，体积密度≥3.30g/cm3，磨耗≤0.1‰，是介于高铝制品和中铝制品的中间产品，并且能替代高铝制品和中铝制品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)研磨：氢氧化铝球3000kg，氧化铝粉2700kg，氧化锆300kg，废陶瓷辊棒7350kg，高岭土750kg，白云石450kg，煅烧滑石300kg，碳酸钡225kg，水7500kg，柠檬酸25kg，将原料、水装入球磨，研磨25小时，研至粒度为D90＜10μm，将泥浆放至一次泥浆池中，一次泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm，PVA30kg，水300kg的比例熬制无悬浮物，加入球磨研磨1.5小时，加入分散剂40kg，继续研磨15分钟后放至二次泥浆池中；
(2)制粉：将二次泥浆打至伺服罐中，搅拌调浆，用柱塞泵将泥浆打入喷塔造粒，控制水分小于1％，制得粒径0.1-0.5的造粒粉；
(3)压制成型：造粒粉从喷塔底部传送带输送至等静压机料仓，压机使用帕斯卡生产的全自动等静压球机，压制成型后摆放在周转箱中；
(4)烘干：将压制成型的球坯装入窑车中，推进烘干洞中烘干，采用即装即推的方法连续装窑车，从进烘干洞至出烘干洞烘干，烘干时间为7h，温度为90℃；
(5)烧成：使用隧道窑，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，12小时达到1200℃，保温3.5小时；16小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑；采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
制备得到的耐磨锆铝复合球理化性质为：密度3.35g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗0.096‰；莫氏硬度9.0；颜色白色；吸水率0％。
实施例2
(1)研磨：氢氧化铝球20kg，氧化铝粉20kg，氧化锆2kg，废陶瓷辊棒45kg，高岭土6kg，白云石3kg，煅烧滑石2kg，碳酸钡2kg，柠檬酸0.16kg，水50kg，将原料、水装入球磨，研磨25小时，研至粒度为D90＜10μm，将泥浆放至一次泥浆池中，一次泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm，PVA0.2kg，水2kg的比例熬制无悬浮物，加入球磨研磨1.5小时，加入分散剂0.2kg，继续研磨15分钟后放至二次泥浆池中；
(2)制粉：将二次泥浆打至伺服罐中，搅拌调浆，用柱塞泵将泥浆打入喷塔造粒，控制水分小于1％，制得粒径0.1-0.5的造粒粉；
(3)压制成型：造粒粉从喷塔底部传送带输送至等静压机料仓，压机使用帕斯卡生产的全自动等静压球机，压制成型后摆放在周转箱中；
(4)烘干：将压制成型的球坯装入窑车中，推进烘干洞中烘干，采用即装即推的方法连续装窑车，从进烘干洞至出烘干洞保持烘干，烘干时间为8h，温度为80℃；
(5)烧成：使用隧道窑，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，12小时达到1200℃，保温3小时；16小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑；采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
制备得到的耐磨锆铝复合球理化性质为：密度3.32g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗0.094‰；莫氏硬度9.0；颜色白色；吸水率0％。
实施例3
(1)研磨：氢氧化铝球30kg，氧化铝粉10kg，氧化锆2kg，废陶瓷辊棒49kg，高岭土4kg，白云石2kg，煅烧滑石1kg，碳酸钡1kg，柠檬酸0.1kg，水1.2kg，将原料、水装入球磨，研磨25小时，研至粒度为D90＜10μm，将泥浆放至一次泥浆池中，一次泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm，PVA0.2kg，水2kg的比例熬制无悬浮物，加入球磨研磨1.5小时，加入分散剂0.1kg，继续研磨15分钟后放至二次泥浆池中；
(2)制粉：将二次泥浆打至伺服罐中，搅拌调浆，用柱塞泵将泥浆打入喷塔造粒，控制水分小于1％，制得粒径0.1-0.5的造粒粉；
(3)压制成型：造粒粉从喷塔底部传送带输送至等静压机料仓，压机使用帕斯卡生产的全自动等静压球机，压制成型后摆放在周转箱中；
(4)烘干：将压制成型的球坯装入窑车中，推进烘干洞中烘干，采用即装即推的方法连续装窑车，从进烘干洞至出烘干洞保持烘干，烘干时间为6h，温度为100℃；
(5)烧成：使用隧道窑，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，12小时达到1200℃，保温4小时；16小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑；采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
制备得到的耐磨锆铝复合球理化性质为：密度3.36g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗0.097‰；莫氏硬度9.0；颜色白色；吸水率0％。
对比例1
(1)研磨：氢氧化铝球20kg，氧化铝粉8kg，氧化锆2kg，废陶瓷辊棒59kg，高岭土4kg，白云石2kg，煅烧滑石1kg，碳酸钡1kg，柠檬酸0.1kg，水1.2kg，将原料、水装入球磨，研磨25小时，研至粒度为D90＜10μm，将泥浆放至一次泥浆池中，一次泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm，PVA0.2kg，水2kg的比例熬制无悬浮物，加入球磨研磨1.5小时，加入分散剂0.1kg，继续研磨15分钟后放至二次泥浆池中；
(2)制粉：将二次泥浆打至伺服罐中，搅拌调浆，用柱塞泵将泥浆打入喷塔造粒，控制水分小于1％，制得粒径0.1-0.5的造粒粉；
(3)压制成型：造粒粉从喷塔底部传送带输送至等静压机料仓，压机使用帕斯卡生产的全自动等静压球机，压制成型后摆放在周转箱中；
(4)烘干：将压制成型的球坯装入窑车中，推进烘干洞中烘干，采用即装即推的方法连续装窑车，从进烘干洞至出烘干洞保持烘干，烘干时间为7h，温度为90℃；
(5)烧成：使用隧道窑，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，12小时达到1200℃，保温3.5小时；16小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑；采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
制备得到的耐磨锆铝复合球理化性质为：密度3.17g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗0.16‰；莫氏硬度7.8；颜色白色；吸水率0％。
对比例2
(1)研磨：氢氧化铝球8kg，氧化铝粉20kg，氧化锆2kg，废陶瓷辊棒59kg，高岭土4kg，白云石2kg，煅烧滑石1kg，碳酸钡1kg，柠檬酸0.1kg，水1.2kg，将原料、水装入球磨，研磨25小时，研至粒度为D90＜10μm，将泥浆放至一次泥浆池中，一次泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm，PVA0.2kg，水2kg的比例熬制无悬浮物，加入球磨研磨1.5小时，加入分散剂0.1kg，继续研磨15分钟后放至二次泥浆池中；
(2)制粉：将二次泥浆打至伺服罐中，搅拌调浆，用柱塞泵将泥浆打入喷塔造粒，控制水分小于1％，制得粒径0.1-0.5的造粒粉；
(3)压制成型：造粒粉从喷塔底部传送带输送至等静压机料仓，压机使用帕斯卡生产的全自动等静压球机，压制成型后摆放在周转箱中；
(4)烘干：将压制成型的球坯装入窑车中，推进烘干洞中烘干，采用即装即推的方法连续装窑车，从进烘干洞至出烘干洞保持烘干，烘干时间为7h，温度为90℃；
(5)烧成：使用隧道窑，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，12小时达到1200℃，保温3.5小时；16小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑；采用快速降温的方式，使晶粒保持在微晶状态，所制得的介质球密度大，耐磨，且化学性质稳定；
制备得到的耐磨锆铝复合球理化性质为：密度3.21g/cm3；晶粒大小为2.5-5.5μm；磨耗0.14‰；莫氏硬度8.2；颜色白色；吸水率0％。
通过实施例1-3和对比例1-2可以看出，氢氧化铝球、氧化铝粉和废陶瓷辊棒含量的改变，对产品的密度和硬度影响较大。
Claims (10)
1.一种耐磨锆铝复合球，其特征在于：配料的重量份数组成为：
2.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：耐磨锆铝复合球的粒径为30-70mm。
3.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：粘合剂为安徽皖维高新材料股份有限公司生产的PVA17-99(H)。
4.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：分散剂为分散剂4050。
5.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：废陶瓷辊棒粒径3-8mm，氢氧化铝球粒径3-6mm。
6.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：白云石、氧化锆、氧化铝粉、碳酸钡和高岭土的粒径均小于200目。
7.根据权利要求1所述的耐磨锆铝复合球，其特征在于：耐磨锆铝复合球的化学重量份数组成为：
8.一种权利要求1-7任一所述的耐磨锆铝复合球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将氢氧化铝球、氧化铝粉、氧化锆、废陶瓷辊棒、高岭土、白云石、煅烧滑石、碳酸钡、柠檬酸和水混合后球磨至粒度D90小于10μm得到泥浆，将泥浆充分搅拌后打入二次磨中，研磨至D90＜5.5μm；
(2)将粘合剂和水加热至无悬浮物，然后加入到步骤(1)得到的物质中，再进行球磨1.5-2小时，再加入分散剂，继续研磨15-30分钟，将继续研磨后得到的物质放入二次泥浆池中搅拌调浆；
(3)将步骤(2)得到的物质造粒，制得粒径0.1-0.5mm的造粒粉；
(3)造粒粉输送至等静压机料仓，压制成型；
(4)将压制成型的球坯烘干，烘干时间不少于6小时；
(5)烧成：使用隧道窑进行烧成，将窑车顶进窑洞控制在4小时达到300℃，8小时达到600℃，16小时达到1200℃，保温3-4小时；20小时达到1400℃，保温8小时；然后在1小时内降温至800℃，出窑，得到产品。
9.根据权利要求8所述的耐磨锆铝复合球的制备方法，其特征在于：步骤(2)中粘合剂和水的质量比为1:8-12。
10.根据权利要求8所述的耐磨锆铝复合球的制备方法，其特征在于：步骤(4)中烘干时间为6-8h，温度为80-100℃。
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