CN107285736B - 以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷及其制备方法，属于陶瓷制备技术领域。所述的防静电陶瓷由以下质量百分数的原料制成：赤泥55～75％，高岭土5％，熟焦宝石10％，耐火粘土3～12％，高温长石7～18％；所述的制备方法是先将配比量的原料混匀，再按照水与原料的质量比为35:65的比例加水混料，研磨、干燥后再进行研磨得到干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒，于200MPa下模压成型，经150℃下干燥1h后放入辊道窑中，经1150～1160℃下烧成，得到防静电陶瓷。本发明所采用的赤泥原料的用量大，能够通过调节赤泥的用量来方便调控防静电陶瓷的防静电指标，经辊道窑一次烧成的防静电陶瓷变形量小、不发泡，生产效率高，有利于规模化工业生产。

Description

以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷及其制备方法，属于陶瓷制备技术领域。

背景技术

赤泥作为氧化铝行业的副产物，其排放量非常大，我国每年产生的赤泥废弃物达1000万吨，废弃物随意堆放会对大气、水和土壤等环境产生严重影响，因此，发展赤泥的循环利用技术迫在眉睫。赤泥的含铁量高，也含有高温下能够分解的碳酸钙，在将其作为陶瓷原料使用时，赤泥中的铁组分在高温烧成时易形成低熔点的液相，而碳酸盐分解产生的气体会在陶瓷坯体中带来孔隙、在釉料层中带来针孔缺陷，近年来，多是发展利用添加赤泥的方法来生产发泡陶瓷，如ZL201510283089.1公开了一种添加瓷砖废料并经辊道窑烧成发泡赤泥瓷砖的方法，通过调控原料配方，利用高温烧成过程中气体释放行为的控制来生产得到发泡赤泥瓷砖。

在不发泡陶瓷的生产过程中，赤泥的添加量一直较低，ZL201210295391.5公开了利用添加15％赤泥原料来生产得到仿古砖，这是因为赤泥含量高给坯体带来高温下降低粘度的熔剂组分就多，高温烧成时陶瓷易变形、过烧，高温下液相出现过早，气体排出通道被封闭后气体将残留于坯体内，进而使坯体出现鼓泡、黑心等缺陷，尤其是在高温快烧的辊道窑生产工艺中，采用高掺杂量赤泥来生产不发泡陶瓷制品的技术研究报道非常少。CN201610056201.2公开了利用添加赤泥、富硅铝料和富石英类料等作为原料，利用高温下未反应原料和新生成的矿物材料的骨架可以保障试样不易过烧和变形，且有良好的力学性能，当赤泥添加量增至50％时，烧成温度只得降为1120℃，这说明赤泥含量增高时陶瓷对于辊道窑生产工艺的适应性大幅度降低，因为大掺量带来的高温下软化和气泡问题(约1150℃时Fe₂O₃会分解为FeO、Fe₃O₄和氧气)会给陶瓷制品带来结构和性能上的恶化。在陶瓷制品的生产过程中掺加大掺量赤泥原料的技术成为限制赤泥作为陶瓷制品原料的一个主要问题，需进行深入开展。

静电作为自然界常见的现象，对于处于静电场合中的工作人员、生产的产品和设备仪器而言，当静电超过一定限度，会对人身安全、生产环境和产品质量等造成严重危害，一方面静电会大幅度降低设备的使用寿命及其采集信号的精确性，另一方面静电易引起火灾、爆炸等安全事故，因此防静电材料的研究显得异常重要。在防静电陶瓷的研发中，研究者为调控防静电陶瓷的表面电阻和体积电阻处于10⁶～10⁹Ω/m范围内，主要采用在陶瓷中添加导电物质的方法，如石墨、导电二氧化锡粉、金属纤维、金属粉、导电钛酸钡和钛酸铅粉等，也可以将半导体材料作为添加物。ZL200410077668.2和CN201610261404.5公开了将二氧化锡、氧化锌、二氧化钛、氧化锑和铁的氧化物等一起加入陶瓷原料中，并经烧成或浇注过程生产得到防静电陶瓷的技术方案。在这些通过外加导电物质实现防静电性能的防静电陶瓷生产工艺中，添加物的含量和分布情况受生产工艺稳定性的影响非常明显，毕竟防静电添加剂在防静电陶瓷中的分布会极大地影响陶瓷的防静电性能，在实际生产中往往通过增加添加物的含量来保障防静电性能的实现，此时会带来生产工艺可控性差和原料成本高的问题。另外，这些导电物质都属于化工合成原料，合成工艺过程的复杂性导致该类原料的价格偏高，进而使防静电陶瓷的成本大幅度增加。

当下，采用天然原料或矿渣原料来生产防静电陶瓷的研究日益受到重视，如CN201110163544.6公开了一种利用硫铁矿烧渣制备导电陶瓷制品的技术方案：以硫铁矿烧渣、矿化剂和还原剂为原料，经粉料混合、成型和烧成过程制得电阻率为0.6Ω·cm以上的导电陶瓷，该技术方案的基本原理是加入的煤粉、焦炭或石油焦还原剂在高温下还原铁元素的同时，碳元素发生结晶转变，变成导电的石墨，进而在导电陶瓷中原位形成电流传输的通道，实现导电陶瓷的性能；CN201510959865.5公开了利用含10～22wt％Fe₂O₃、0.5～10wt％FeO和0.5～10wt％Fe₃O₄的铁矿渣为原料，添加粘土、瓷石或砂等经配料、造粉、压制后在辊道窑中生产制备得到防静电陶瓷。

赤泥中铁元素(Fe₂O₃)的含量高，铁元素的价态为高价态的Fe³⁺，作为陶瓷原料制备得到的陶瓷坯体在高温烧成过程中，尤其是辊道窑的氧化焰气氛中铁元素价态会一直处于高价态，只有在高温下(约1150℃)高价态铁氧化物(Fe₂O₃)才会发生分解变为低价态铁(FeO和Fe₃O₄)和氧气，因此如何调控高温烧成过程中铁氧化物的价态，保障其防静电性能，成为限制赤泥作为防静电陶瓷原料的又一个主要问题，相关的研究非常少。

发明内容

本发明的目的是提供一种以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷，解决了赤泥随意堆放利用率低、循环利用途径有限的问题，具有赤泥原料用量大、烧成的防静电陶瓷变形量小、不发泡的特点，生产效率高，有利于规模化工业生产，本发明同时提供其制备方法。

本发明所述的以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷，由以下质量百分数的原料制成：

高温长石 7～18％。

其中，所述熟焦宝石是将焦宝石在1300℃下煅烧2h后而制得。

本发明所述的以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将配比量的原料混匀，再按照水与原料的质量比为35∶65的比例加水混料，在快速研磨机中研磨10min后制得料浆，干燥后进行研磨得到干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将陶瓷粉粒置于模具中，于200MPa下模压成型，经150℃下干燥1h后放入辊道窑中，经1150～1160℃下烧成，烧成周期为70min，得到防静电陶瓷。

本发明的制备方法是利用在高温烧成过程中赤泥与添加的耐高温助剂(熟焦宝石、耐火粘土和高温长石)之间的相互反应来实现气体的排出、陶瓷的烧成和铁氧化物价态的控制，实现防静电陶瓷的烧成稳定性、致密程度和防静电性能，通过赤泥添加量的调整来调控得到的防静电陶瓷的表面电阻和体积电阻数值。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的制备方法所采用的赤泥原料的用量大，能够通过调节赤泥的用量来方便调控防静电陶瓷的防静电指标，也可以将其发展成为一种解决赤泥堆放问题的有效方法，经辊道窑一次烧成的防静电陶瓷变形量小、不发泡，生产效率高，有利于规模化工业生产；

(2)采用辊道窑生产工艺，生产适应性强，生产效率高，有利于规模化工业生产；

(3)本发明不采用添加还原物质的方法，经原材料配合后高温烧成，调控赤泥原料高温释放气体、高温下低熔点物质熔融以及高温下气体发泡的过程，生产得到变形量小、不发泡和防静电性能可调控的防静电陶瓷。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

(1)按照质量百分比进行配料，配制含55％赤泥、5％高岭土、10％熟焦宝石、12％耐火粘土和18％高温长石的混合物料，按照水与混合物料的质量比为35∶65的比例加水混料，在快速研磨机上研磨10分钟后制得料浆，将磨制的料浆干燥后研磨获得干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将经步骤(1)制备得到的陶瓷粉粒放入模具中，在200MPa下模压成型，经150℃干燥1小时后放入辊道窑中经1160℃烧成，烧成周期为70分钟，即得防静电陶瓷。

经测试，本实施例得到的防静电陶瓷的吸水率为0.1％，抗折强度为33MPa。按照国家标准GB1410-2006规定的测试方法，测得防静电陶瓷的表面电阻和体积电阻分别为6×10⁶欧姆和1×10⁸欧姆。

实施例2

(1)按照质量百分比进行配料，配制含65％赤泥、5％高岭土、10％熟焦宝石、7％耐火粘土和13％高温长石的混合物料，按照水与混合物料的质量比为35∶65的比例加水混料，在快速研磨机上研磨10分钟后制得料浆，将磨制的料浆干燥后研磨获得干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将经步骤(1)制备得到的陶瓷粉粒放入模具中在200MPa下模压成型，经150℃干燥1小时后放入辊道窑中经1155℃烧成，烧成周期为70分钟，即得防静电陶瓷。

经测试，本实施例得到的防静电陶瓷的吸水率为0.4％，抗折强度为29MPa。按照国家标准GB1410-2006规定的测试方法，测得防静电陶瓷的表面电阻和体积电阻分别为3×10⁵欧姆和5×10⁶欧姆。

实施例3

(1)按照质量百分比进行配料，配制含75％赤泥、5％高岭土、10％熟焦宝石、3％耐火粘土和7％高温长石的混合物料，按照水与混合物料的质量比为35∶65的比例加水混料，在快速研磨机上研磨10分钟后制得料浆，将磨制的料浆干燥后研磨获得干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将经步骤(1)制备得到的陶瓷粉粒放入模具中在200MPa下模压成型，经150℃干燥1小时后放入辊道窑中经1150℃烧成，烧成周期为70分钟，即得防静电陶瓷。

经测试，本实施例得到的防静电陶瓷的吸水率为0.9％，抗折强度为25MPa。按照国家标准GB1410-2006规定的测试方法，测得防静电陶瓷的表面电阻和体积电阻分别为8×10⁴欧姆和7×10⁵欧姆。

Claims (3)

1.一种以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷，其特征在于：采用如下步骤制备：

(1)先将配比量的原料混匀，再按照水与原料的质量比为35:65的比例加水混料，在快速研磨机中研磨10min后制得料浆，干燥后研磨得到干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将陶瓷粉粒置于模具中，于200MPa下模压成型，经150℃下干燥1h后放入辊道窑中，经1150～1160℃下烧成，烧成周期为70min，得到防静电陶瓷；

其中，步骤(1)中所述配比量的原料为以下质量百分数：

2.根据权利要求1所述的以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷，其特征在于：熟焦宝石是将焦宝石在1300℃下煅烧2h后而制得。

3.一种权利要求1或2所述的以大掺量赤泥为原料经辊道窑烧成的防静电陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)先将配比量的原料混匀，再按照水与原料的质量比为35:65的比例加水混料，在快速研磨机中研磨10min后制得料浆，干燥后研磨得到干粉，通过造球机或手工方式造陶瓷粉粒；

(2)将陶瓷粉粒置于模具中，于200MPa下模压成型，经150℃下干燥1h后放入辊道窑中，经1150～1160℃下烧成，烧成周期为70min，得到防静电陶瓷。