CN108275976A - 一种锰渣改性陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锰渣改性陶瓷复合材料及其制备方法，涉及材料领域。锰渣改性陶瓷复合材料由以下方法制得：将锰渣改性陶瓷复合材料的原料混合，烘干，于38‑42Mpa压制后，于保护气氛下在1100‑1180℃烧结，冷却。其中，原料包括：20‑25重量份的锰渣，60‑70重量份的高岭土，2‑5重量份的石英砂，2‑3重量份的玻璃粉，3‑5重量份的稀土氧化物，以及0.2‑0.8重量份的水玻璃，以及5‑8重量份的水。该制备方法，操作简单可控，便于工业化生产，有效提高原料的利用率，降低锰渣对环境的污染，有该方法制得的锰渣改性陶瓷复合材料，其孔隙度高且强度高，轻质耐火，具有较佳的保温、隔音效果。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，且特别涉及一种锰渣改性陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，我国电解锰工业的发展迅速，电解锰渣的治理以及综合回收利用问题日益突出。目前由于经济、技术等原因，许多电解锰企业并未对电解锰渣做任何处理就将其直接堆放于渣场，长期堆积的锰渣会对周围环境造成严重污染。
同时，我国陶瓷工业发展迅猛，其对原材料的需求越来越大，每年耗用的天然矿物质近2亿，将锰渣运用于陶瓷所需的原材料，有效解决现有的锰渣造成的环境污染。但是，将锰渣直接用于陶瓷工业，对于陶瓷的性质产生较大的影响，如何在上述结合的条件下制得一种新型的，轻质耐火的复合材料，尚未有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锰渣改性陶瓷复合材料，其孔隙度高且强度高，轻质耐火，具有较佳的保温、隔音效果。
本发明的另一目的在于提供一种锰渣改性陶瓷复合材料的制备方法，操作简单可控，便于工业化生产，有效提高原料的利用率，降低锰渣对环境的污染。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种锰渣改性陶瓷复合材料，将锰渣改性陶瓷复合材料的原料混合，烘干，于38-42Mpa压制后，于保护气氛下在1100-1180℃烧结，冷却。
其中，原料包括：20-25重量份的锰渣，60-70重量份的高岭土，2-5重量份的石英砂，2-3重量份的玻璃粉，3-5重量份的稀土氧化物，以及0.2-0.8重量份的水玻璃，以及5-8重量份的水。
本发明提出一种上述锰渣改性陶瓷复合材料的制备方法，其包括：
将原料混合，烘干，于38-42Mpa压制后，于保护气氛下在1100-1180℃烧结，冷却。
本发明实施例的锰渣改性陶瓷复合材料及其制备方法有益效果是：
锰渣含有的杂质CaSO4·H2O，所产生的气孔使得烧结时锰渣改性陶瓷复合材料的气孔率增大，使得锰渣改性陶瓷复合材料的质量轻，具有较佳的强度，孔隙度，隔热、隔音以及阻燃效果佳。水玻璃在本发明中，一方面作为粘结剂用于使原料聚集在一起，有效进行压制为坯件，提高坯件的致密度，使烧结后的锰渣改性陶瓷复合材料的强度高，另一方面作为分散剂，有效节省水的添加量。稀土氧化物的添加首先，高岭土、锰渣等含有中存在少量的碳酸盐矿物杂质的条件下，产生的二氧化碳与三氧化二铁反应，生成氧气，同时氧化镧以及氧化铈氧化还原反应调节了烧结的气氛使铁元素变为气体挥发，进一步使得锰渣改性陶瓷复合材料的开口气孔以及闭口气孔。同时稀土氧化物在烧结温度下和高岭土、石英砂等生成玻璃相，增强玻璃相的强度，高温有效催化各原料生成液相，同时使内部产生晶格缺陷，活化晶格，促进锰渣改性陶瓷复合材料的烧结。上述烧结条件以及原料互相配合，有效提高最终得到的锰渣改性陶瓷复合材料的多孔性、强度等性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的锰渣改性陶瓷复合材料及其制备方法进行具体说明。
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
S1.将锰渣改性陶瓷复合材料的原料混合，烘干，得粉料。
其中，原料包括：20-25重量份的锰渣，60-70重量份的陶土，2-5重量份的石英砂，2-3重量份的玻璃粉，3-5重量份的稀土氧化物，以及0.2-0.8重量份的水玻璃，以及5-8重量份的水。
具体地，0<锰渣的粒径≤50um，0<玻璃粉的粒径≤80um，0<石英砂的粒径≤50um。便于混合均匀，同时后续烧结效果佳。
其中，锰渣的主要化学成分为：二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化锰(MnO2)和三氧化硫(SO3)，以及杂质CaSO4·H2O，其在烧结温度下，由于锰渣含有的杂质CaSO4·H2O，所产生的气孔使得烧结时锰渣改性陶瓷复合材料的气孔率增大，使得锰渣改性陶瓷复合材料的质量轻，具有较佳的强度，孔隙度，隔热、隔音以及阻燃效果佳。
高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成，主要矿物成分是高岭石，作为陶瓷的主要成分。石英砂辅助高岭土，补充二氧化硅。玻璃粉为废弃的玻璃经研磨所得，其在烧结温度下形成液相，液相烧结得到致密的陶瓷材料，同时其与锰渣、水玻璃配合，使得坯体的显气孔率保持较佳的范围，使得坯体便于成型。
同时水玻璃在本发明中，一方面作为粘结剂用于使原料聚集在一起，有效进行压制为坯件，提高坯件的致密度，使烧结后的锰渣改性陶瓷复合材料的强度高，另一方面作为分散剂，有效节省水的添加量。
稀土氧化物的添加，首先，高岭土、锰渣等含有中存在少量的碳酸盐矿物杂质的条件下，产生的二氧化碳与三氧化二铁反应，生成氧气，同时氧化镧以及氧化铈氧化还原反应调节了烧结的气氛使铁元素变为气体挥发，进一步使得锰渣改性陶瓷复合材料的开口气孔以及闭口气孔。同时稀土氧化物在烧结温度下和高岭土、石英砂等生成玻璃相，增强玻璃相的强度，高温有效催化各原料生成液相，通过液相烧结得到致密的陶瓷材料，有效提高同时锰渣改性陶瓷复合材料的稳定性，同时使得锰渣改性陶瓷复合材料的质量轻，具有较佳的强度，孔隙度，隔热、隔音以及阻燃效果佳。
优选地，稀土氧化物为重量比为25-30：4-5的氧化镧以及氧化铈。氧化镧以及氧化铈两种的配合，有效提高稀土氧化物在锰渣改性陶瓷复合材料中的稳定性，同时氧化镧以及氧化铈与高岭土等形成固溶体，使内部产生晶格缺陷，活化晶格，促进锰渣改性陶瓷复合材料的烧结。
优选地，混合包括：于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分至少2批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌5-10min。有效使得各原料充分混合均匀，使得最后制得的锰渣改性陶瓷复合材料的稳定性佳，质量佳。
优选地，本发明较佳的实施例中，原料还包括1-2重量份的长度为1-3mm的耐火纤维。其柔软、弹性好，优选为多晶耐火纤维，有效提高锰渣改性陶瓷复合材料的阻燃性能以及韧性以及强度。
当原料还包括上述1-2重量份的长度为1-3mm的耐火纤维时，于搅拌条件下，将陶土，石英砂，玻璃粉，以及稀土氧化物以及耐火纤维混合。
烘干于200-250℃的条件下进行10-12h，便于后续进行加压以及烧结。
S2.将粉料于38-42Mpa压制后，于保护气氛下在1100-1180℃烧结，冷却。
.其中，38-42Mpa的压强范围内，耗能较少，同时有效使得粉料压制成型，使得粉料中各颗粒之间的紧密度大，气体被排出，烧结后，锰渣改性陶瓷复合材料的强度佳，同时防止压力过大，各颗粒之间的紧密度过大，导致烧结过程中产生的气体无法排出，导致陶瓷内部出现层裂。
综合上述原料的配比，于1100-1180℃烧结，优选在烧结温度下烧结1.8-2.6h，有效提高最终得到的锰渣改性陶瓷复合材料的性能。
优选地，压制后，以15-25℃/min的速度升温至烧结温度。
其中，冷却为随炉冷却至室温，此处的室温为20-35℃。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
准备原料：原料包括：25重量份的锰渣，60重量份的高岭土，2重量份的石英砂，2.5重量份的玻璃粉，5重量份的稀土氧化物，以及0.5重量份的水玻璃，以及7重量份的水。
其中，玻璃粉的粒径≤80um，石英砂的粒径≤50um，锰渣的粒径≤50um。
于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分4批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌10min后，于235℃的条件下烘12h后，再在40Mpa的条件下进行压制为坯件，坯件于烧结炉内，以25℃/min的速度升温至1150℃后进行烧结2h，随炉冷却。
实施例2
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
准备原料：原料包括：23重量份的锰渣，68重量份的高岭土，3重量份的石英砂，3重量份的玻璃粉，4重量份的稀土氧化物，以及0.5重量份的水玻璃，以及7重量份的水。
其中，玻璃粉的粒径≤80um，石英砂的粒径≤50um，锰渣的粒径≤50um。
于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分3批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌80min后，于250℃的条件下烘12h后，再在42Mpa的条件下进行压制为坯件，坯件于烧结炉内，以25℃/min的速度升温至1180℃后进行烧结2h，随炉冷却。
实施例3
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
准备原料：原料包括：24重量份的锰渣，63重量份的高岭土，4重量份的石英砂，3重量份的玻璃粉，3.5重量份的稀土氧化物，以及0.5重量份的水玻璃，以及7重量份的水。
其中，玻璃粉的粒径≤80um，石英砂的粒径≤50um，锰渣的粒径≤50um。
于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分2批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌10min后，于235℃的条件下烘12h后，再在38Mpa的条件下进行压制为坯件，坯件于烧结炉内，以23℃/min的速度升温至1150℃后进行烧结2h，随炉冷却。
实施例4
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
准备原料：原料包括：22重量份的锰渣，67重量份的高岭土，4重量份的石英砂，2.5重量份的玻璃粉，4重量份的稀土氧化物，以及0.6重量份的水玻璃，2重量份的耐火纤维以及7重量份的水。
其中，玻璃粉的粒径≤80um，石英砂的粒径≤50um，锰渣的粒径≤50um，耐火纤维的长度为2mm。
于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，耐火纤维以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分3批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌10min后，于230℃的条件下烘11h后，再在40Mpa的条件下进行压制为坯件，坯件于烧结炉内，以25℃/min的速度升温至1150℃后进行烧结2h，随炉冷却。
实施例5
一种锰渣改性陶瓷复合材料，其由以下方法制得：
准备原料：原料包括：25重量份的锰渣，61重量份的高岭土，2重量份的石英砂，2重量份的玻璃粉，5重量份的稀土氧化物，以及0.4重量份的水玻璃，2重量份的耐火纤维以及8重量份的水。
其中，玻璃粉的粒径≤80um，石英砂的粒径≤50um，锰渣的粒径≤50um，耐火纤维的长度为2mm。
于搅拌条件下，先将陶土，石英砂，玻璃粉，耐火纤维以及稀土氧化物混合，得混合物，再将锰渣分3批加入混合物，最后喷雾加入水玻璃与水的稀释液后，继续搅拌10min后，于250℃的条件下烘12h后，再在40Mpa的条件下进行压制为坯件，坯件于烧结炉内，以25℃/min的速度升温至1150℃后进行烧结2h，随炉冷却。
试验例
重复实施例1-5制得足够多的锰渣改性陶瓷复合材料。根据国标GB1964-1996，采用北京恒奥德仪器仪表有限公司提供的数显多孔陶瓷抗压强度试验仪/多孔陶瓷抗压强度试验仪，型号：HAD-SDY，测试实施例1-5制得的锰渣改性陶瓷复合材料在25℃的抗压强度。
根据国标GB/T1966-1996《多孔陶瓷显气率，容重试验方法》，采用DXR多孔陶瓷显气孔率容重测试仪对实施例1-5制得的锰渣改性陶瓷复合材料进行显气率测定。结果如表1所示。
表1试验结果
| 孔隙率％ | 抗压强度Mpa | |
| 实施例1 | 38.3 | 38.7 |
| 实施例2 | 36.4 | 36.3 |
| 实施例3 | 37.8 | 37.2 |
| 实施例4 | 33.8 | 43.1 |
| 实施例5 | 34.4 | 43.6 |
由表1可得，本发明制得的锰渣改性陶瓷复合材料的孔隙度为33.4％以上，抗压强度36.3MPa以上，其孔隙度高且强度高，轻质耐火，具有较佳的保温、隔音效果。
综上，本发明实施例的锰渣改性陶瓷复合材料的制备方法，操作简单可控，便于工业化生产，有效提高原料的利用率，降低锰渣对环境的污染。上述制备方法制得的锰渣改性陶瓷复合材料，其孔隙度高且强度高，轻质耐火，具有较佳的保温、隔音效果。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种锰渣改性陶瓷复合材料，其特征在于，将所述锰渣改性陶瓷复合材料的原料混合，烘干，于38-42Mpa压制后，于保护气氛下在1100-1180℃烧结，冷却；
其中，所述原料包括：20-25重量份的锰渣，60-70重量份的高岭土，2-5重量份的石英砂，2-3重量份的玻璃粉，3-5重量份的稀土氧化物，以及0.2-0.8重量份的水玻璃，以及5-8重量份的水。
2.根据权利要求1所述的锰渣改性陶瓷复合材料，其特征在于，所述稀土氧化物为重量比为25-30：4-5的氧化镧以及氧化铈。
3.根据权利要求1所述的锰渣改性陶瓷复合材料，其特征在于，还包括1-2重量份的长度为1-3mm的耐火纤维。
4.根据权利要求1所述的锰渣改性陶瓷复合材料，其特征在于，0<所述玻璃粉的粒径≤80um，0<所述石英砂的粒径≤50um。
5.根据权利要求1所述的锰渣改性陶瓷复合材料，其特征在于，0<所述锰渣的粒径≤50um。
6.如权利要求1-5任意一项所述的锰渣改性陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将所述原料混合，烘干，于38-42Mpa压制后，于保护气氛下在1100-1180℃烧结，冷却。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，混合包括：
于搅拌条件下，先将所述陶土，所述石英砂，所述玻璃粉，以及所述稀土氧化物混合，得混合物，再将所述锰渣分至少2批加入所述混合物，最后喷雾加入所述水玻璃与所述水的稀释液后，继续搅拌5-10min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括1-2重量份的长度为1-3mm的耐火纤维，于搅拌条件下，将所述陶土，所述石英砂，所述玻璃粉，以及所述稀土氧化物以及所述耐火纤维混合。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，烘干于200-250℃的条件下进行10-12h。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，压制后，以15-25℃/min的速度升温至烧结温度。
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| CN110436938A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-12 | 广西碳歌环保新材料股份有限公司 | 发泡陶瓷墙板及其制备方法 |
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| CN114315312A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-12 | 邱小平 | 一种采用锂电池废料的亚金陶瓷及其制备方法 |
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