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一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质，其原料组成为：煅烧α‑Al2O360～80wt％、铁精粉15～25wt％、软锰矿5～15wt％。此外，还公开了上述高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质的制备方法。本发明以铁精粉和软锰矿作为复合助烧结剂，实现液相和晶格活化作用，从而获得了高密度高强度氧化铝球磨介质；并且显著降低了氧化铝的烧结温度和保温时间，从而有效降低了产品能耗。

Description

一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质及其制备 方法
技术领域
本发明涉及陶瓷工业技术领域，尤其涉及一种氧化铝球磨介质及其制备方法。
背景技术
在超细粉碎生产作业中，广泛使用介质磨机如球磨机、搅拌磨机、振动磨机、离心行星磨机等，这些设备需要研磨介质来完成粉碎作业。在生产应用中主要有如下产品：碳钢球、铬钢球、不锈钢球、高铬铸铁球、刚玉球(氧化铝球)、玻璃球、玛瑙球、氧化锆球和天然砂等。氧化铝研磨球具有硬度高、密度大、磨耗低、表面光滑、耐腐蚀等特点，是研磨釉料、坯料及各种粉末材料最理想的耐研磨介质。根据不同的氧化铝含量，氧化铝研磨球可以分为中铝球(氧化铝含量60～65％)、中高铝球(氧化铝含量75～80％)和高铝球(氧化铝含量90％以上)。
从粉碎效率方面考虑，在研磨过程中，介质的密度决定了冲击力作用的强弱。一般来说，介质密度越大，研磨能力越强，粉碎效率越高。99高铝球的密度可以达到3.9g/cm3，但是，其煅烧温度达1600℃以上，保温时间10小时以上，这导致能耗较高。为降低烧成温度，可以添加如SiO2和MgO、CaO、SrO、BaO等碱土金属氧化物，在晶界形成低熔点的玻璃相，促进烧结。但这导致铝球的密度较低(3.2～3.5g/cm3)，莫氏硬度不高(约等于8)。也可以添加如Cr2O3、Fe2O3、TiO2、MnO2等，它们与氧化铝基体形成有限置换固溶体，使晶格发生一定程度的畸变，而且由于这些化合物为变价化合物，可以活化晶格，降低烧结温度。它们主要是通过质点扩散或界面移动来实现致密化，但是，这种烧结是在缺少液相的条件下进行的，需要较长的保温时间(≥10小时)，因此，单纯地添加这些添加剂并不能有效降低能耗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质，以铁精粉和软锰矿作为复合助烧结剂，实现液相和晶格活化作用，从而获得高密度高强度氧化铝球磨介质。本发明的另一目的在于提供上述高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质，其原料组成为：煅烧α-Al2O360～80wt％、铁精粉15～25wt％、软锰矿5～15wt％。
进一步地，本发明所述的高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质，以氧化物计量，其化学组成为Al2O360～80％、SiO22～4％、Fe2O39.4～16.3％、MnO23.2～9.5％、TiO22.5～3.5％、其他氧化物2.9～6.7％。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述原料各组成进行混料处理获得浆料颗粒度为过200目筛筛余＜0.1％的物料，经喷雾造粒后，得到混合粉体；
(2)向旋转滚球机中先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加所述混合粉体，混合粉体不断粘附于球坯晶种表面逐渐长大，得到直径为10～70mm的球坯；
(3)所述球坯干燥后，在1200～1350℃温度下煅烧，保温3～5小时，经过修坯后即得到直径为8～60mm的中铝/中高铝氧化铝球磨介质。
本发明具有以下有益效果：
(1)铁精粉和软锰矿中除含有Fe2O3和MnO2主要物质外，还含有Al2O3、SiO2、TiO2、MgO、CaO等杂质。其中，Al2O3-SiO2-MgO-CaO体系可以形成液相，能够加速物质的传递，而Al2O3-Fe2O3-MnO2-TiO2体系则有助于活化煅烧α-Al2O3的晶格，有助于Al2O3的物质迁移。两种体系相互融合后，Al2O3-SiO2-MgO-CaO体系形成的液相则进一步加强了活化后煅烧α-Al2O3的物质迁移速率，从而可以在较低的煅烧温度下获得较高的迁移速率，而得到高致密度的氧化铝球。
(2)铁精粉的密度约为4.8g/cm3，软锰矿的密度约为4.7～5.0g/cm3，均大于Al2O3的密度(3.98g/cm3)，因此，以此为烧结助剂，可以使得中铝/中高铝氧化铝球的密度在3.8～4.1g/cm3，远高于常规的中铝/中高铝氧化铝球的密度(3.2～3.5g/cm3)，这有助于提高氧化铝球的破碎效率。
(3)由于铁精粉和软锰矿所组成的复合助烧结剂，既有液相，也有晶格活化作用，因此，所得的中铝/中高铝氧化铝球能有效避免单一助烧结剂的缺点，在获得高密度的同时，也能够控制烧结微结构，减少微孔的存在，获得较高的硬度(莫氏硬度大于8)和较高的强度(抗弯强度大于250MPa)。
(4)以铁精粉和软锰矿作为烧结助剂来源，降低了氧化铝的烧结温度，可以降低至1200～1350℃，保温3～5小时，有效降低了产品能耗。
(5)可以采用常规的氧化铝球制备方法来制备本发明的氧化铝球，无需更改现有设备即可生产，具有较好的推广性。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例一：
1、一种高密度高强度中铝氧化铝球磨介质，其原料组成为：煅烧α-Al2O370wt％、铁精粉20wt％、软锰矿10wt％。
2、本实施例高密度高强度中铝氧化铝球磨介质的制备方法，其步骤如下：
(1)将所述原料各组成进行混料处理获得浆料颗粒度为过200目筛筛余＜0.1％的物料，经喷雾造粒后，得到混合粉体；
(2)向旋转滚球机中先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加上述混合粉体，混合粉体不断粘附于球坯晶种表面逐渐长大，得到直径为17mm的球坯；
(3)上述球坯在85℃烘房内干燥后，在窑炉中于1300℃温度下煅烧，保温4小时，经过修坯后即得到直径为15mm的中铝氧化铝球磨介质。
本实施例制得的中铝氧化铝球磨介质，其抗弯强度为300MPa、密度为3.99g/cm3、莫氏硬度为8.5。
实施例二：
1、一种高密度高强度中高铝氧化铝球磨介质，其原料组成为：煅烧α-Al2O380wt％、铁精粉15wt％、软锰矿5wt％。
2、本实施例高密度高强度中高铝氧化铝球磨介质的制备方法，其步骤如下：
(1)将所述原料各组成进行混料处理获得浆料颗粒度为过200目筛筛余＜0.1％的物料，经喷雾造粒后，得到混合粉体；
(2)向旋转滚球机中先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加上述混合粉体，混合粉体不断粘附于球坯晶种表面逐渐长大，得到直径为17mm的球坯；
(3)上述球坯在85℃烘房内干燥后，在窑炉中于1330℃温度下煅烧，保温4小时，经过修坯后即得到直径为15mm的中高铝氧化铝球磨介质。
本实施例制得的中高铝氧化铝球磨介质，其抗弯强度为350MPa、密度为3.95g/cm3、莫氏硬度为8.5。
实施例三：
1、一种高密度高强度中铝氧化铝球磨介质，其原料组成为：煅烧α-Al2O360wt％、铁精粉25wt％、软锰矿15wt％。
2、本实施例高密度高强度中铝氧化铝球磨介质的制备方法，其步骤如下：
(1)将所述原料各组成进行混料处理获得浆料颗粒度为过200目筛筛余＜0.1％的物料，经喷雾造粒后，得到混合粉体；
(2)向旋转滚球机中先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加上述混合粉体，混合粉体不断粘附于球坯晶种表面逐渐长大，得到直径为17mm的球坯；
(3)上述球坯在85℃烘房内干燥后，在窑炉中于1250℃温度下煅烧，保温4小时，经过修坯后即得到直径为15mm的中铝氧化铝球磨介质。
本实施例制得的中铝氧化铝球磨介质，其抗弯强度为280MPa、密度为4.05g/cm3、莫氏硬度为9。

Claims (2)

1.一种高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质，其特征在于原料组成为：煅烧α-Al2O3 60～80 wt%、铁精粉15～25 wt%、软锰矿5～15 wt%；以氧化物计量，化学组成为Al2O360～80%、SiO2 2～4%、Fe2O3 9.4～16.3%、MnO2 3.2～9.5%、TiO2 2.5～3.5%、其他氧化物2.9～6.7%。
2.权利要求1所述高密度高强度中铝/中高铝氧化铝球磨介质的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将所述原料各组成进行混料处理获得浆料颗粒度为过200目筛筛余＜0.1%的物料，经喷雾造粒后，得到混合粉体；
(2) 向旋转滚球机中先加入预制的球坯晶种，然后边旋转喷水雾边添加所述混合粉体，混合粉体不断粘附于球坯晶种表面逐渐长大，得到直径为10～70mm的球坯；
(3) 所述球坯干燥后，在1200～1350℃温度下煅烧，保温3～5小时，经过修坯后即得到直径为8～60mm的中铝/中高铝氧化铝球磨介质。
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