CN115849881A - 一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料、氧化铝陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料、氧化铝陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料以及氧化铝陶瓷，按质量百分比计，陶瓷粉料原料包括氧化铝废料30‑100％，氧化铝微粉0‑70％，滑石粉的添加量为氧化铝总质量的2‑5％，再辅以粘接剂、稀释剂和消泡剂等，调节浆料中各成分的分散性，使滑石粉能够均匀的分散在氧化铝中，解决陶瓷表面因晶相穿晶区产生而导致的花斑问题，使氧化铝陶瓷表面纯白无瑕。本发明所述配方提供了氧化铝废料的资源再利用制备氧化铝陶瓷，对氧化铝废料的利用率可达85％，极大了提高了资源利用率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及废弃资源回收再利用的技术领域，更具体地，涉及一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料、氧化铝陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝(Al2O3)为主体(一般指氧化铝含量在90％以上)的陶瓷材料，具有较好的传导性、机械强度和耐高。因为其具有优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。氧化铝陶瓷常用的制备方法是用氧化铝粉末加上各种辅料进行配比，然后湿法球磨至一定细度，加入比例添加剂搅拌后进行喷雾造粒形成球形粉料，再进行干压或等静压成型后在高温下烧结而成。如CN201610025309.5氧化铝陶瓷粉料、氧化铝陶瓷及其制备方法公开该氧化铝陶瓷粉料按照质量百分含量包括如下组分：85％～95％的氧化铝粉、2％～6％的二氧化钛粉、2.5％～8％的氧化镁粉及0.5％～1.5％的纳米陶瓷粉体，纳米陶瓷粉体为氧化铬粉或氮化硅粉，其原料在湿法球磨后得到浆料，再将其干燥后的粉料于模具中烧结，得到具有较好抗弯强度的氧化铝陶瓷。
目前，在陶瓷氧化铝的生产过程有大量的氧化铝废料产生，其中包括氧化铝球磨，清洗球磨设备、造粒设备、生坯加工边角料、除尘设备清洗料、落地料等。这些氧化铝废料中含有许多铁、铬、橡胶等多种杂质，由该废料直接生产出的氧化铝陶瓷产品，表面带有密密麻麻的黄色花斑，分布面积大、分散不均匀，耐电压低(24-26KV/MM)，难以再用于陶瓷生产，属于工业垃圾，不能直接排放。因此一般采用沉降的方式将这些废料收集到沉降池进行沉降，达到一定数量后由具有资质的环保公司进行处理，其资源浪费严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有氧化铝废料生产的氧化铝陶瓷耐电压低，外观出现斑纹等问题，提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料。
本发明要解决的另一技术问题是利用氧化铝废料制备的陶瓷的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料，原料包括氧化铝废料、氧化铝微粉和滑石粉，按质量百分比计，所述氧化铝废料含量为30-100％，氧化铝微粉的含量为0-70％，滑石粉的添加量为氧化铝总质量的2-5％；所述氧化铝废料为沉降处理后的物料，包括氧化铝90-93％，氧化镁1-1.5％，二氧化硅1.5-2％，轻质碳酸钙1-2％，高岭土2.5-3％，其他金属氧化物0.01-0.05％。
优选地，一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料，原料包括氧化铝废料85％、氧化铝微粉15％，滑石粉占总粉料质量的2.5％。
进一步地，所述原料还包括pH调节剂、粘接剂、乳化腊、消泡剂和稀释剂的一种或多种。
进一步地，pH调节剂的质量是所述粉料总质量的0.1-0.3％，粘结剂的质量是所述粉料总质量的8-12％，稀释剂的质量是所述粉料总质量的0.2-1％，消泡剂的质量是所述粉料总质量的0.01-0.05％，乳化蜡的质量是所述粉体总质量的0.4-1％。
进一步地，所述pH调节剂为碳酸铵，调整浆料的PH，从而使粉料在研磨过程中、喷雾之前的搅拌过程中不至于团聚，有效保证了浆料的电势差，使浆料各个部分都是均匀的分散。
进一步地，所述粘结剂为聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为8％～12％，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～1800，醇解度为87％～89％。
进一步地，所述稀释剂为聚羧酸铵盐，使得各原料之间能够更好地混合均匀，降低了浆料的粘度，提高了浆料的流动性。
进一步地，所述消泡剂能够有效的使浆料中的气泡溢出，确保制造的粉料，其为实心，而非空心，大大提高了粉料的容重。
进一步地，所述乳化蜡的加入有效解决产品压制后脱模和素坯加工过程造成的崩边、开裂问题。
根据上所述陶瓷粉料的制备方法的方法，制备步骤包括：
S1.将沉降池中的氧化铝废料进行预处理；
S2.调节水介质的pH值为8-9，然后在水中加入稀释剂搅拌均匀，再加入处理的氧化铝废料、氧化铝微粉和滑石粉，研磨；
S3.在研磨至总体粒径达标后，加入粘接剂和消泡剂，混合均匀后得到水分比重为34-36％的浆料；
S4.将S3中的浆料进行造粒，得到粉料。
进一步地，所述总体粒径达标的标准为粒径D50为2-3um。
进一步地，所述浆料的粘度为1-2Pa.s，比重为1.7-1.8g/ml，。
进一步地，所述粉体的容重为大于1.06g/cm3，粉体粒径在60-100um，其范围内含量分布大于60％，水分比重为0.35-0.5％，粉体烧失量为2～3.5％。
一种氧化铝陶瓷瓷件，由上述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料经压制成型后烧结而成。
进一步地，所述的压制成型后的氧化铝陶瓷的烧结温度为1580-1680℃。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明以氧化铝废料为原料，通过对废料的预处理，将氧化铝中的肉眼可见的杂质除去，再通过氧化铝微粉和滑石粉的搭配，辅以pH调节剂、稀释剂和消泡剂等，调节浆料中各成分的分散性，使滑石粉能够均匀的分散在氧化铝中，解决因晶相穿晶区产生而导致的花斑，使氧化铝陶瓷表面纯白无瑕。本发明所述配方提供了氧化铝废料的资源再利用的方法，对氧化铝废料的利用率可达85％，极大了提高了资源利用率，降低了生产成本。
附图说明
图1是沉降池中的氧化铝废料图；
图2是实施例4制备的陶瓷在SEM扫描图；
图3是实施例4制备的陶瓷在SEM扫描图；
图4是制备的陶瓷瓷件图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步解释和阐明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。若未特别指明，实施例中所用的方法和设备为本领常规方法和设备，所用原料均为常规市售原料。
实施例1
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，步骤为：
S1.在水中加入碳酸铵调节溶液pH值为8-9，然后加入聚羧酸铵盐搅拌均匀，再加入氧化铝废料、氧化铝微粉和滑石粉，研磨、过筛、湿法除铁；
S2.在研磨至总体粒径D50达到2-3um时后，加入平均聚合度为1700～1800、醇解度为87％～89％、质量百分比浓度为8％～12％的聚乙烯醇溶液和乳化蜡，混合均匀后得到浆料，浆料的性能控制在PH：7-8、粘度：1-2Pa.s、比重：1.7-1.8g/ml；水分：35-38％；
S3.将S2中的浆料进行造粒，造粒参数控制：粉体容重：>1.06g/cm3、粉体粒径60-100um：>60％；水分：0.35-0.5％；粉体烧失量：2～3.5％，得到粉料，再将粉体压制成型，在天然气窑中1610℃下烧结得到陶瓷瓷件。
在本实施例2-6所用的氧化铝废料A为95氧化铝瓷生产加工过程中产生大量的清洗料、边角料、落地料等收集的原料，经过沉降之后去除肉眼可见漂浮杂质，再经过球磨废料、过筛、除铁处理得到废料，所述的氧化铝废料的成分如下所示：包括氧化铝93％，氧化镁1.25％，二氧化硅1.7％，轻质碳酸钙：1.5％，高岭土：2.5％，氧化铬0.03％，氧化铁0.02％。
实施例2
根据实施例1所述方法，本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，粉料包括：氧化铝废料A 90kg，氧化铝微粉255kg，碳酸铵的300g，聚乙烯醇溶液24kg，聚羧酸铵盐2.4kg，消泡剂30g，乳化蜡2.4kg。
实施例3
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例2所用相同，区别在于本实施例中粉料包括：氧化铝废料A135kg，氧化铝微粉165kg。
实施例4
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其添加剂成分与实施例2所用相同，区别在于本实施例中粉料包括：氧化铝废料A255kg，氧化铝微粉45kg，滑石粉7.5kg。
实施例5
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例4所用相同，区别在于本实施例中的滑石粉6kg。
实施例6
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例4所用相同，区别在于本实施例中的滑石粉9kg。
实施例7
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例4所用添加相同，区别在于本实施例中使用氧化铝废料A300kg，氧化铝微粉0kg，滑石粉15kg。
实施例8
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例4所用相同，区别在于本实施例中分别使用1580℃、1650℃、1680℃进行烧结。
实施例9
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例4所用相同，区别在于本实施例中压制成型的压力为150Mpa，烧结温度分别为1580、1610、1650、1680℃。
对实施例2-7所制备的氧化铝陶瓷进行性能检测，检测结果如下表1所示：
表1
有上表1可以看出，有实施例2和实施例3看出，随着氧化铝废料A含量的升高(30％-45％)，所得的陶瓷表面由纯白出现黄色花斑，且分布面积大，分散不均匀。因此，在高含量的氧化铝废料A使用情况下，会导致氧化铝陶瓷出现黄色花斑。而在实施例4-6中，氧化铝废料A含量为85％时，搭配滑石粉的使用，烧结后的陶瓷表面为纯白色，由此可见，滑石粉的添加能够解决高含量氧化铝废料产生花斑的问题。
所述陶瓷表面的花斑是产生晶相穿晶区引起的，而滑石粉的加入解决了相区穿越。由图2-3可知，气孔较少，瓷件孔隙率为0.03％，证实晶界处气孔少；晶粒大小在3.14-12um之间的晶粒，且晶粒之间紧密相连，得知各元素之间合成比较均匀，从而确保相的稳定，使镁橄榄石呈色更加稳定，从而使得瓷件表面纯白。
由实施例7可知，在氧化铝废料使用量为100％时，引入5％的滑石，观察其瓷件表面为黄色花斑，滑石的引入量达到最大值，不需在增加，即小于5％即可。
对实施例8所制备的陶瓷试样进行性能检测，结果如下表2所示：
表2
| 1580℃ | 1650℃ | 1680℃ | |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.64 | 3.69 | 3.68 |
| 抗折强度Mpa | 272 | 300 | 294 |
| 耐电压KV/MM | 24.5 | 30 | 28.9 |
| 外观 | 纯白 | 纯白 | 纯白 |
根据表2得知，在不同温度下烧结，所生产的瓷件均为纯白色，确定了该配方具有较高的稳定性。
对实施例9所制备的陶瓷试样进行性能检测，结果如下表3所示：
表3
| 1580℃ | 1610℃ | 1650℃ | 1680℃ | |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.68 | 3.69 | 3.70 | 3.71 |
| 抗折强度Mpa | 298 | 313 | 301 | 299 |
| 耐电压KV/MM | 27.7 | 30 | 28.9 | 28.3 |
| 外观 | 纯白 | 纯白 | 纯白 | 纯白 |
由上表3可知，在150MPa压力下成型，压实密度达到2.41g/cm3，所生产的瓷件均为纯白色，确定了该配方具有较高的稳定性。
在实施例10-12中，所使用的氧化铝废料B与实施例1-9中的氧化铝废料A来自同一个沉降池，本实施例10-12为氧化铝废料B经过球磨搅拌制备得到氧化铝废料粉体。
实施例10
根据实施例1所述方法，本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，粉料包括：氧化铝废料B 90kg，氧化铝微粉255kg，碳酸铵300g，聚乙烯醇溶液24kg，聚羧酸铵盐2.4kg，消泡剂30g，乳化蜡2.4kg。
实施例11
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例10所用添加相同，区别在于本实施例中使用氧化铝废料B135kg，氧化铝微粉165kg。
实施例12
本实施例提供一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的原料配方，其成分与实施例10所用添加相同，区别在于本实施例中使用氧化铝废料B 255kg，氧化铝微粉45kg，滑石粉7.5kg。
对实施例10-12所制备的氧化铝陶瓷进行性能检测，检测结果如下表4所示：
表4
| 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.68 | 3.68 | 3.68 |
| 抗折强度Mpa | 288 | 290 | 294 |
| 耐电压KV/MM | 27 | 28 | 28.5 |
| 外观 | 纯白色 | 黄色花斑 | 纯白色 |
由上表4看出，前期处理方式不同的氧化铝废料一旦过量同样会导致陶瓷表面出现花斑，而在滑石粉的加入后同样能够生产得到表面纯白的氧化铝陶瓷。
实施例13-23
本实施的配方与制备工艺与实施例2-13相同，区别在于本实施中采用电窑烧结，所得到的陶瓷试样的性能结果如下表5所示：
表5
在不同温度下的烧结得到的陶瓷性能如下表6所示：
表6
| 1580℃ | 1650℃ | 1680℃ | |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.67 | 3.69 | 3.68 |
| 抗折强度Mpa | 285 | 300 | 294 |
| 耐电压KV/MM | 24 | 30 | 28.9 |
| 外观 | 纯白 | 纯白 | 纯白 |
在150Mpa压制下烧结得到的陶瓷性能如下表7所示：
表7
| 1580℃ | 1610℃ | 1650℃ | 1680℃ | |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.69 | 3.69 | 3.70 | 3.70 |
| 抗折强度Mpa | 290 | 296 | 299 | 299 |
| 耐电压KV/MM | 27 | 29.5 | 29 | 29 |
| 外观 | 纯白 | 纯白 | 纯白 | 纯白 |
由上表5-7可知，本发明所述的氧化铝陶瓷呈色与配方原料有关，与成型压力、烧结方式等工艺条件无关。
根据现有对国家95氧化铝陶瓷性能标准，采用最优配方制成的氧化铝陶瓷进行对比，所述的最优配方为：氧化铝废料85％、氧化铝微粉15％、滑石粉占总配方质量的2.5％，碳酸铵的质量是所述粉料总质量的0.1％，粘结剂的质量是所述粉料总质量的8％，稀释剂的质量是所述粉料总质量的0.8％，消泡剂的质量是所述粉料总质量的0.01％，乳化蜡的质量是所述粉体总质量的0.8％。两者的性能对比如下表8所示：
表8
| 项目 | 国家标准 | 本发明 |
| 体积密度g/cm<sup>3</sup> | 3.65 | 3.68-3.7 |
| 耐电压kv/mm | 20 | 29.5 |
| 硬度RHA | 86 | 90 |
| 颜色 | 纯白 | 纯白 |
| 抗折强度MPA | 280 | 318 |
由上表8可知，本发明由大含量氧化铝废料制备得到氧化铝陶瓷达到了国家标准，本发明不仅保持了纯白的外观，在耐电压和硬度上具有一定的优势，而在抗折弯强度上，本发明明显优于国家标准。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料，其特征在于，原料包括氧化铝废料、氧化铝微粉和滑石粉，按质量百分比计，所述氧化铝废料含量为30-100％，氧化铝微粉的含量为0-70％，滑石粉的添加量为氧化铝总质量的2-5％；所述氧化铝废料为沉降处理后的物料，包括氧化铝90-93％，氧化镁1-1.5％，二氧化硅1.5-2％轻质碳酸钙1-2％，高岭土2.5-3％，其他金属氧化物0.01-0.05％。
2.根据权利要求1所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
S1.将沉降池中的氧化铝废料进行预处理；
S2.调节水介质的pH值为8-9，然后在水介质中加入稀释剂搅拌均匀，再加入处理的氧化铝废料、氧化铝微粉和滑石粉，研磨；
S3.在研磨至总体粒径达标后，加入粘接剂和消泡剂，混合均匀后得到水分比重为34-36％的浆料；
S4.将S3中的浆料进行造粒，得到粉料。
3.根据权利要求2所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述稀释剂的添加量为粉料总质量的0.2％～1％。
4.根据权利要求2所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇溶液，其质量为粉料总质量的8-12％。
5.根据权利要求4所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为8％～12％，所述聚乙烯醇的平均聚合度为1700～1800，醇解度为87％～89％。
6.根据权利要求2所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述总体粒径达标的标准为粒径D50为2-3um。
7.根据权利要求2所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述浆料的粘度为1-2Pa.s，比重为1.7-1.8g/ml。
8.根据权利要求2所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料的制备方法，其特征在于，所述粉体粒径分布在60-100um范围内的含量为60％-100％，水分比重为0.35-0.5％，粉体烧失量为2～3.5％。
9.一种氧化铝陶瓷，其特征在于，由权利要求1所述利用氧化铝废料制备的陶瓷粉料烧结而成。
10.根据权利要求9所述氧化铝陶瓷，其特征在于，所述的烧结温度为1580-1680℃。
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