專利名稱：利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù) 相陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，電解錳渣資源化利用方法大致有三種一是將電解錳渣作為工業(yè)副產(chǎn) 品-石膏進行開發(fā)利用，可用來生產(chǎn)水泥、混凝土等；二是將電解錳渣除錳、鐵后用作制備 陶瓷墻地磚的原材料；三是利用電解錳渣生產(chǎn)黑色玻璃裝飾材料。第一種方法該法為電解錳渣綜合利用的傳統(tǒng)方法，其本質(zhì)是利用電解錳渣中所 含的二水硫酸鈣(CaSO4 · 2H20)代替工業(yè)石膏的作用。然而，電解錳渣中CaSO4 · 2H20的含 量有限，含有45. 64%的CaSO4 · 2H20電解錳渣，已屬于含CaSO4 · 2H20較高的工業(yè)廢料，大 部分電解錳渣中CaSO4 ·2Η20的含量都低于該值。由此可見，把電解錳渣當(dāng)作工業(yè)石膏使用 只是利用了其中含量不到一半的CaSO4 · 2Η20。用電解錳渣生產(chǎn)水泥或者混凝土，電解錳渣 的利用量均較小，前者電解錳渣的最高摻量僅為5 %，后者電解錳渣的摻量僅占混凝土總量 的0. 83%?？梢姡摲▽﹄娊忮i渣的利用效率不高，推廣范圍有限。第二種方法該法電解錳渣綜合利用的最新方法之一，所制得的陶瓷墻地磚中電 解錳渣的含量在30%-40%，與傳統(tǒng)方法相比，該法對電解錳渣的利用量大大提高。該法須 先除去電解錳渣中的Mn2+、狗3+，據(jù)資料顯示，去除效率不高，這直接影響到制品的白度是否 符合陶瓷墻地磚的要求。再者，該法制得的陶瓷墻地磚的性能未見報道。若是普通性能的陶 瓷墻地磚要想在國內(nèi)早已飽和的中低檔陶瓷產(chǎn)品市場上占據(jù)一席之地將是非常不容易的。第三種方法該法為電解錳渣綜合利用的最新方法之一，對電解錳渣的消納量最 少可達89%。由于該法以專利的形式發(fā)表，關(guān)于產(chǎn)品性能的具體信息不得而知。上述方法為電解錳渣的綜合利用開辟了新思路，大面積推廣的成熟技術(shù)尚未見報 道，這意味著尋求更多更新的電解錳渣綜合利用途徑仍然非常有必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫 來石復(fù)相陶瓷材料及其制備方法，該方法電解錳渣的利用量較大、不產(chǎn)生二次污染，實現(xiàn)了 廢物資源化，且所制備產(chǎn)品性能優(yōu)越。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的組分及重量份數(shù)為電解 錳渣38-42份；高鋁礬土 28-32份；高嶺土 28-32份；將上述原料按比例混合采用固相燒 結(jié)法燒結(jié)出剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按38-42份28-32 份28-32份的重量份數(shù)混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量50% -55%的水后再次攪拌均勻形成勻漿混合物；(2)將勻漿混合物置于100-105°C的電熱恒溫干燥箱中干燥13-17min后取出并造 粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于155-200°C的電熱恒溫干燥箱中干燥3_4h形成干燥產(chǎn) 品，然后取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1290°C -1300°C，保溫時 間為 25-35min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是1.本發(fā)明所用原料廉價、種類少。通常，陶瓷制品的原料均在三種以上，有的甚至 多達十幾種，而本發(fā)明所用原料只有三種，且均有廉價、易采購的優(yōu)點。2.電解錳渣前處理工序少且簡單。電解錳渣只需經(jīng)過水洗、干燥、研磨的簡單處理 后即可使用；且對電解錳渣的利用量大，電解錳渣在配方中的質(zhì)量百分比高達38-42%。3.產(chǎn)品性能優(yōu)越，產(chǎn)品為剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷，具有低吸水率、耐高溫、抗壓強 度高、抗熱震性高等優(yōu)點；產(chǎn)品用途廣泛，剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷可用于高溫窯爐內(nèi)襯、高 溫窯具等多方面；產(chǎn)品無二次污染，產(chǎn)品經(jīng)毒性實驗檢測后，發(fā)現(xiàn)其浸出液中不含錳金屬， 說明不存在二次污染問題。4.變廢為寶，資源再利用。電解錳渣為工業(yè)廢渣，排放量大，污染嚴(yán)重，給環(huán)境造成 較大危害，將其用作生產(chǎn)高性能陶瓷材料的原料，實現(xiàn)了廢物資源化。
具體實施例方式本發(fā)明通過以下實施例進一步詳述，但本實施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說明性的， 而不是限定性的，不應(yīng)依此來局限本發(fā)明的保護范圍。實施例1 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料，其組分及重量份數(shù)為電 解錳渣38份；高鋁礬土 32份；高嶺土 30份；將上述原料按比例混合采用固相燒結(jié)法燒 結(jié)出剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按7. 6g 6.4g 6g 的重量混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量50%的水后再次攪拌均勻形成勻漿混 合物；(2)將勻漿混合物置于100°C的電熱恒溫干燥箱中干燥17min后取出并造粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于155°C的電熱恒溫干燥箱中干燥池形成干燥產(chǎn)品，然后 取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1290°C，保溫時間為35min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。實施例2 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料，其組分及重量份數(shù)為電 解錳渣42份；高鋁礬土 30份；高嶺土 份；將上述原料按比例混合采用固相燒結(jié)法燒4結(jié)出剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按8. 4g 6g 5. 6g 的重量混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量55%的水后再次攪拌均勻形成勻漿混 合物；(2)將勻漿混合物置于105°C的電熱恒溫干燥箱中干燥15min后取出并造粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于200°C的電熱恒溫干燥箱中干燥4h形成干燥產(chǎn)品，然后 取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1300°C，保溫時間為30min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。實施例3 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料，其組分及重量份數(shù)為電 解錳渣40份；高鋁礬土 30份；高嶺土 30份；將上述原料按比例混合采用固相燒結(jié)法燒 結(jié)出剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按8g 6g 6g的 重量混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量50 %的水后再次攪拌均勻形成勻漿混合 物；(2)將勻漿混合物置于105°C的電熱恒溫干燥箱中干燥i:3min后取出并造粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于180°C的電熱恒溫干燥箱中干燥3. 5h形成干燥產(chǎn)品，然 后取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1300°C，保溫時間為30min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。實施例4 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料，其組分及重量百份數(shù)為 電解錳渣40份；高鋁礬土 30份；高嶺土 30份；將上述原料按比例混合采用固相燒結(jié)法 燒結(jié)出剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按8g 6g 6g的 重量混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量52 %的水后再次攪拌均勻形成勻漿混合 物；(2)將勻漿混合物置于100°C的電熱恒溫干燥箱中干燥15min后取出并造粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于170°C的電熱恒溫干燥箱中干燥池形成干燥產(chǎn)品，然后 取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1290°C，保溫時間為30min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。本發(fā)明原理如下本發(fā)明運用固相燒結(jié)原理、晶體缺陷理論，以電解錳渣為主要原料，廉價的高鋁礬 土和高嶺土為輔料，通過合理配方，形成了所需要的高強度的剛玉、莫來石晶體。本發(fā)明中5剛玉-莫來石復(fù)合晶相的形成機理為500 6000C =Al2O3 · 2Si02 · 2H20 — Al2O3 · 2Si02+2H20高嶺土偏高嶺土8000C =Al2O3 · 2Si02 — Al2O3^SiO2偏高嶺土1300 1400°C :3Al203+2Si02 — 3A1203 · 2Si02莫來石剛玉-莫來石復(fù)相主要是通過高嶺土在高溫下形成莫來石晶體，高鋁礬土提供的 Al2O3成分過量后進一步形成剛玉晶體，由于高鋁礬土中的Al2O3含量較高，因而主晶相為剛玉。電解錳渣中的CaSO4 · 2H20在1100°C -1200°C的高溫下可與SW2發(fā)生反應(yīng)，生成 硅灰石(β -CaSiO3)。CaS04+Si02—CaSi03+S02+l O22硅灰石晶體為針棒狀，交錯排列，與剛玉、莫來石晶體一起形成材料的骨架結(jié)構(gòu)。 硅灰石在形成過程中，組分中的Ca可被少量的Fe、Mn及Mg所置換而呈類質(zhì)同象體。這為 錳渣中的Mn提供了 “去處”和發(fā)揮作用的機會，即錳渣中的Mn理論上可成為硅灰石晶體 結(jié)構(gòu)中的組成部分，因而對材料的強度有一定的貢獻度。樣品的錳金屬毒性實驗結(jié)果表明 樣品的浸出液中未含有錳金屬。由此可推斷，錳渣中的Mn有可能成為了硅灰石晶體中的一 部分。
權(quán)利要求
1.一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料，其特征在于該利用電解錳 渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的組分及重量份數(shù)為電解錳渣38-42份；高鋁礬 土 28-32份；高嶺土 28-32份；將上述原料按比例混合采用固相燒結(jié)法燒結(jié)出剛玉-莫來 石復(fù)相陶瓷材料。
2.一種如權(quán)利要求1所述的利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料的制備方 法，其特征在于該制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經(jīng)水洗、烘干、研磨處理后，與高鋁礬土、高嶺土按38-42份28-32份 28-32份的重量份數(shù)混合，攪拌均勻形成混合物，加入混合物重量50% -55%的水后再次攪 拌均勻形成勻漿混合物；(2)將勻漿混合物置于100-105°C的電熱恒溫干燥箱中干燥13-17min后取出并造粒；(3)用鋼質(zhì)模具將造粒后的原料壓制成型；(4)將成型后的生坯置于155-200°C的電熱恒溫干燥箱中干燥3-4h形成干燥產(chǎn)品，然 后取出絕干產(chǎn)品放入高溫電爐中燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為1290°C -1300°C，保溫時間為 25_35min ；(5)待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料及其制備方法。該剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料以電解錳渣、高鋁礬土和高嶺土為原料，采用固相燒結(jié)法燒結(jié)出性能優(yōu)越的陶瓷材料，其具體制備方法將電解錳渣、高鋁礬土和高嶺土按特定比例混合、攪拌均勻，加適量水后繼續(xù)攪拌均勻，經(jīng)過干燥后進行造粒，采用鋼質(zhì)模具將其壓制成型，成型生坯干燥后放入高溫電爐中燒結(jié)，待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出。本發(fā)明對電解錳渣的利用量大、用途廣泛、無二次污染，是一種性能優(yōu)越的剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷材料。
文檔編號C04B35/185GK102050616SQ20091007099
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者于宏兵, 胡春燕 申請人:南開大學(xué)