一種利用錳渣制備堇青石陶瓷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用錳渣制備堇青石復(fù)合陶瓷材料及 其方法，屬于工業(yè)固體廢渣綜合回收再利用技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國是世界上最大的電解錳生產(chǎn)國，電解錳產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的98%。我 國的錳礦資源主要是以碳酸錳礦為主的菱錳礦，采用電解硫酸錳工藝來生產(chǎn)金屬錳，在獲 得金屬錳的同時也產(chǎn)生了大量的酸性濾渣一錳渣。由于近年來對錳礦資源的濫采亂挖，造 成了錳礦品味的日益降低，現(xiàn)每生產(chǎn)1噸金屬錳將會產(chǎn)生8~9噸的錳渣。因缺乏有效的 再利用技術(shù)，這些大量的錳渣主要以堆放或填埋的形式進行處理，逐年堆放的工業(yè)錳渣已 對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，主要表現(xiàn)為錳渣中含有的大量氨氮、硫酸鹽、重金屬離子如鎘、鉛、 砷、銅、鋅和錳等對渣場附近大氣、地表/地下水源、土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境等造成的污染與破 壞，已成為制約我國電解錳產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。因此，如何解決錳渣的無害化處理 和資源化利用已成了當(dāng)?shù)卣⑸鐣蜕驽i企業(yè)的一大難題。如果經(jīng)過一定的處理和其他 混料添加，可以實現(xiàn)錳渣的有效回收與綜合資源化利用，從而減少對環(huán)境的污染，產(chǎn)生良好 的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。目前，人們對錳渣的回收與資源化利用開展了廣泛的研宄，如從錳 渣中提取金屬錳、用作水泥緩凝劑、制備陶瓷磚、制作蜂窩型煤燃料、生產(chǎn)錳肥、生產(chǎn)釉或微 晶玻璃材料、用作建設(shè)材料或路基材料等。這些方法為錳渣的綜合利用開辟了新思路，但仍 難以大規(guī)模利用，因此必須尋找新的錳渣綜合利用途徑。
[0003] 堇青石（2MgO? 2A1203 ? 5Si02)是一種硅酸鹽礦物，具有較低的介電常數(shù)（e=4)、 近硅的低熱膨脹系數(shù)、高的力學(xué)強度、良好的電絕緣性、高的化學(xué)穩(wěn)定性和抗熱震性、以及 與電極（Ag-Pd)間的良好匹配性，被廣泛應(yīng)用在窯具、電路板、絕緣體、整流罩、電容器、濾 波器和混頻器、高頻片感與電子封裝材料等領(lǐng)域。此外，堇青石還具有良好的吸附性能，與 各種催化劑活性組分的匹配性能良好，以及孔壁薄、幾何表面積大等特點，可用于制備多孔 材料如蜂窩陶瓷和泡沫陶瓷，作為凈化廢氣的理想催化劑載體和過濾裝置，用于汽車尾氣 凈化、金屬熔體過濾、超細(xì)粒子過濾、催化燃燒、熱交換等化學(xué)加工過程。通常，堇青石可以 通過固相合成法、玻璃反?；ā⑷苣z_凝膠法、水解_沉淀法等方式來制備。天然堇青 石很少，工業(yè)上采用人工合成方法制備堇青石，但合成堇青石仍是一項很困難的工作，這主 要是因為它的生成條件比較苛刻，其生成溫度與分解溫度接近，即燒成溫度范圍窄，在較低 溫度下沒有明顯的堇青石生成，提高溫度又會導(dǎo)致大量的玻璃相生成，從而降低制品的熱 穩(wěn)定性。
[0004] 錳渣的主要化學(xué)成份測定如下：（各成份含量％)
【主權(quán)項】
1. 一種利用錳渣制備堇青石陶瓷的方法，其特征是：以錳渣、滑石、工業(yè)氧化鋁和石英 為原料，其中錳渣質(zhì)量份數(shù)為15~25份，滑石質(zhì)量份數(shù)為41~50份，工業(yè)氧化鋁質(zhì)量份 數(shù)為10~13份，石英質(zhì)量份數(shù)為19~20份；將上述原料按比例混合均勻后添加微量的 5%PVA粘結(jié)劑在模具中壓制成坯塊，在箱式節(jié)能電阻爐中采用固相燒結(jié)法燒結(jié)出主晶相為 堇青石的復(fù)合陶瓷材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用錳渣制備堇青石復(fù)合陶瓷的方法，其特征是：該制備 方法包括以下步驟： (1) 錳渣經(jīng)搗碎、烘干、球磨處理后獲得細(xì)度約40ym的粉料，與細(xì)度約44ym的滑石、 細(xì)度約40ym的工業(yè)氧化鋁、細(xì)度為61ym的石英粉分別按15~25份、41~50份、10~ 13份和19~22份的質(zhì)量份數(shù)混合，攪拌均勻形成混合物，并加入微量的5%PVA粘結(jié)劑混 合均勻； (2) 用鋼質(zhì)模具將混合物壓制成? 50mX8mm圓塊形和37mX6. 5mX6. 5mm長條形生還 體； (3) 將壓制生坯塊置于80°C的電熱恒溫箱中干燥3~4小時獲得干燥坯塊； (4) 將干燥坯塊置于箱式節(jié)能電阻爐中在一定燒結(jié)溫度下燒結(jié)形成產(chǎn)品，燒結(jié)溫度為 1200~1240°C，燒結(jié)保溫時間為2小時，升溫速率為5°C/min,并在100°C、300°C、500°C、 700°C溫度下保溫30分鐘和在800°C、900°C、1000°C、1100°C溫度下保溫1小時； (5) 待產(chǎn)品隨爐冷卻后取出，并進行相關(guān)性能的測試。
【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種利用錳渣為原料來制備堇青石陶瓷材料的配制與制備方法。本發(fā)明所使用的原料為錳渣、滑石、工業(yè)氧化鋁和石英，采用固相燒結(jié)法在1200～1240℃溫度下燒結(jié)出強度優(yōu)良的陶瓷材料。其具體制備方法：將錳渣、滑石、工業(yè)氧化鋁和石英等四種粉料按一定比例均勻混合并添加微量PVA粘結(jié)劑，采用鋼質(zhì)模具將其壓制成型，成型生坯干燥后放入箱式節(jié)能電阻爐中按一定升溫程序在特定溫度下燒結(jié)2小時，待燒結(jié)產(chǎn)品隨爐冷卻后取出，即得到以堇青石為主晶相的復(fù)合陶瓷產(chǎn)物。本發(fā)明具有一定的錳渣利用量，且工藝簡單、無二次污染，具有能夠有效利用錳渣而解決其環(huán)境污染和實現(xiàn)其回收再利用的優(yōu)點，同時發(fā)明的產(chǎn)物是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的主要含堇青石復(fù)合陶瓷材料。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-195
【公開號】CN104692784
【申請?zhí)枴緾N201510066245
【發(fā)明人】宋謀勝, 張 杰, 曾沛源, 吳念, 焦葉宏
【申請人】銅仁學(xué)院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月7日