專利名稱：利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷材料技術領域，尤其是一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復 相陶瓷材料及其制備方法。
背景技術：
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副產 品-石膏進行開發利用，可用來生產水泥、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方法，其本質是利用電解錳渣中所 含的二水硫酸鈣(CaSO4 · 2H20)代替工業石膏的作用。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，把電解錳渣當作工業石膏使用 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%。可見，該法對電解錳渣的利用效率不高，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早已飽和的中低檔陶瓷產品市場上占據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表，關于產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。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫 來石復相陶瓷材料及其制備方法，該方法電解錳渣的利用量較大、不產生二次污染，實現了 廢物資源化，且所制備產品性能優越。本發明是通過以下技術方案來實現的一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的組分及重量份數為電解 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 結法燒結出剛玉-莫來石復相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經水洗、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 品，然后取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1290°C -1300°C，保溫時 間為 25-35min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。本發明的優點和有益效果是1.本發明所用原料廉價、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，而本發明所用原料只有三種，且均有廉價、易采購的優點。2.電解錳渣前處理工序少且簡單。電解錳渣只需經過水洗、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量百分比高達38-42%。3.產品性能優越，產品為剛玉-莫來石復相陶瓷，具有低吸水率、耐高溫、抗壓強 度高、抗熱震性高等優點；產品用途廣泛，剛玉-莫來石復相陶瓷可用于高溫窯爐內襯、高 溫窯具等多方面；產品無二次污染，產品經毒性實驗檢測后，發現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。電解錳渣為工業廢渣，排放量大，污染嚴重，給環境造成 較大危害，將其用作生產高性能陶瓷材料的原料，實現了廢物資源化。
具體實施例方式本發明通過以下實施例進一步詳述，但本實施例所敘述的技術內容是說明性的， 而不是限定性的，不應依此來局限本發明的保護范圍。實施例1 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料，其組分及重量份數為電 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法燒 結出剛玉-莫來石復相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經水洗、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品，然后 取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1290°C，保溫時間為35min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。實施例2 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料，其組分及重量份數為電 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法燒4結出剛玉-莫來石復相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經水洗、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形成干燥產品，然后 取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1300°C，保溫時間為30min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。實施例3 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料，其組分及重量份數為電 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法燒 結出剛玉-莫來石復相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經水洗、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形成干燥產品，然 后取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1300°C，保溫時間為30min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。實施例4 一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料，其組分及重量百份數為 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法 燒結出剛玉-莫來石復相陶瓷材料。利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的制備方法包括以下步驟(1)電解錳渣經水洗、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品，然后 取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1290°C，保溫時間為30min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。本發明原理如下本發明運用固相燒結原理、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。本發明中5剛玉-莫來石復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發生反應，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構。 硅灰石在形成過程中，組分中的Ca可被少量的Fe、Mn及Mg所置換而呈類質同象體。這為 錳渣中的Mn提供了 “去處”和發揮作用的機會，即錳渣中的Mn理論上可成為硅灰石晶體 結構中的組成部分，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。
權利要求
1.一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料，其特征在于該利用電解錳 渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料的組分及重量份數為電解錳渣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法燒結出剛玉-莫來 石復相陶瓷材料。
2.一種如權利要求1所述的利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復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形成干燥產品，然 后取出絕干產品放入高溫電爐中燒結形成產品，燒結溫度為1290°C -1300°C，保溫時間為 25_35min ；(5)待產品隨爐冷卻后取出。
全文摘要
本發明涉及陶瓷材料技術領域，是一種利用電解錳渣制備的剛玉-莫來石復相陶瓷材料及其制備方法。該剛玉-莫來石復相陶瓷材料以電解錳渣、高鋁礬土和高嶺土為原料，采用固相燒結法燒結出性能優越的陶瓷材料，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，加適量水后繼續攪拌均勻，經過干燥后進行造粒，采用鋼質模具將其壓制成型，成型生坯干燥后放入高溫電爐中燒結，待產品隨爐冷卻后取出。本發明對電解錳渣的利用量大、用途廣泛、無二次污染，是一種性能優越的剛玉-莫來石復相陶瓷材料。
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 優先權日2009年10月28日
發明者于宏兵, 胡春燕 申請人:南開大學