用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料的製作方法
2023-06-03 02:25:56 3
用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料，其組成及重量百分含量為：膨潤土尾礦25-35%，礬土孰料10-20%，紅柱石15-25%，鎂質土15-25%，工業α-氧化鋁4-8%，莫來卡特15-25%，外加前述各原料總重量的0.2-0.4%纖維素，所述膨潤土尾礦為將膨潤土礦中蒙脫石含量高的高純膨潤土成分提走後的尾料，其成分為Al2O3含量為10-14%，MgO含量2-6%。該窯具材料應用了膨潤土尾礦，並通過上述組分的有機結合，得到了性能堇青石和莫來石相類似的窯具材料，有效利用了礦產資源，變廢為寶，也降低了窯具材料的生產成本。
【專利說明】用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及窯具材料領域，特別是涉及一種用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料，且窯具具有堇青石-莫來石性能的窯具。
【背景技術】
[0002]膨潤土是一種黏土巖、亦稱蒙脫石黏土巖、常含少量伊利石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等；一般為白色、淡黃色，因含鐵量變化又呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅、磚紅、灰黑色等；具蠟狀、土狀或油脂光澤；膨潤土有的鬆散如土，也有的緻密堅硬。主要化學成分是二氧化矽、三氧化二鋁和水，還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素，Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性質和工藝技術性能影響頗大。膨潤土具有強的吸溼性和膨脹性，可吸附8~15倍於自身體積的水量，體積膨脹可達數倍至30倍；在水介質中能分散成膠凝狀和懸浮狀，這種介質溶液具有一定的黏滯性、能變性和潤滑性；有較強的陽離子交換能力；對各種氣體、液體、有機物質有一定的吸附能力，最大吸附量可達5倍於自身的重量；它與水、泥或細沙的摻和物具有可塑性和黏結性；具有表面活性的酸性漂白土(活性白土、天然漂白土 -酸性白土)能吸附有色離子。膨潤土具有很強的吸溼性，能吸附相當於自身體積8-20倍的水而膨脹至30倍；在水介質中能分散呈膠體懸浮液，並具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性和粘結性，有較強的陽離子交換能力和吸附能力。
[0003]近年來形成的以天然礦物膨潤土為原料，經過鈉化、提純、有機化改性等系列處理而製備的納米級有機膨潤土在高性能塑料、橡膠等行業中的應用性能得到大幅度提高，極大地滿足了現代工業對材料的要求。但是，天然礦物純度較低，其雜質的種類和含量分布不均勻，導致其在應用中受到一定的限制。而且在製備納米級有機膨潤土時，多數使用純度很高的膨潤土為原材料，而大量`的低品位膨潤土則被用作鐵礦球團、鑽井泥漿等大宗產品的原料，附加值很低。目前，國內外生產的有機膨潤土多使用優質膨潤土資源，採用陽離子型和兩性型插層劑來製備，對優質資源的依賴性較強，且產品應用性能受到插層劑性質的影響。針對膨潤土礦普遍存在的採富棄貧、資源浪費嚴重和產品品種單一、附加值低的問題，以低品位膨潤土為資源，經過物理選礦的方法進行提純後進行有機化處理，製備納米級高純度有機膨潤土。膨潤土生產廠家進行水洗、離心甩泥等各種方法將膨潤土礦中蒙脫石含量高的高純膨潤土成分提走，進行高純膨潤土材料的生產，有的進行各種有機改性，以實現不同應用的優良改性膨潤土，廠家在進行提純的過程中，會產生大量的剩餘廢料，這就是膨潤土尾礦。尾礦中蒙脫石含量相對較低，其它共伴生礦依然存在，主要化學成分依然是二氧化矽、三氧化二鋁和水，還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素。
[0004]以膨潤土伴生非金屬尾礦為重點，通過對尾礦成分、物相、工藝技術特性和應用技術進行研究，建立利用膨潤土尾礦製備新型節能礦產品的技術體系。
[0005]堇青石(iolite)是一種矽酸鹽礦物，它可呈無色，但通常具有淺藍或淺紫色，玻璃光澤。最大的特性是熱膨脹係數小，因此廣泛應用於陶瓷、玻璃業，提高其抗急冷急熱的能力。莫來石(或莫乃石)是一系列由鋁矽酸鹽組成的礦物統稱，這一類礦物比較稀少。莫來石是鋁矽酸鹽在高溫下生成的礦物，人工加熱鋁矽酸鹽時會形成莫來石。天然的莫來石晶體為細長的針狀且呈放射簇狀。莫來石是一種優質的耐火材料，它具有膨脹均勻、熱震穩定性極好、荷重軟化點高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學腐蝕性好等特點，莫來石礦被用來生產高溫耐火材料。
[0006]現在市場上有合成的堇青石和莫來石，而且在窯具領域可以將堇青石和莫來石綜合在一起得到堇青石-莫來石綜合性能的窯具，但由於這兩種材料本身的成本就很高，要製備堇青石-莫來石綜合性能的窯具，那成本是非常高昂的。堇青石具有很低的熱膨脹係數，熱震穩定性好，但耐高溫性能不強，莫來石的耐高溫性能好，耐熱衝擊力強，但熱震穩定性不夠好，綜合兩者的優勢，揚長避短，得到膨脹係數低，耐高溫性能強的堇青石-莫來石產品。
【發明內容】
[0007]針對上述領域中的缺陷，本發明採用膨潤土尾礦，通過加入其它原料一起輔配，製備得到了堇青石-莫來石窯具材料，製備的窯具具有堇青石-莫來石的成分特點及晶項，同時也具備堇青石-莫來石的性能特點，變廢為寶，降低了生產成本。
[0008]用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料，其組成及重量百分含量為:膨潤土尾礦25-35%，礬土孰料10-20%，紅柱石15-25%，鎂質土 15_25%，工業α -氧化鋁4_8%，莫來卡特15-25%，外加前述各原料總量為0.2-0.4%的纖維素，所述膨潤土尾礦為將膨潤土礦中蒙脫石含量高的高純膨潤土成分提走後的尾料，其成分為Al2O3含量為10-14%，MgO含量
2-6% ο
[0009]膨潤土尾礦26%，礬土孰料10%，紅柱石20%，鎂質土 18%，工業α -氧化鋁5%，莫來卡特21%，外加纖維素0.4%。
[0010]用膨潤土尾礦製備堇青石-莫來石窯具的方法，包括如下步驟:1)混料將所有原料幹混後加水溼混，2)困料將溼混後的原料裝入料箱中常溫保存24小時以上，3)成型按窯具產品需要，壓製成型製成窯具窯坯，4)窯坯乾燥，5)高溫燒制，1360-1400°C的高溫下，保溫6-10小時；
[0011]所述溼混時,按固體物重量6.0-8.0%外加水；
[0012]所述窯坯乾燥時採用直接進密封室內保護乾燥，所述保護乾燥為先於密封室內溼度為60-95%，溫度40-70°C下乾燥16-24小時，再於密封室內溼度為30_60%，溫度為IlO0C _150°C下乾燥 24-36 小時。
[0013]所述保護乾燥採用乾燥託支撐，所述乾燥託為柵欄式封閉板面，所述板面大於坯體表面。
[0014]所述柵欄間距為70_120mm。
[0015]該材料包括骨料(紅柱石、礬土熟料、莫來卡特)，基質料(鎂質土、氧化鋁、膨潤土尾礦)和外加劑(纖維素)，加水 後混成泥料按常規方法製成窯具。其中紅柱石化學組成為矽鋁酸鹽、晶體屬正交(斜方)晶系的島狀結構矽酸鹽礦物，Al20363.1%, Si0236.9% ;莫來卡特的Al2O3含量為40-44%，SiO2含量為50-55% ;礬土熟料的Al2O3含量為80_85%，SiO2含量為8-13% ;此三種原料中，其主要成分為Al2O3和SiO2，是本申請中形成莫來石晶項的主要原料；膨潤土尾礦的Al2O3含量為10-14%，MgO含量2-6%，遇水後具有可塑性和黏結性，鎂質土的Al2O3含量為12-16%，MgO含量30-34%，SiO2含量為34_38%，氧化鋁，作為輔料，提供原料其它所需特性，同時對Al2O3和SiO2的含量進一步調整補充，是本申請中形成堇青石晶項的主要原料，纖維素實現粘合劑的作用，將所有原料有機的粘接在一起，成為均一的窯具泥料。
[0016]上述原料的有機組合，最終實現堇青石-莫來石的組成需要，燒結過程中易生成堇青石晶項和莫來石晶項，並趨向於在基質部分形成更多地堇青石晶項，在骨料部分是莫來石晶項。以實現綜合性能更好的堇青石-莫來石窯具。
[0017]混料工藝:所有原料，包括骨料和基質料和外加劑等一起幹混3-5分鐘後加水溼混5-8分鐘。壓製成型的原料外加水達到6.0-8.0%即可。
[0018]混合好的原料裝入料箱常溫保存，經過困料時間不小於24小時後才能使用。
[0019]成型工藝:壓製成型方式來成型窯具。
[0020]壓製成型工藝:單面或雙面液壓成型，依據所需的製品尺寸大小，依據該材料約0.2%的收縮率來計算模具的尺寸，例如製品需要長度為500mm，則模具尺寸為500/(1-0.002)=5001m.成型壓力按照180— 220kgf/cm2進行壓製成型，得到體密為1.8—2.1g/cm3的產品，依據需求而定。成型過程中，布料要均勻一致，不能局部有料多或料少的現象，造成整個製品的局部體密不一致，產品在使用過程中容易出現局部薄弱環節而破損。
[0021]乾燥工藝:擠出 成型的窯具製品水分大，需要自然乾燥2-3天後再進乾燥室進行乾燥，壓製成型窯具製品成型後可直接進乾燥室進行乾燥，乾燥室為密封保護乾燥，即保溼又保溫。密封室內，溼度為60-95%，溫度40-70°C下乾燥16-24小時，再在溼度為30_60%，溫度為IlO0C _150°C下乾燥24-36小時。
[0022]所述保護乾燥採用乾燥託支撐，所述乾燥託為柵欄式封閉板面，所述板面大於坯體表面。
[0023]所述柵欄間距為70-120_。
[0024]由於坯體在進窯燒制之前，必須經過保護乾燥，如保護乾燥條件不合適，易造成該窯具產品發生變形、開裂。如乾燥過快，失水過快，易使坯體出現裂紋，如乾燥過慢，影響工作效率，如果幹燥不徹底，燒制時坯料水分含量大，燒制過程中坯體易開裂。如果在保護乾燥時未檢測出坯體彎曲，又由於各坯體的彎曲度不同，彎曲位置不同，夾制立碼時很容易造成坯體彎曲處開裂，因此保護乾燥的條件非常重要。
[0025]保護乾燥時是將坯體置於乾燥託上支撐，其板面應大於坯體，平整度好，否則易造成坯體的周邊不平整，乾燥託為柵欄式封閉板面，易利用水分散失，柵條間距優選70-120mm。太寬的話，坯體在柵欄間隙處易發生凹陷，間距太小，不利於水分散失。
[0026]燒制工藝:高溫燒制，坯體經過1360-14001:的高溫，保溫6-10小時得到性能優良的輕質堇青石-莫來石窯具製品，可以採用夾制立碼和平碼兩種方式來進行碼窯燒成。
[0027]夾制立碼是用夾板條將一摞產品夾住，以立碼的方式放入窯內燒制，防止了在燒制過程產品發生變形。一摞產品的厚度優選100-200mm，太薄的話，坯體張數少，操作效率低，變形機率大，太厚的話，易造成生燒。夾制立碼時用鉛錘和水平尺檢測其平整度。成型後的坯體需檢測其密實度的均勻性，密實度不好的地方，也就是板面的薄弱環節，在後續的乾燥、燒制過程中易開裂，變形。所有這些檢測手段均是防止不合格的產品流入下個程序，以免產生資源浪費。
[0028]平碼燒成，需要有平整度很高的墊板來支撐，墊板板面不能小於燒成製品的板面大小。
[0029]上述窯具產品性能:體密:1.8—2.lg/cm3 ;常溫強度:9_18Mpa ;膨脹係數(10000C):2.1—3.1 (Χ10-61);耐火度:14000C0該材料膨脹係數小，熱震穩定性好，適用作為窯具材料。
[0030]該材料燒結後的主晶項為堇青石和莫來石，最終產品的組成為:A1203:35 —46% ；Si02:42 — 55% ；MgO:5.5 — 9.5%。
[0031]該窯具材料應用了膨潤土尾礦，並通過上述組分的有機結合，得到了性能堇青石和莫來石相類似的窯具材料，有效利用了礦產資源，變廢為寶，也降低了窯具材料的生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1晶項圖片，
[0033]圖2為X-光衍射分析圖譜。
【具體實施方式】
[0034]實施例1
[0035]配方:膨潤土尾礦26%，礬土孰料10%，紅柱石20%，鎂質土 18%，工業α -氧化鋁5%，莫來卡特21%，外加纖維素0.4%。
[0036]膨潤土尾礦:天然膨潤土礦進行水洗、離心甩泥等各種方法將膨潤土礦中蒙脫石含量高的高純膨潤土成分提走，剩餘的廢料，膨潤土尾礦的Al2O3含量為10-14%，MgO含量2-6%，遇水後具有可塑性和黏結性。
[0037]混料:按以上提到的工藝，按7% (固體物含量為基準)的比例外加水，製得混合料，密封困料24小時。
[0038]成型:單面液壓成型，用200KGF/CM2的壓力來成型，得到451*501*16.2mm的實心
棚板生坯，生坯手可以搬動，很結實。
[0039]乾燥:按以上提到的工藝進行乾燥。
[0040]燒成:在隧道窯中6塊一摞豎碼，在1370°C，保溫10小時燒成得到450*500*16mm的棚板窯具。
[0041]檢測性能:
[0042]
[0043]
【權利要求】
1.用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料，其組成及重量百分含量為:膨潤土尾礦25-35%，礬土孰料10-20%，紅柱石15-25%，鎂質土 15_25%，工業α -氧化鋁4_8%，莫來卡特15-25%，外加前述原料總重量的0.2-0.4%纖維素，所述膨潤土尾礦為將膨潤土礦中蒙脫石含量高的高純膨潤土成分提走後的尾料，其成分為Al2O3含量為10-14%，MgO含量2-6%。
2.根據權利要求1所述的用膨潤土尾礦製備的堇青石-莫來石窯具材料，其組成及重量百分含量為:膨潤土尾礦26%，礬土孰料10%，紅柱石20%，鎂質土 18%，工業α -氧化鋁5%，莫來卡特21%，外加纖維素0.4%。
3.用膨潤土尾礦製備堇青石-莫來石窯具的方法，包括如下步驟:1)混料將權利要求1或2所述的全部原料按重量百分含量幹混後加水溼混，2)困料將溼混後的原料裝入料箱中常溫保存24小時以上，3)成型按窯具產品需要，壓製成型製成窯具窯坯，4)窯坯乾燥，5)高溫燒制，1360-1400°C的高溫下，保溫6-10小時； 所述溼混時，按固體物重量6.0-8.0%外加水； 所述窯坯乾燥時採用直接進密封室內保護乾燥，所述保護乾燥為先於密封室內溼度為60-95%，溫度40-70 °C下乾燥16-24小時，再於密封室內溼度為30_60%，溫度為IlO0C _150°C下乾燥 24-36 小時。
4.根據權利要求3所述的方法，所述保護乾燥採用乾燥託支撐，所述乾燥託為柵欄式封閉板面，所述板面大於坯體表面。
5.根據權利要求4所述的方 法，所述柵欄間距為70-120mm。
【文檔編號】C04B35/66GK103553685SQ201310536142
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】夏霞雲, 郭海珠, 錢玉良, 康民, 張衛國, 王建忠 申請人:北京創導工業陶瓷有限公司