耐磨鋯鋁複合球及其製備方法與流程
2023-12-08 14:44:16
本發明屬於研磨介質技術領域，具體涉及一種耐磨鋯鋁複合球及其製備方法。
背景技術：
研磨介質球因其具有高強度、高硬度、耐磨、耐腐蝕的特性，現作為研磨介質被廣泛應用於陶瓷、電子、建材、新材料等領域。現有技術的陶瓷耐磨球一般使用氧化鋁粉和鋁礬土兩種原料製成，採用溼法球磨及噴霧造粒製備超細粉體，然後在35～40mpa壓力下採用冷等靜壓成型，最後經過高溫燒成製備氧化鋁研磨球，氧化鋁製品鋁含量達到90％以上，產品處於較高檔次，但此工藝存在成本高、燒成溫度高、耗能高等缺點；鋁礬土製品鋁含量較低，一般在70％左右，屬於低檔耐磨介質一般用於陶瓷坯體的研磨，成本低，但具有顏色黃、比重低、磨耗大，不能使用於釉料的研磨等缺點。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種耐磨鋯鋁複合球，密度大，耐磨，顏色白，成本低，既能適用於釉料的研磨，又能適用坯體的研磨，且化學性質穩定；本發明還提供其製備方法。
本發明所述的耐磨鋯鋁複合球，配料的重量份數組成為：
製備得到耐磨鋯鋁複合球的粒徑為30-70mm。
粘合劑為安徽皖維高新材料股份有限公司生產的pva17-99(h)
氫氧化鋁球優選採用煅燒後的化工填料球，主要成分是al2o3，氫氧化鋁球粒徑3-6mm。
分散劑為分散劑為分散劑4050，優選山東壽光三德公司生產。
本發明製得的泥漿研磨時容易發生絮凝，無法從磨中放出，採用減水劑、泡花鹼、偏矽酸鈉、腐殖酸鈉、三聚磷酸酸鈉等解膠劑和分散劑都達不到生產要求，而採用本發明分散劑4050解決了此問題。
廢陶瓷輥棒粒徑3-8mm。
白雲石、氧化鋯、氧化鋁粉、碳酸鋇和高嶺土的粒徑均小於200目。
高嶺土為市購，主要成分為al2o3、sio2和h2o；煅燒滑石、白雲石、碳酸鋇、氧化鋯和檸檬酸均是普通化工原料；廢陶瓷輥棒是建陶企業的副產品。
所述的耐磨鋯鋁複合球的化學重量份數組成為：
本發明所述的耐磨鋯鋁複合球的製備方法，包括以下步驟：
(1)將氫氧化鋁球、氧化鋁粉、氧化鋯、廢陶瓷輥棒、高嶺土、白雲石、煅燒滑石、碳酸鋇、檸檬酸和水混合後球磨至粒度d90小於10μm得到泥漿，將泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm；
(2)將粘合劑和水加熱至無懸浮物，然後加入到步驟(1)得到的物質中，再進行球磨1.5-2小時，再加入分散劑，繼續研磨15-30分鐘，將繼續研磨後得到的物質放入二次泥漿池中攪拌調漿；
(3)將步驟(2)得到的物質造粒，製得粒徑0.1-0.5mm的造粒粉；
(3)造粒粉輸送至等靜壓機料倉，壓製成型；
(4)將壓製成型的球坯烘乾，烘乾時間不少於6小時；
(5)燒成：使用隧道窯進行燒成，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，16小時達到1200℃，保溫3-4小時；20小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯，得到產品。
其中：步驟(1)中先球磨至粒度d90小於10μm得到泥漿，然後將泥漿研磨至d90＜5.5μm；產品越細，比重越高，磨耗越低。
步驟(1)中將氫氧化鋁球、氧化鋁粉、氧化鋯、廢陶瓷輥棒、高嶺土、白雲石、煅燒滑石、碳酸鋇和檸檬酸這些原料的總重量是水的重量的2倍。
步驟(1)中粘合劑和水的質量比為1:8-12。
步驟(2)中粘合劑和水的質量比為1:8-12。
步驟(4)中烘乾時間為6-8h，溫度為80-100℃。
本發明製備得到的耐磨鋯鋁複合球的理化性質為：密度≥3.30g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗≤0.1‰；莫氏硬度≥9.0；吸水率≤0.01％。
綜上所述，本發明具有以下優點：
(1)本發明採用隧道窯燒結，能更好的保證產品的預熱和氧化，在保證燒結的前提下快速燒成，採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
(2)本發明原料使用廢輥棒和化工副產品替代部分氧化鋁粉，減輕社會環保壓力，降低汙染；
(3)本發明原料中含有氧化鋯，能增加產品的韌性和強度；
(4)本發明產品密度大，顏色白，耐磨，成本低，既能適用於釉料的研磨，又能適用坯體的研磨，且化學性質穩定；
(4)現有技術中氧化鋁產品的硬度一般達到莫氏7-8，而本發明經過長時間研究，採用本發明所述的特定的原料和組分，並採用此種製備工藝，最終製得的產品達到莫氏9；
(5)本發明使用廢陶瓷輥棒、氫氧化鋁球(煅燒後的化工填料球)，減少資源浪費，更好的做到廢物利用，鋁含量在80-85％，外觀白色，硬度達到9，體積密度≥3.30g/cm3，磨耗≤0.1‰，是介於高鋁製品和中鋁製品的中間產品，並且能替代高鋁製品和中鋁製品。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步說明。
實施例1
(1)研磨：氫氧化鋁球3000kg，氧化鋁粉2700kg，氧化鋯300kg，廢陶瓷輥棒7350kg，高嶺土750kg，白雲石450kg，煅燒滑石300kg，碳酸鋇225kg，水7500kg，檸檬酸25kg，將原料、水裝入球磨，研磨25小時，研至粒度為d90＜10μm，將泥漿放至一次泥漿池中，一次泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm，pva30kg，水300kg的比例熬製無懸浮物，加入球磨研磨1.5小時，加入分散劑40kg，繼續研磨15分鐘後放至二次泥漿池中；
(2)制粉：將二次泥漿打至伺服罐中，攪拌調漿，用柱塞泵將泥漿打入噴塔造粒，控制水分小於1％，製得粒徑0.1-0.5的造粒粉；
(3)壓製成型：造粒粉從噴塔底部傳送帶輸送至等靜壓機料倉，壓機使用帕斯卡生產的全自動等靜壓球機，壓製成型後擺放在周轉箱中；
(4)烘乾：將壓製成型的球坯裝入窯車中，推進烘乾洞中烘乾，採用即裝即推的方法連續裝窯車，從進烘乾洞至出烘乾洞烘乾，烘乾時間為7h，溫度為90℃；
(5)燒成：使用隧道窯，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，12小時達到1200℃，保溫3.5小時；16小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯；採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
製備得到的耐磨鋯鋁複合球理化性質為：密度3.35g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗0.096‰；莫氏硬度9.0；顏色白色；吸水率0％。
實施例2
(1)研磨：氫氧化鋁球20kg，氧化鋁粉20kg，氧化鋯2kg，廢陶瓷輥棒45kg，高嶺土6kg，白雲石3kg，煅燒滑石2kg，碳酸鋇2kg，檸檬酸0.16kg，水50kg，將原料、水裝入球磨，研磨25小時，研至粒度為d90＜10μm，將泥漿放至一次泥漿池中，一次泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm，pva0.2kg，水2kg的比例熬製無懸浮物，加入球磨研磨1.5小時，加入分散劑0.2kg，繼續研磨15分鐘後放至二次泥漿池中；
(2)制粉：將二次泥漿打至伺服罐中，攪拌調漿，用柱塞泵將泥漿打入噴塔造粒，控制水分小於1％，製得粒徑0.1-0.5的造粒粉；
(3)壓製成型：造粒粉從噴塔底部傳送帶輸送至等靜壓機料倉，壓機使用帕斯卡生產的全自動等靜壓球機，壓製成型後擺放在周轉箱中；
(4)烘乾：將壓製成型的球坯裝入窯車中，推進烘乾洞中烘乾，採用即裝即推的方法連續裝窯車，從進烘乾洞至出烘乾洞保持烘乾，烘乾時間為8h，溫度為80℃；
(5)燒成：使用隧道窯，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，12小時達到1200℃，保溫3小時；16小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯；採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
製備得到的耐磨鋯鋁複合球理化性質為：密度3.32g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗0.094‰；莫氏硬度9.0；顏色白色；吸水率0％。
實施例3
(1)研磨：氫氧化鋁球30kg，氧化鋁粉10kg，氧化鋯2kg，廢陶瓷輥棒49kg，高嶺土4kg，白雲石2kg，煅燒滑石1kg，碳酸鋇1kg，檸檬酸0.1kg，水1.2kg，將原料、水裝入球磨，研磨25小時，研至粒度為d90＜10μm，將泥漿放至一次泥漿池中，一次泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm，pva0.2kg，水2kg的比例熬製無懸浮物，加入球磨研磨1.5小時，加入分散劑0.1kg，繼續研磨15分鐘後放至二次泥漿池中；
(2)制粉：將二次泥漿打至伺服罐中，攪拌調漿，用柱塞泵將泥漿打入噴塔造粒，控制水分小於1％，製得粒徑0.1-0.5的造粒粉；
(3)壓製成型：造粒粉從噴塔底部傳送帶輸送至等靜壓機料倉，壓機使用帕斯卡生產的全自動等靜壓球機，壓製成型後擺放在周轉箱中；
(4)烘乾：將壓製成型的球坯裝入窯車中，推進烘乾洞中烘乾，採用即裝即推的方法連續裝窯車，從進烘乾洞至出烘乾洞保持烘乾，烘乾時間為6h，溫度為100℃；
(5)燒成：使用隧道窯，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，12小時達到1200℃，保溫4小時；16小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯；採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
製備得到的耐磨鋯鋁複合球理化性質為：密度3.36g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗0.097‰；莫氏硬度9.0；顏色白色；吸水率0％。
對比例1
(1)研磨：氫氧化鋁球20kg，氧化鋁粉8kg，氧化鋯2kg，廢陶瓷輥棒59kg，高嶺土4kg，白雲石2kg，煅燒滑石1kg，碳酸鋇1kg，檸檬酸0.1kg，水1.2kg，將原料、水裝入球磨，研磨25小時，研至粒度為d90＜10μm，將泥漿放至一次泥漿池中，一次泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm，pva0.2kg，水2kg的比例熬製無懸浮物，加入球磨研磨1.5小時，加入分散劑0.1kg，繼續研磨15分鐘後放至二次泥漿池中；
(2)制粉：將二次泥漿打至伺服罐中，攪拌調漿，用柱塞泵將泥漿打入噴塔造粒，控制水分小於1％，製得粒徑0.1-0.5的造粒粉；
(3)壓製成型：造粒粉從噴塔底部傳送帶輸送至等靜壓機料倉，壓機使用帕斯卡生產的全自動等靜壓球機，壓製成型後擺放在周轉箱中；
(4)烘乾：將壓製成型的球坯裝入窯車中，推進烘乾洞中烘乾，採用即裝即推的方法連續裝窯車，從進烘乾洞至出烘乾洞保持烘乾，烘乾時間為7h，溫度為90℃；
(5)燒成：使用隧道窯，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，12小時達到1200℃，保溫3.5小時；16小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯；採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
製備得到的耐磨鋯鋁複合球理化性質為：密度3.17g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗0.16‰；莫氏硬度7.8；顏色白色；吸水率0％。
對比例2
(1)研磨：氫氧化鋁球8kg，氧化鋁粉20kg，氧化鋯2kg，廢陶瓷輥棒59kg，高嶺土4kg，白雲石2kg，煅燒滑石1kg，碳酸鋇1kg，檸檬酸0.1kg，水1.2kg，將原料、水裝入球磨，研磨25小時，研至粒度為d90＜10μm，將泥漿放至一次泥漿池中，一次泥漿充分攪拌後打入二次磨中，研磨至d90＜5.5μm，pva0.2kg，水2kg的比例熬製無懸浮物，加入球磨研磨1.5小時，加入分散劑0.1kg，繼續研磨15分鐘後放至二次泥漿池中；
(2)制粉：將二次泥漿打至伺服罐中，攪拌調漿，用柱塞泵將泥漿打入噴塔造粒，控制水分小於1％，製得粒徑0.1-0.5的造粒粉；
(3)壓製成型：造粒粉從噴塔底部傳送帶輸送至等靜壓機料倉，壓機使用帕斯卡生產的全自動等靜壓球機，壓製成型後擺放在周轉箱中；
(4)烘乾：將壓製成型的球坯裝入窯車中，推進烘乾洞中烘乾，採用即裝即推的方法連續裝窯車，從進烘乾洞至出烘乾洞保持烘乾，烘乾時間為7h，溫度為90℃；
(5)燒成：使用隧道窯，將窯車頂進窯洞控制在4小時達到300℃，8小時達到600℃，12小時達到1200℃，保溫3.5小時；16小時達到1400℃，保溫8小時；然後在1小時內降溫至800℃，出窯；採用快速降溫的方式，使晶粒保持在微晶狀態，所製得的介質球密度大，耐磨，且化學性質穩定；
製備得到的耐磨鋯鋁複合球理化性質為：密度3.21g/cm3；晶粒大小為2.5-5.5μm；磨耗0.14‰；莫氏硬度8.2；顏色白色；吸水率0％。
通過實施例1-3和對比例1-2可以看出，氫氧化鋁球、氧化鋁粉和廢陶瓷輥棒含量的改變，對產品的密度和硬度影響較大。