专利名称：利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其是一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复 相陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
目前，电解锰渣资源化利用方法大致有三种一是将电解锰渣作为工业副产 品-石膏进行开发利用，可用来生产水泥、混凝土等；二是将电解锰渣除锰、铁后用作制备 陶瓷墙地砖的原材料；三是利用电解锰渣生产黑色玻璃装饰材料。第一种方法该法为电解锰渣综合利用的传统方法，其本质是利用电解锰渣中所 含的二水硫酸钙(CaSO4 · 2H20)代替工业石膏的作用。然而，电解锰渣中CaSO4 · 2H20的含 量有限，含有45. 64%的CaSO4 · 2H20电解锰渣，已属于含CaSO4 · 2H20较高的工业废料，大 部分电解锰渣中CaSO4 ·2Η20的含量都低于该值。由此可见，把电解锰渣当作工业石膏使用 只是利用了其中含量不到一半的CaSO4 · 2Η20。用电解锰渣生产水泥或者混凝土，电解锰渣 的利用量均较小，前者电解锰渣的最高掺量仅为5 %，后者电解锰渣的掺量仅占混凝土总量 的0. 83%。可见，该法对电解锰渣的利用效率不高，推广范围有限。第二种方法该法电解锰渣综合利用的最新方法之一，所制得的陶瓷墙地砖中电 解锰渣的含量在30%-40%，与传统方法相比，该法对电解锰渣的利用量大大提高。该法须 先除去电解锰渣中的Mn2+、狗3+，据资料显示，去除效率不高，这直接影响到制品的白度是否 符合陶瓷墙地砖的要求。再者，该法制得的陶瓷墙地砖的性能未见报道。若是普通性能的陶 瓷墙地砖要想在国内早已饱和的中低档陶瓷产品市场上占据一席之地将是非常不容易的。第三种方法该法为电解锰渣综合利用的最新方法之一，对电解锰渣的消纳量最 少可达89%。由于该法以专利的形式发表，关于产品性能的具体信息不得而知。上述方法为电解锰渣的综合利用开辟了新思路，大面积推广的成熟技术尚未见报 道，这意味着寻求更多更新的电解锰渣综合利用途径仍然非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫 来石复相陶瓷材料及其制备方法，该方法电解锰渣的利用量较大、不产生二次污染，实现了 废物资源化，且所制备产品性能优越。本发明是通过以下技术方案来实现的一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的组分及重量份数为电解 锰渣38-42份；高铝矾土 28-32份；高岭土 28-32份；将上述原料按比例混合采用固相烧 结法烧结出刚玉-莫来石复相陶瓷材料。利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按38-42份28-32 份28-32份的重量份数混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量50% -55%的水后再次搅拌均勻形成勻浆混合物；(2)将勻浆混合物置于100-105°C的电热恒温干燥箱中干燥13-17min后取出并造 粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于155-200°C的电热恒温干燥箱中干燥3_4h形成干燥产 品，然后取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1290°C -1300°C，保温时 间为 25-35min ；(5)待产品随炉冷却后取出。本发明的优点和有益效果是1.本发明所用原料廉价、种类少。通常，陶瓷制品的原料均在三种以上，有的甚至 多达十几种，而本发明所用原料只有三种，且均有廉价、易采购的优点。2.电解锰渣前处理工序少且简单。电解锰渣只需经过水洗、干燥、研磨的简单处理 后即可使用；且对电解锰渣的利用量大，电解锰渣在配方中的质量百分比高达38-42%。3.产品性能优越，产品为刚玉-莫来石复相陶瓷，具有低吸水率、耐高温、抗压强 度高、抗热震性高等优点；产品用途广泛，刚玉-莫来石复相陶瓷可用于高温窑炉内衬、高 温窑具等多方面；产品无二次污染，产品经毒性实验检测后，发现其浸出液中不含锰金属， 说明不存在二次污染问题。4.变废为宝，资源再利用。电解锰渣为工业废渣，排放量大，污染严重，给环境造成 较大危害，将其用作生产高性能陶瓷材料的原料，实现了废物资源化。
具体实施例方式本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的， 而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。实施例1 一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料，其组分及重量份数为电 解锰渣38份；高铝矾土 32份；高岭土 30份；将上述原料按比例混合采用固相烧结法烧 结出刚玉-莫来石复相陶瓷材料。利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按7. 6g 6.4g 6g 的重量混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量50%的水后再次搅拌均勻形成勻浆混 合物；(2)将勻浆混合物置于100°C的电热恒温干燥箱中干燥17min后取出并造粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于155°C的电热恒温干燥箱中干燥池形成干燥产品，然后 取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1290°C，保温时间为35min ；(5)待产品随炉冷却后取出。实施例2 一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料，其组分及重量份数为电 解锰渣42份；高铝矾土 30份；高岭土 份；将上述原料按比例混合采用固相烧结法烧4结出刚玉-莫来石复相陶瓷材料。利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按8. 4g 6g 5. 6g 的重量混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量55%的水后再次搅拌均勻形成勻浆混 合物；(2)将勻浆混合物置于105°C的电热恒温干燥箱中干燥15min后取出并造粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于200°C的电热恒温干燥箱中干燥4h形成干燥产品，然后 取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1300°C，保温时间为30min ；(5)待产品随炉冷却后取出。实施例3 一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料，其组分及重量份数为电 解锰渣40份；高铝矾土 30份；高岭土 30份；将上述原料按比例混合采用固相烧结法烧 结出刚玉-莫来石复相陶瓷材料。利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按8g 6g 6g的 重量混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量50 %的水后再次搅拌均勻形成勻浆混合 物；(2)将勻浆混合物置于105°C的电热恒温干燥箱中干燥i:3min后取出并造粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于180°C的电热恒温干燥箱中干燥3. 5h形成干燥产品，然 后取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1300°C，保温时间为30min ；(5)待产品随炉冷却后取出。实施例4 一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料，其组分及重量百份数为 电解锰渣40份；高铝矾土 30份；高岭土 30份；将上述原料按比例混合采用固相烧结法 烧结出刚玉-莫来石复相陶瓷材料。利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按8g 6g 6g的 重量混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量52 %的水后再次搅拌均勻形成勻浆混合 物；(2)将勻浆混合物置于100°C的电热恒温干燥箱中干燥15min后取出并造粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于170°C的电热恒温干燥箱中干燥池形成干燥产品，然后 取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1290°C，保温时间为30min ；(5)待产品随炉冷却后取出。本发明原理如下本发明运用固相烧结原理、晶体缺陷理论，以电解锰渣为主要原料，廉价的高铝矾 土和高岭土为辅料，通过合理配方，形成了所需要的高强度的刚玉、莫来石晶体。本发明中5刚玉-莫来石复合晶相的形成机理为500 6000C =Al2O3 · 2Si02 · 2H20 — Al2O3 · 2Si02+2H20高岭土偏高岭土8000C =Al2O3 · 2Si02 — Al2O3^SiO2偏高岭土1300 1400°C :3Al203+2Si02 — 3A1203 · 2Si02莫来石刚玉-莫来石复相主要是通过高岭土在高温下形成莫来石晶体，高铝矾土提供的 Al2O3成分过量后进一步形成刚玉晶体，由于高铝矾土中的Al2O3含量较高，因而主晶相为刚玉。电解锰渣中的CaSO4 · 2H20在1100°C -1200°C的高温下可与SW2发生反应，生成 硅灰石(β -CaSiO3)。CaS04+Si02—CaSi03+S02+l O22硅灰石晶体为针棒状，交错排列，与刚玉、莫来石晶体一起形成材料的骨架结构。 硅灰石在形成过程中，组分中的Ca可被少量的Fe、Mn及Mg所置换而呈类质同象体。这为 锰渣中的Mn提供了 “去处”和发挥作用的机会，即锰渣中的Mn理论上可成为硅灰石晶体 结构中的组成部分，因而对材料的强度有一定的贡献度。样品的锰金属毒性实验结果表明 样品的浸出液中未含有锰金属。由此可推断，锰渣中的Mn有可能成为了硅灰石晶体中的一 部分。
权利要求
1.一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料，其特征在于该利用电解锰 渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的组分及重量份数为电解锰渣38-42份；高铝矾 土 28-32份；高岭土 28-32份；将上述原料按比例混合采用固相烧结法烧结出刚玉-莫来 石复相陶瓷材料。
2.一种如权利要求1所述的利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料的制备方 法，其特征在于该制备方法包括以下步骤(1)电解锰渣经水洗、烘干、研磨处理后，与高铝矾土、高岭土按38-42份28-32份 28-32份的重量份数混合，搅拌均勻形成混合物，加入混合物重量50% -55%的水后再次搅 拌均勻形成勻浆混合物；(2)将勻浆混合物置于100-105°C的电热恒温干燥箱中干燥13-17min后取出并造粒；(3)用钢质模具将造粒后的原料压制成型；(4)将成型后的生坯置于155-200°C的电热恒温干燥箱中干燥3-4h形成干燥产品，然 后取出绝干产品放入高温电炉中烧结形成产品，烧结温度为1290°C -1300°C，保温时间为 25_35min ；(5)待产品随炉冷却后取出。
全文摘要
本发明涉及陶瓷材料技术领域，是一种利用电解锰渣制备的刚玉-莫来石复相陶瓷材料及其制备方法。该刚玉-莫来石复相陶瓷材料以电解锰渣、高铝矾土和高岭土为原料，采用固相烧结法烧结出性能优越的陶瓷材料，其具体制备方法将电解锰渣、高铝矾土和高岭土按特定比例混合、搅拌均匀，加适量水后继续搅拌均匀，经过干燥后进行造粒，采用钢质模具将其压制成型，成型生坯干燥后放入高温电炉中烧结，待产品随炉冷却后取出。本发明对电解锰渣的利用量大、用途广泛、无二次污染，是一种性能优越的刚玉-莫来石复相陶瓷材料。
文档编号C04B35/185GK102050616SQ20091007099
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者于宏兵, 胡春燕 申请人:南开大学