專利名稱：一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
釩鈦陶瓷可以用于制造太陽能熱水器，太陽能房頂、遠(yuǎn)紅外輻射元件(用于烤漆、 食品、醫(yī)療、涂裝業(yè)、食品業(yè)、紡織業(yè)、印染業(yè)、糧食干燥等行業(yè))、建筑裝飾板、暖氣散熱片、 太陽能風(fēng)道發(fā)電裝置、太陽能集熱場發(fā)電裝置等。釩鈦陶瓷成本低、壽命長、效率高，和我國現(xiàn)有陶瓷產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)量結(jié)合，有可能發(fā)展成規(guī)?；a(chǎn)的能源材料。釩鈦功能陶瓷以工業(yè)廢棄物——提釩尾渣為主要原材料制備而成，是一種優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料，具有耐水、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗老化、壽命長、高陽光吸收率、高光熱轉(zhuǎn)換效率、較高的低溫紅外輻射率(0. 83-0. 95)等特點(diǎn)。釩鈦磁鐵礦經(jīng)選礦冶煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進(jìn)行焙燒，將焙燒料進(jìn)行濕法浸取提釩鹽，提取釩鹽后所剩余的作為廢棄物的殘?jiān)礊樘徕C尾渣。提釩尾渣是富含i^、Cr、Mn、V、Ti等第四周期元素的復(fù)雜化合物，礦物組成和晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而穩(wěn)定，在常溫、高溫直至熔融的條件下，始終為純黑色，是一種十分穩(wěn)定且成本低廉的陶瓷黑色著色劑。目前的釩鈦陶瓷制備方法，主要是將提釩尾渣按照一定比例混合于普通陶瓷材料中燒結(jié)成瓷，或者在普通陶瓷坯體表面涂覆提釩尾渣漿料，再燒結(jié)成瓷，生產(chǎn)過程中的能量消耗與普通陶瓷生產(chǎn)相同或略高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法。本發(fā)明具有制備步驟為A.原料預(yù)處理將提釩尾渣進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到0. 1 μ m-5. 0 μ m的微米顆粒物料，加入15-40%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入6-15%質(zhì)量的水、然后加入 0. 06-0. 15mol/L的反絮凝劑調(diào)節(jié)PH值至10-12，攪拌制漿，將漿料在60-70°C水浴中加熱 6-15分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置2-8小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后，在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為6_15°C /分鐘，升溫到1000-1100°C時(shí)保溫30_50分
鐘，得到釩鈦功能陶瓷。
所述步驟A中氣流粉碎前，提釩尾渣中還加入0. 01-30%質(zhì)量的陶瓷材料與硅灰石的混合物，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10% -20%，陶瓷材料與硅灰石的混合物經(jīng)球磨粉碎后與提釩尾渣混合均勻，然后進(jìn)行氣流粉碎。所述步驟A中加水時(shí)還加入0. 1-5%質(zhì)量的納米添加劑。所述納米添加劑為納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鐵中的一種或幾種。步驟B中所述的反絮凝劑為NH4NO3，步驟B中硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的 10% -20%。本發(fā)明使用硅灰石代替長石、石英，硅灰石熔點(diǎn)(1540°C )比較低，且熱膨脹系數(shù)隨溫度增加呈現(xiàn)直線性上升趨勢，與陶瓷基體中的堿-堿土成分結(jié)合，非常有利于低溫?zé)?，可將釩鈦功能陶瓷制品的燒成溫度下降80-120°C，并且在十幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)使陶瓷基體成熟，燒成周期不超過50分鐘，大大降低單位制品的能耗。直接凝固注模成型時(shí)，改變漿液的PH值，使其移動(dòng)至等電位點(diǎn)或增加反離子濃度壓縮雙電層，消除陶瓷顆粒之間的靜電斥力，通過顆粒之間的范德華吸引力形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)促進(jìn)懸浮體直接凝固，實(shí)現(xiàn)液態(tài)漿料向固態(tài)陶瓷基體的轉(zhuǎn)化，可成型各種復(fù)雜形狀、密度高、均勻性好的陶瓷基體，無需有機(jī)粘結(jié)劑，不需高溫脫脂。添加劑是由某些特殊物質(zhì)制成的納米粉體、并經(jīng)過穩(wěn)定改性處理。改變添加劑的種類和比例，可制成不同陽光吸收率、遠(yuǎn)紅外輻射率、光熱轉(zhuǎn)換效率的釩鈦功能陶瓷板，用于不同的產(chǎn)品中。各納米添加劑作用如下納米氧化鈦銳鈦型納米二氧化鈦具有強(qiáng)大的光催化能力、化學(xué)穩(wěn)定性高、無毒。 在紫外光、太陽光、日光燈的作用下納米二氧化鈦價(jià)帶上的電子(e_)可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶， 在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴(h+)，能夠起到分解有機(jī)污染物、自清潔、加強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換的作用；納米氧化鋅納米氧化鋅能非常有效地吸收太陽紫外線，無毒無害，同時(shí)可以大大降低陶瓷制品的燒結(jié)溫度，使得燒成品光亮如鏡，降低能耗，并使陶瓷產(chǎn)品具有抗菌除臭和分解有機(jī)物的自潔作用，極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量；納米氧化鋁納米氧化鋁具有遠(yuǎn)紅外消光特性，能夠先吸收遠(yuǎn)紅外線然后再逐步釋放出來，經(jīng)過改性處理的納米氧化鋁在遠(yuǎn)紅外波段紅外消光作用得到顯著增強(qiáng)；納米氧化鐵納米級透明氧化鐵無毒、無味、耐溫、耐酸堿，對紫外線的吸收能力很強(qiáng)，對電磁波和聲波有良好的吸收和衰減，對中紅外波段有很強(qiáng)的吸收、耗散、屏蔽作用等特性。本發(fā)明制備的釩鈦功能陶瓷作為優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料，可應(yīng)用于制造太陽能熱水器、太陽能房頂、遠(yuǎn)紅外輻射元件、建筑裝飾板、暖氣散熱片、太陽能風(fēng)道發(fā)電裝置、太陽能集熱場發(fā)電裝置等領(lǐng)域。太陽能熱水器可做成陶瓷管用于管式集熱器，或做成帶進(jìn)出口的扁平箱式結(jié)構(gòu)陶瓷用于平板集熱器；太陽能房頂可做成黑色平板陶瓷，或者帶進(jìn)出口的扁平箱式結(jié)構(gòu)陶瓷，用于太陽能房頂制造；遠(yuǎn)紅外輻射元件可做成陶瓷管用于代替目前遠(yuǎn)紅外輻射器件普遍使用的金屬管及其表面的涂層；建筑裝飾板可做成黑色瓷磚等形式用于建筑建材領(lǐng)域；
暖氣散熱片可做成暖氣散熱片，通過遠(yuǎn)紅外輻射的方式傳導(dǎo)熱能；太陽能風(fēng)道發(fā)電裝置可做成煙囪集熱器代替目前太陽能風(fēng)道發(fā)電裝置的玻璃溫室；太陽能集熱場發(fā)電裝置可用于太陽能集熱場發(fā)電裝置的集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電效率。


圖1 本發(fā)明制備釩鈦功能陶瓷的工藝流程圖及釩鈦功能陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 A.原料預(yù)處理將提釩尾渣進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到0. 1 μ m-3. 0 μ m的微米顆粒物料，加入25%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入12%質(zhì)量的水，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10%，然后加入0. lmol/L的NH4NO3調(diào)節(jié)PH值至11，攪拌制漿，將漿料在60°C水浴中加熱10分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置5 小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后，在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為10°C /分鐘，升溫到1000°C時(shí)保溫50分鐘，得到釩鈦功能陶瓷。實(shí)施例2 A.原料預(yù)處理向提釩尾渣中加入20 %質(zhì)量的經(jīng)球磨粉碎的陶瓷材料與硅灰石混合物，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的15%，混合均勻后進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到 2 μ m-4 μ m的微米顆粒物料，加入30%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入10%質(zhì)量的水，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的20%，然后加入0. 12mol/L的NH4NO3調(diào)節(jié)PH值至10，攪拌制漿，將漿料在70°C水浴中加熱12分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置8 小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后，在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為8°C /分鐘，升溫到1100°C時(shí)保溫40分鐘，得到釩鈦功能陶瓷。實(shí)施例3 A.原料預(yù)處理
將提釩尾渣進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到0. 1 μ m-2 μ m的微米顆粒物料，加入35%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入12%質(zhì)量的水、2%質(zhì)量的納米氧化鈦，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的15%，然后加入0. 08mol/L的NH4NO3調(diào)節(jié)PH值至 12，攪拌制漿，將漿料在70°C水浴中加熱15分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置2小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后，在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為6°C /分鐘，升溫到1000°C時(shí)保溫30分鐘，得到釩鈦功能陶瓷。實(shí)施例4 A.原料預(yù)處理向提釩尾渣中加入10%質(zhì)量的經(jīng)球磨粉碎的陶瓷材料與硅灰石混合物，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10%，混合均勻后進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到 2 μ m-5 μ m的微米顆粒物料，加入25%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入6%質(zhì)量的水、質(zhì)量的納米氧化鋅，質(zhì)量的納米氧化鋁，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10%，然后加入0. 15mol/L 的NH4NO3調(diào)節(jié)PH值至11，攪拌制漿，將漿料在70°C水浴中加熱15分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置8小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后， 在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為10°C /分鐘，升溫到1000°C時(shí)保溫45分鐘，得到釩鈦功能陶瓷。實(shí)施例5:A.原料預(yù)處理向提釩尾渣中加入15%質(zhì)量的經(jīng)球磨粉碎的陶瓷材料與硅灰石混合物，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的16%，混合均勻后進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到 1 μ m-4 μ m的微米顆粒物料，加入30%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入15%質(zhì)量的水、質(zhì)量的納米氧化鐵，質(zhì)量的納米氧化鈦，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的20%，然后加入0. 12mol/ L的NH4NO3調(diào)節(jié)PH值至11，攪拌制菜，將漿料在70°C水浴中加熱15分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置8小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后， 在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為10°C /分鐘，升溫到1000°C時(shí)保溫45分鐘，得到釩鈦功能陶瓷。
權(quán)利要求
1.一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，其具有制備步驟為A.原料預(yù)處理將提釩尾渣進(jìn)行氣流粉碎，經(jīng)超聲波振動(dòng)篩分選料得到0. 1 μ m-5. 0 μ m的微米顆粒物料，加入15-40%質(zhì)量的水混合攪拌，制成釩鈦功能陶瓷漿料；B.直接凝固注模成型向經(jīng)球磨粉碎后的陶瓷材料與硅灰石的混合物中加入6-15%質(zhì)量的水、然后加入 0. 06-0. 15mol/L的反絮凝劑調(diào)節(jié)PH值至10-12，攪拌制漿，將漿料在60-70°C水浴中加熱 6-15分鐘后注入常溫模具，漿料冷卻并轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯體，在空氣中放置2-8小時(shí)后脫模，形成陶瓷基體；陶瓷基體干燥后，在其表面涂覆步驟A制備的釩鈦功能陶瓷漿料，涂覆層干燥后上釉保護(hù)；C.低溫快燒采用輥道窯設(shè)備，升溫速率為6-15°C /分鐘，升溫到1000-1100°C時(shí)保溫30-50分鐘， 得到釩鈦功能陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，所述步驟A中氣流粉碎前，提釩尾渣中還加入0. 01-30%質(zhì)量的陶瓷材料與硅灰石的混合物，硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10% -20%，陶瓷材料與硅灰石的混合物經(jīng)球磨粉碎后與提釩尾渣混合均勻，然后進(jìn)行氣流粉碎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，所述步驟A中加水時(shí)還加入0. 1-5%質(zhì)量的納米添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，所述納米添加劑為納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化鐵中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4任一所述的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，步驟B中所述的反絮凝劑為NH4NO3，步驟B中硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10% -20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法，其特征在于，步驟B 中所述的反絮凝劑為NH4NO3，步驟B中硅灰石的質(zhì)量為陶瓷材料的10% -20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域的一種低溫快燒制備釩鈦功能陶瓷的方法。本發(fā)明采用直接凝固注模成型工藝制成陶瓷素坯基體，采用先進(jìn)氣流粉碎技術(shù)制備微米級提釩尾渣粉末，采用普通陶瓷材料加入硅灰石通過低溫快燒工藝燒成陶瓷，降低能耗。此種釩鈦功能陶瓷可應(yīng)用于制造太陽能熱水器、太陽能房頂、遠(yuǎn)紅外輻射元件、建筑裝飾板、暖氣散熱片、太陽能風(fēng)道發(fā)電裝置、太陽能集熱場發(fā)電裝置等領(lǐng)域。
文檔編號C04B35/64GK102167598SQ20101059963
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者張新宇, 畢大川 申請人:北京前沿科學(xué)研究所