一種水泥磨專用低密度研磨柱的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水泥磨專用低密度研磨柱的制備方法，屬于功能陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前水泥球磨機中使用的研磨體以金屬鐵為主，復(fù)合少量的鉻、錳等金屬制成的合金研磨體，體積密度大，可以達到7.5 g/cm3，磨機需要的動力負荷大，耗電量大；研磨體研磨性差、磨損大且成本高。
[0003]氧化鋁研磨體屬于脆性材料，因此作為研磨介質(zhì)由斷裂機制引起的磨損是主要的，其主要表現(xiàn)為沿晶界脫落和穿晶脫落。實際的磨損過程是一個復(fù)雜的多因素綜合作用的過程。氧化鋁陶瓷材料的耐磨性與材料自身的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，即與其內(nèi)部因素(彈性模量、硬度、斷裂韌性、晶粒尺寸、晶界和孔隙率)密切相關(guān)。
[0004]為了降低成本，減少能耗，同時也為了提高性能，科學(xué)工作者已經(jīng)做了大量工作并且提出了多種方法來增韌補強氧化鋁陶瓷，其中包括相變增韌、顆粒彌散增韌及使用等級高且價格昂貴原材料等，目的是為獲得理想的顯微結(jié)構(gòu)來達到改善陶瓷性能的作用。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，氧化鋁陶瓷材料的強度，韌性和超塑性大大提高。申請?zhí)枮?00510024330.5的中國發(fā)明專利涉及一種納米晶添加氧化鋁陶瓷基低溫也想燒結(jié)方法，雖然降低燒成能耗，但需要添加價格昂貴的納米晶氧化鋁。申請?zhí)枮?00810021162.8的中國發(fā)明專利提出:精細化控制原料及燒結(jié)過程，達到晶須補強效果，性能提高，但是耗用太多蒸發(fā)的熱量。
[0005]基于氧化鋁陶瓷性能與微觀結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的復(fù)雜性，要在控制成本的前提下，制備性能優(yōu)異的研磨柱仍需要大量細致的研究工作。因此，尋求一種簡單、價格合適且性能優(yōu)異的制備低密度研磨柱的方法對科學(xué)研究與實際生產(chǎn)都具有重要的意義和價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本制備高耐磨性低密度研磨球的方法，適合大批量生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
Cl)將質(zhì)量分數(shù)分別為10%-90%的鋁礬土 ；10%-90%的氧化鋁粉；0.0%-5%的氧化鉻；
0.0%-5%燒結(jié)助劑與改性劑配成原料；
(2)將步驟(I)配好的原料，采用攪拌磨或管式球磨機球磨2-24小時。在粉磨1-10小時的時候加入鋁溶膠和硅溶膠，鋁溶膠和硅溶膠為氧化鋁粉質(zhì)量的0%-15%，粉磨10-20小時時加入一種或多種金屬鹽，金屬鹽的總加量為氧化招粉質(zhì)量的0%-15%，粉磨16-24小時時加入對應(yīng)金屬鹽的沉淀劑一種或多種，金屬沉淀劑的加入量為氧化鋁粉質(zhì)量的0%-10% ；
(3)將步驟(2)所得料噴霧造粒成為原料粉，然后采用等靜壓成型或機壓成型，制得坯體，然后在60-200°C下干燥3-36小時； (4)將步驟(3)所得坯體700-1600°C分段燒結(jié)，保溫時間1_60小時，制得成品。
[0008]所述的步驟(I)中鋁礬土經(jīng)1100-1400°C高溫處理，氧化鋁含量50%_85% ；
所述的步驟(I)中燒結(jié)助劑與改性劑是碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鉀、氧化鈦、氧化硅、氧化鋯、氧化鐵、氧化錳、氧化鑭、氧化釔等的一種或多種。
[0009]所述的步驟(2)中鋁溶膠固含量為15%-30%，顆粒尺寸為5-25nm，pH:8.0-10.0。
[0010]所述的步驟(2)中硅溶膠固含量為15%-30%，顆粒尺寸為5-25nm，pH:8.0-10.0。
[0011]所述的步驟(2)中鹽溶液為:氯化鎂、硝酸鎂、氯化鋁、硝酸鋁、氯化鈣、硝酸鈣、氯化鉻、硝酸鉻、氯化鋯、硝酸鋯、氯化鋇、硝酸鋇、氯化鑭、硝酸鑭等的一種或多種。
[0012]所述的步驟(2)中沉淀劑為:氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鋇、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸銨、硅酸鈉等的一種或多種。
[0013]所述步驟(4)中燒成方式為以8-10°C/min升溫到700-1000°C，然后2_5°C /min升溫到燒結(jié)溫度1200-1600°C，保溫時間1_60小時，然后冷卻至室溫，制得成品。
[0014]本發(fā)明的構(gòu)思為:
鋁礬土是主要的氧化鋁原料，來源廣泛且價格低廉，經(jīng)高溫活化是一種理想的氧化鋁原料。氧化鉻等改性劑及燒結(jié)助劑能夠提高陶瓷產(chǎn)品的性能，降低燒成的溫度。在球磨料漿過程的不同階段添加溶膠及金屬鹽可以達到原料改性的目的，在不增加生產(chǎn)步驟的前提下使得改性成為可能。分段煅燒的工藝可以巧妙的控制氧化鋁及其他氧化物的燒結(jié)及增韌的過程，促進了坯體的致密化燒結(jié)，能夠減少產(chǎn)品的缺陷，提高產(chǎn)品性能。
[0015]本發(fā)明的突出優(yōu)點為:
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點:
第一，本發(fā)明原材料易得廉價，制備過程操作簡便，沒有額外能耗產(chǎn)生，可用于制備性能優(yōu)異的低密度研磨球，比較金屬研磨體，具有低密度高耐磨性的優(yōu)勢，降低電耗和研磨體的損耗，適合企業(yè)進行大批量生產(chǎn)；
第二，本發(fā)明采用分段煅燒工藝可以更加準(zhǔn)確的控制低密度研磨球的燒結(jié)過程，使燒結(jié)助劑及改性劑更好的發(fā)揮各自的優(yōu)勢；
第三，本發(fā)明利用溶膠、金屬鹽及沉淀劑對原料經(jīng)行改性，沒有增加生產(chǎn)周期，硅溶膠凝膠化在氧化鋁顆粒表面形成納米包覆微復(fù)合結(jié)構(gòu)，促進了胚體的致密化燒結(jié)，此外氧化物的細微晶?？梢宰柚寡趸X晶粒的生長、耗散裂紋前進的動力以及阻止橫向截面收縮。
[0016]總的來說此發(fā)明是一種制備價格低廉性能優(yōu)異的低密度研磨柱的理想方法。
[0017]【具體實施方式】:
下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進行舉例說明，所用的各種原材料都是從市場上購買的工業(yè)品。
[0018]實施例1
1.1稱量250公斤招帆土、80公斤氧化招粉、3公斤氧化鉻,氧化錯、氧化韓、氧化鎂、氧化鐵各I公斤配成原料；
1.2向?qū)嵤├?.1配置的料漿原料研磨5小時以后加入3公斤的鋁溶膠和3公斤的硅溶膠，再研磨5小時以后加入氯化鋁、氯化鎂、氯化鋯、氯化鈣、氯化鋇各0.2公斤，再研磨3小時以后加入氫氧化鈉I公斤，再研磨3小時以后加入一種或多種沉淀劑I公斤，最后再進行3小時的研磨； 1.3將實施例1.2所得的料漿進行噴霧干燥，然后機壓成型，機壓磨具為35MPa/m2的壓力保壓2分鐘；
1.4將實施例1.3中得到的樣品干燥后放入程序控溫爐中進行分段煅燒，第一階段從室溫以8°C /min的升溫速率，升溫至800°C，第二階段采用的升溫速率為3°C /min,從800°C升溫至1380°C，保溫時間為40小時，然后隨爐冷卻至室溫，即得研磨柱。
[0019]實施例2
1.1稱量115公斤招帆土、115公斤氧化招粉、2公斤氧化鉻,氧化錯、氧化韓、氧化鎂、氧化鐵各I公斤；
1.2向?qū)嵤├?.1配置的原料研磨5小時以后加入2公斤的鋁溶膠和2公斤的硅溶膠，再研磨5小時以后加入氯化鋁、氯化鎂、氯化鋯、氯化鈣、氯化鋇各0.13公斤，再研磨3小時以后加入氫氧化鈣1.5公斤，最后再進行3小時的研磨；
1.3將實施例1.2所得的料漿進行噴霧干燥，然后機壓成型，機壓磨具為70MPa/m2的壓力保壓2.5分鐘；
1.4將實施例1.3中得到的樣品干燥后放入程序控溫爐中進行分段煅燒，第一階段從室溫以8°C /min的升溫速率，升溫至900°C，第二階段采用的升溫速率為2V /min,從900°C升溫至1550°C，保溫時間為46小時，然后隨爐冷卻至室溫，即得研磨柱。
[0020]實施例3
1.1稱量115公斤招帆土、115公斤氧化招粉、1.5公斤氧化鉻,氧化錯、氧化韓、氧化鎂、氧化鐵各I公斤配成原料；
1.2向?qū)嵤├?.1配置的料漿研磨5小時以后加入4公斤的鋁溶膠和4公斤的硅溶膠，再研磨5小時以后加入氯化鋁、氯化鎂、氯化鋯、氯化鈣、氯化鋇各0.1公斤，再研磨3小時以后加入強氧化鈣I斤，最后再進行3小時的研磨；
1.3將實施例1.2所得的料漿進行噴霧干燥，然后機壓成型，機壓磨具為70MPa/m2的壓力保壓2.5分鐘；
1.4將實施例1.3中得到的樣品干燥后放入程序控溫爐中進行分段煅燒，第一階段從室溫以8°C /min的升溫速率，升溫至900°C，第二階段采用的升溫速率為2V /min,從900°C升溫至1550°C，保溫時間為42.5小時，然后隨爐冷卻至室溫，即得研磨柱。
【主權(quán)項】
1.一種水泥磨專用低密度研磨柱的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)將質(zhì)量分數(shù)分別為10%-90%的鋁礬土；10%-90%的氧化鋁粉；0.0%-5%的氧化鉻；0.0%-5%燒結(jié)助劑與改性劑配成原料； (2)將步驟(I)配好的原料，采用攪拌磨或管式球磨機球磨2-24小時。
2.在粉磨1-10小時的時候加入鋁溶膠和硅溶膠，鋁溶膠和硅溶膠為氧化鋁粉質(zhì)量的0%-15%，粉磨10-20小時時加入一種或多種金屬鹽，金屬鹽的總加量為氧化鋁粉質(zhì)量的0%-15%，粉磨16-24小時時加入對應(yīng)金屬鹽的沉淀劑，金屬沉淀劑的加入量為氧化鋁粉質(zhì)量的 0%-10% ； (3)將步驟(2)所得料噴霧造粒成為原料粉，然后采用等靜壓成型或機壓成型，制得坯體，然后在60-200°C下干燥3-36小時； (4)將步驟(3)所得坯體在700-1600°C分段燒結(jié)，保溫時間1_60小時，制得成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中鋁礬土經(jīng)1100-1400°C高溫處理，且氧化鋁含量50%-85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度研磨球的制備方法，其特征在于:步驟(I)中燒結(jié)助劑與改性劑是碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鉀、氧化鈦、氧化硅、氧化鋯、氧化鐵、氧化錳、氧化鑭、氧化釔等的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中鋁溶膠固含量為15%-30%，顆粒尺寸為 5-100nm，pH4.0-10.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中硅溶膠固含量為15%-30%，顆粒尺寸為 5-25nm，pH8.0-10.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述鹽溶液為:氯化鎂、硝酸鎂、氯化鋁、硝酸鋁、氯化鈣、硝酸鈣、氯化鉻、硝酸鉻、氯化鋯、硝酸鋯、氯化鋇、硝酸鋇、氯化鑭、硝酸鑭等的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述沉淀劑為:氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化鋇、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸銨、硅酸鈉等的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述燒成方式為以8-10°C/min升溫到700-1000°C，然后2_5°C /min升溫到燒結(jié)溫度1200-1600°C，保溫時間1-60小時，然后冷卻至室溫，制得成品。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水泥磨專用低密度研磨體的制備方法。以鋁礬土、氧化鋁粉、等為主要原料，同時氧化鉻、氧化鋯、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、二氧化硅等為改性原料，將鋁溶膠、硅溶膠及金屬鹽在研磨階段添加到料漿中，采用滾制成型、等靜壓成型或者機壓成型得到的坯體，坯體干燥后煅燒得到低密度研磨柱。經(jīng)過科學(xué)的配比設(shè)計、嚴(yán)格的過程控制和獨特的煅燒制度使得本發(fā)明產(chǎn)品成本低、耐磨性能優(yōu)異、比高密度金屬研磨體動力負荷低，適合在水泥粉磨、鐵礦石粉磨、金礦石粉磨中代替金屬研磨體使用，降低粉磨電耗30-50%。
【IPC分類】C04B35-10, C04B35-64, C04B35-622
【公開號】CN104649654
【申請?zhí)枴緾N201510077859
【發(fā)明人】張德成, 張偉儒, 侯憲欽, 張飛飛, 徐曉磊, 朱楠楠
【申請人】濟南大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月14日