一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料及其制備方法。該陶瓷材料的特征在于其重量百分比組成為：鐵尾礦35～75%、粘土1～9%、二氧化硅11～25%、碳酸鈣11～25%和氧化鋁2～6%，各組分之和為100%；所述鐵尾礦主要成分為：SiO230～35%、Fe2O320～25%、Al2O310～15%、TiO210～15%及少量的CaO、Na2O和MgO，各組分之和為100%；經(jīng)XRD表征，所述陶瓷材料的主要成分為鈣長石、透輝石和鈦板鐵礦。該制備方法主要以鐵尾礦、粘土、二氧化硅、碳酸鈣和氧化鋁為原料，經(jīng)球磨、過篩、配料、攪拌、干燥、混合、干壓成型、燒結(jié)后，即制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。
【專利說明】一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，使得鐵礦石尾礦在工業(yè)固體廢棄物中占的比例也越來越大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有150多種，開發(fā)建立了 8000多座礦山，累計(jì)生產(chǎn)尾礦59.7億噸，其中堆存的鐵尾礦量占全部尾礦堆存總量的近1/3。鐵尾礦處理不當(dāng)，給自然生態(tài)和人類社會(huì)帶來巨大的危害，其主要危害包括下面幾個(gè)方面:(I)巨大的堆放量占用大量耕地，覆蓋了大量植被，加劇了人多地少的矛盾:(2)由于受到技術(shù)水平、裝備性能和經(jīng)濟(jì)條件等因素的限制，導(dǎo)致了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；(3)長期堆放尾礦，成為潛在的地質(zhì)災(zāi)害源；(4)干旱季節(jié)易形成沙塵暴，對(duì)周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響；(5)對(duì)自然景觀和旅游資源的破壞，抑制了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
[0003]上世紀(jì)80年代高輻射紅外陶瓷材料在國外得到了蓬勃發(fā)展。日本高島廣夫、高田弘一等人采用Fe203、MnO2, CuO、CoO等過渡金屬氧化物為原料，制成法向全波段輻射率大于0.90的高福射紅外陶瓷材料；美國ParkerHolding公司在其申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)中稱,采用了AB2O4型無機(jī)化合物作為紅外輻射材料組成，其中A主要由Mg、Zn、Mn、N1、Co等構(gòu)成，B主要為Al、Cr、Mn、Fe等。遠(yuǎn)紅外陶瓷經(jīng)20多種無機(jī)化合物及微量金屬或特定的天然礦石分別以不同的比例燒結(jié)而成，其生產(chǎn)對(duì)非可再生資源的依賴性較大。對(duì)優(yōu)質(zhì)資源的過分利用，加速了資源的過快枯竭,增加了遠(yuǎn)紅外陶瓷的生產(chǎn)成本。
[0004]鐵尾礦是一種復(fù)合礦物原料，除含有少量金屬外，還含有石英、輝石、長石、角閃石等。其化學(xué)成分主要含SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO等，還含有少量K20，Na2O以及S，P等元素。而以石英、長石、硬質(zhì)高嶺土為主要原料燒制成的陶瓷具有發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的作用。CN1887796A公開了利用鐵礦石尾礦制備Si3N4/TiN復(fù)相導(dǎo)電陶瓷材料的方法，第一步利用鐵尾礦與碳黑合成Si3N4粉末，第二步制備Si3N4/TiN復(fù)相導(dǎo)電材料，此方法的不足之處是制備工序復(fù)雜，制備周期過長，且鐵尾礦中原有的Al203、Fe203等有用成分得不到充分利用；CN102417368A介紹了一種利用高硅鐵尾礦制作的泡沫陶瓷及其制作方法，其配方組成中除鐵尾礦外，還添加了粉煤灰、煤矸石、粘土、長石、頁巖、蛭石以及珍珠巖，生產(chǎn)成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]從以上公開的信息可知，利用鐵尾礦制備陶瓷，無論是在制備工序，還是配方組成方面，都存在一定的不足。目前，就 申請(qǐng)人:所知，國內(nèi)外尚無鐵尾礦在遠(yuǎn)紅外陶瓷制備方面的報(bào)道，而遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備又亟需開發(fā)一種低成本，高效率的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鐵尾礦材料的利用率低以及紅外輻射陶瓷的制備方面存在明顯不足，而提出的一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料及其制備方法。目的在于充分利用廢棄尾礦、提高資源利用率、降低遠(yuǎn)紅外陶瓷生產(chǎn)成本。該方法工藝簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少，成本低廉。
[0007]本發(fā)明解決所述陶瓷材料技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，其特征在于該材料的重量百分比組成為:鐵尾礦35~75%、粘土 I~9%、二氧化硅11~25%、碳酸鈣11~25%和氧化鋁2~6%，各組分之和為100% ;所述鐵尾礦主要成分為:Si0230 ~35%,Fe20320 ~25%,Al2O3IO ~15%,TiO2IO ~15%及少量的 Ca0、Na20和MgO，各組分之和為100% ;經(jīng)XRD表征，所述陶瓷材料的主要成分為鈣長石、透輝石和鈦板鐵礦。
[0008]本發(fā)明解決所述制備方法技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，該制備方法采用本發(fā)明所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的重量百分比組成和以下工藝步驟:
[0009]A、將鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨30~120min，球磨后過350目篩，獲得鐵尾礦粉體；
[0010]B、取重量35~75%步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量為I~9%的粘土、11~25%的二氧化硅、11~25%的碳酸鈣和2~6%的氧化鋁，以及上述原料重量15~30%的水，混合并持續(xù)攪拌30~90min ；
[0011]C、將步驟B中的混合物于100~120°C條件下，烘干I~2h ;
[0012]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)混合球磨60~90min后，過篩；
[0013]E、將步驟D中的混料壓制成型，制得陶瓷坯體，再將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。
[0014]本發(fā)明基于充分發(fā)揮鐵尾礦中有效成分的作用，同時(shí)降低遠(yuǎn)紅外陶瓷的工業(yè)化生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)將廢棄鐵尾礦替換傳統(tǒng)陶瓷原料成分，通過改善原料組成配方和燒結(jié)工藝，來制備一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。該遠(yuǎn)紅外陶瓷材料以鐵尾礦替代傳統(tǒng)遠(yuǎn)紅外陶瓷礦物原料，降低了生產(chǎn)對(duì)優(yōu)質(zhì)礦物資源的依賴，提高了資源的利用效率，減少了固體廢物的排放，大大降低了陶瓷制品的生產(chǎn)成本，并適于工業(yè)化應(yīng)用；由于鐵尾礦中硅、鐵和鋁的成分較多，有助于和其他堿土金屬形成固溶體，利于顆粒之間的相互靠攏，加速陶瓷燒結(jié)的致密化程度，節(jié)省了粘土成分的使用，降低了陶瓷生產(chǎn)成本；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述遠(yuǎn)紅外陶瓷材料利用廢棄鐵尾礦中有效的氧化物成分，經(jīng)過燒結(jié)后的陶瓷材料可輻射高發(fā)射率的遠(yuǎn)紅外線，在8~14 μ m處的紅外發(fā)射率最高可達(dá)0.93(參見實(shí)施例4)。本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少，成本低廉，適于工業(yè)化應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例4制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料燒結(jié)后的XRD圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例4制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料燒結(jié)后的顯微照片圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例4制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料燒結(jié)后的紅外發(fā)射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明:
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料(簡(jiǎn)稱陶瓷材料，參見圖1-3)，其特征在于該材料的重量百分比組成為:鐵尾礦35~75 %、粘土 I~9 %、二氧化硅11~25 %、碳酸鈣11~25%和氧化鋁2~6%，各組分之和為100%;所述鐵尾礦主要成分為:Si0230~35%,Fe20320 ~25%,Al2O3IO ~15%,TiO2IO ~15%及少量的 Ca0、Na20 和 MgO，各組分之和為100% ;經(jīng)XRD表征，所述陶瓷材料的主要成分為鈣長石、透輝石和鈦板鐵礦。
[0020]本發(fā)明主要以鐵尾礦、粘土、二氧化硅、碳酸鈣和氧化鋁為原料，經(jīng)球磨、過篩、配料、攪拌、干燥、混合、干壓成型、燒結(jié)后，即制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。具體說，本發(fā)明制備方法采用本發(fā)明所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的重量百分比組成和以下工藝步驟:
[0021]A、先將鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨30~120min，球磨后過350目篩，制得鐵尾礦粉體；
[0022]B、取重量35~75%步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量百分比為I~9%的粘土、11~25%的二氧化硅、11~25%的碳酸鈣、2~6%的氧化鋁，以及上述原料重量15~30%的水，混合并持續(xù)攪拌30~90min ；
[0023]C、將步驟B中的混合物于100~120°C條件下烘干I~2h ;
[0024]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)混合球磨60~90min，過篩；
[0025]E、將步驟D中的混料壓制成型，即制得陶瓷坯體，再將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得本發(fā)明鐵尾礦遠(yuǎn) 紅外陶瓷材料。
[0026]本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步特征是，所述步驟D中混合球磨后過120目篩。
[0027]本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步特征是，所述步驟E中混料壓制成型的成型壓力為25~30MPa，并保壓I~2min。
[0028]本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步特征是，所述燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為2~5°C /min ;第二階段為:900°C保溫30min ;第三階段為:900°C~燒結(jié)溫度，升溫速率為2~10°C /min ;第四階段為:燒結(jié)溫度1100~1200°C，保溫30~120min ;第五階段為:隨爐冷卻至室溫。
[0029]公知的遠(yuǎn)紅外在人體保健方面的功效如下:
[0030]1.熱效應(yīng):介入能量，加速血液循環(huán)和物質(zhì)代謝過程。
[0031]2.抑菌作用:增強(qiáng)網(wǎng)狀內(nèi)皮組織吞噬能力，提高人體免疫力。
[0032]3.共振效應(yīng):深層組織的熱傳導(dǎo)，活躍各化合物分子間的電子流活動(dòng)。
[0033]本發(fā)明由于在原材料的選擇、配比以及制備工藝方面采用了以上的技術(shù)方案，使得燒結(jié)后的遠(yuǎn)紅外陶瓷在8~14μπι處具有較高的紅外發(fā)射率，而這一波段范圍的紅外光子能量與人體輻射波長(9.35 μ m)相匹配，能夠使人體皮膚產(chǎn)生共振吸收，并轉(zhuǎn)化為熱量，向人體內(nèi)部傳輸，使血液流速加快，局部血液循環(huán)和微循環(huán)得到改善，從而增強(qiáng)肌體細(xì)胞的活力，使代謝旺盛。
[0034]以下給出具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。
[0035]實(shí)施例1
[0036]設(shè)計(jì)一種鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，該制備方法采用以下工藝:
[0037]A、先將鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨30min，球磨后過350目篩，獲得鐵尾礦粉體；
[0038]B、取重量35%的步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量百分比為9%的粘土、25%的二氧化硅、25%的碳酸鈣、6%的氧化鋁，以及上述原料重量15%的水，混合并持續(xù)攪拌 30min ；
[0039]C、將步驟B中的混合物于100°C條件下烘干Ih ；[0040]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)球磨混合60min后，過120目篩；
[0041]E、將步驟D中的混料在成型壓力為30MPa，保壓1.5min條件下，壓制成型制得陶瓷坯體，將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷。
[0042]上述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，其燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為5°C /min ;第二階段為:900°C，保溫30min ;第三階段為:900~1200°C，升溫速率為10°C /min ;第四階段為:1200°C，保溫30min ;第五階段為:隨爐冷卻至室溫。
[0043]本實(shí)施例制備方法制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，在8~14 μ m處的紅外輻射率為 0.80。
[0044]實(shí)施例2
[0045]設(shè)計(jì)一種鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，該制備方法采用以下工藝:
[0046]A、先將鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨60min，球磨后過350目篩，獲得鐵尾礦粉體；
[0047]B、取重量45%的步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量百分比為7%的粘土、22%的二氧化硅、22%的碳酸鈣、4%的氧化鋁，以及上述原料重量20%的水，混合并持續(xù)攪拌 50min ；
[0048]C、將步驟B中的混合物于105°C條件下烘干Ih ；
[0049]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)球磨混合70min后，過120目篩；
[0050]E、將步驟D中的混料在成型壓力為30MPa，保壓Imin條件下，壓制成型制得陶瓷坯體，將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷。
[0051]上述鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，其燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為4°C /min ;第二階段為:900°C，保溫30min ;第二階段為:900~1180°C，升溫速率為8°C /min ;第三階段為:1180°C，保溫60min ;第四階段為:隨爐冷卻至室溫。
[0052]本實(shí)施例制備方法制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，在8~14 μ m處的紅外輻射率為 0.83。
[0053]實(shí)施例3
[0054]設(shè)計(jì)一種鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，該制備方法采用以下工藝:
[0055]A、先將原料中的鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨90min，球磨后過350目篩，獲得鐵尾礦粉體；
[0056]B、取重量百分比為55%的步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量百分比為4%的粘土、18%的二氧化硅、18%的碳酸鈣、5%的氧化鋁，以及上述原料重量25%的水，混合并持續(xù)攪拌70min ；
[0057]C、將步驟B中的混合物于110°C條件下烘干2h ；
[0058]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)球磨混合SOmin后，過120目篩；
[0059]E、將步驟D中的混料在成型壓力為28MPa，保壓Imin條件下，壓制成型制得陶瓷坯體，將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷。
[0060]上述鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，其燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為3°C /min ;第 三階段為:900°C，保溫30min ;第三階段為:900~1130°C，升溫速率為5°C /min ;第四階段為:1130°C，保溫90min ;第五階段為:隨爐冷卻至室溫。
[0061]本實(shí)施例制備方法制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，在8~14 μ m的紅外輻射率為
0.88 ο[0062]實(shí)施例4
[0063]設(shè)計(jì)一種鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，該制備方法采用以下工藝:
[0064]A、先將原料中的鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨120min，球磨后過350目篩，獲得鐵尾礦粉體；
[0065]B、取重量百分比為75%的步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量百分比為1%的粘土、11 %的二氧化硅、11 %的碳酸鈣、2%的氧化鋁，以及上述原料重量30%的水，混合并持續(xù)攪拌90min ；
[0066]C、將步驟B中的混合物于120°C條件下烘干2h ；
[0067]D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)球磨混合90min后，過120目篩；
[0068]E、將步驟D中的混料在成型壓力為25MPa，保壓2min條件下，壓制成型制得陶瓷坯體，再將坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，最終制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷。
[0069]上述鐵尾礦制備遠(yuǎn)紅外陶瓷的制備方法，其燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為2V Mn ;第二階段為:900°C，保溫30min ;第三階段為:900~1100°C，升溫速率為2V /min ; 第四階段為:1100°C，保溫120min ;第五階段為:隨爐冷卻至室溫。
[0070]本實(shí)施例制備方法制得的鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，在8~14 μ m處的紅外輻射率為 0.93。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，其特征在于該材料的重量百分比組成為:鐵尾礦35~75%、粘土 I~9%、二氧化硅11~25%、碳酸鈣11~25%和氧化鋁2~6%，各組分之和為100% ;所述鐵尾礦主要成分為:Si02 30 ~35%、Fe203 20 ~25%、A1203 10 ~15%、TiO2 10 ~15%及少量的CaO、Na2O和MgO，各組分之和為100% ;經(jīng)XRD表征，所述陶瓷材料的主要成分為鈣長石、透輝石和鈦板鐵礦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料，其特征在于經(jīng)FTIR測(cè)試，添加75%鐵尾礦陶瓷材料在8~14 μ m的紅外輻射率最高為0.93。
3.—種權(quán)利要求1所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，該制備方法包含以下工藝步驟:A、將鐵尾礦放入球磨機(jī)中球磨30~120min，球磨后過350目篩；B、取重量35~75%步驟A中得到的鐵尾礦粉體，再添加重量為I~9%的粘土、11~25%的二氧化硅、11~25%的碳酸鈣和2~6%的氧化鋁，以及所述混料重量15~30%的水，混合并持續(xù)攪拌30~90min ;C、將步驟B中的混合物于100~120°C條件下，烘干I~2h ;D、將步驟C中烘干后的混料經(jīng)混合球磨60~90min后，過篩；E、將步驟D中的混料壓制成型，制得陶瓷坯體，再將陶瓷坯體放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，即制得鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟D中混合球磨后，過120目篩。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟E中混料壓制成型的成型壓力為25~30MPa，并保壓I~2min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵尾礦遠(yuǎn)紅外陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述的陶瓷坯體燒結(jié)工藝為:第一階段:室溫~900°C，升溫速率為2~5°C/min ;第二階段為:900°C保溫30min ;第三階段為 :900°C~燒結(jié)溫度，升溫速率為2~10°C /min ;第四階段為:燒結(jié)溫度1100~1200°C，保溫30~120min ;第五階段為:隨爐冷卻至室溫。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103979936SQ201410210975
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】孟軍平, 劉潔, 梁金生, 張洪臣 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)