一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法与流程

本发明涉及一种陶瓷废料回收方法，尤其是涉及一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法。

背景技术：

氧化铝陶瓷作为先进陶瓷中应用最广的一种材料，生产过程中不可避免的出现一定量的报废产品，由于实行规模化生产，其生产数量大，相应地废品量较多，直接报废后总价值也较高；目前氧化铝陶瓷的生产废弃物主要用于耐火材料厂家的回收再利用，利用率低，且附加值低。

CN 102153362 A公开了一种氧化铝泡沫陶瓷废料回收方法，其步骤为先将报废的氧化铝泡沫陶瓷制品球磨粉碎至微米级粉状，然后按配比称量；其中废料10%~20%，a-氧化铝50%~60%，水洗高岭土7%~15%，锻烧高岭土7%~15%，硅微粉1%~8%，钾长石5%~10%；再按加入量为浆料质量百分数的22%~32%的比例加入磷酸二氢铝溶液，制成浆料；然后使浆料均匀分散在泡沫体网络上，制成坯体；再将坯体烘干和烧结，即得到新的氧化铝泡沫陶瓷过滤器。该回收方法操作复杂，且其回收的氧化铝泡沫陶瓷的性能较差。

CN 103693998 A公开了一种金属化陶瓷废品的回收方法，包括以下工艺步骤：工业酒精浸泡、清水浸泡、超声波清洗、碱煮、盐酸浸泡、烘干和两次烧结工序。该回收方法主要回收在涂覆金属化涂料后，烧结前时的陶瓷废品，不适用于高温烧结后的陶瓷废品的回收利用。

CN 1517191A公开了利用在堇青石陶瓷体制备方法中产生的废料制得了回收的陶瓷原料，所述的废料是在将干陶瓷模制品切割成预定尺寸的切割步骤中所产生的不必要部分，或者是在干燥挤出的陶瓷材料的干燥步骤中产生的有缺陷的干陶瓷模制品，将废料粉碎；通过至少除去所述通过粉碎得到的粉末中小于预定尺寸的颗粒，制得由预定尺寸的颗粒组成的回收粉末。将所得回收粉末用作回收的陶瓷原料。该陶瓷废料回收方法用于氧化铝陶瓷废料回收时，其回收率低，回收再利用制作的氧化铝陶瓷的电气性能较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种操作简便、回收利用率高、再利用制作的氧化铝陶瓷性能良好的氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法，包括以下步骤：

1）回收清理、分类、粉碎处理陶瓷废弃物：将氧化铝陶瓷废弃物回收清理并按颜色分类，然后，分批放入滚筒球磨机内球磨粉碎；

2）陶瓷废弃物的理化检测及改性处理：从不同批次粉碎后的陶瓷废弃物粉末中按比例定量取样，将同批次陶瓷废弃物粉末的样品混合后再进行理化检测分析，根据检测结果，按陶瓷废弃物粉末重量的6~8%w/w添加改性剂，不同批次的陶瓷废弃物粉末中改性剂的添加量相同；并加入烧结助剂混合后进行二次球磨24h以上；

3）筛分陶瓷废弃物粉末：用60~100目的筛子将步骤2）球磨处理后的陶瓷废弃物粉末进行筛分，作为陶瓷制品成型所需原料备用。

本发明的进一步改进方案，所述氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法，还包括，利用废弃物粉末制备氧化铝陶瓷制品，其具体操作为：

4）陶瓷坯体的制作：将白蜡和蜂蜡按质量比8~10:1（即白蜡的重量为陶瓷废弃物粉末的11.25%，蜂蜡的重量为陶瓷废弃物粉末的1.25%）进行混合融化，再加入步骤3）筛分的陶瓷废弃物粉末，搅拌混合至陶瓷废弃物粉末表面无干颗粒，放入铝盘中冷却后，再取出制成蜡块；将蜡块放置一段时间后再次敲碎放入熔料搅拌桶融化，搅拌8小时后，放入热压铸机，按不同模具制成不同氧化铝陶瓷坯体；

5）氧化铝陶瓷坯体的烧结：将氧化铝陶瓷坯体用陶瓷废弃物粉末封装，振动紧密，放入中温炉窑中1200℃烧制24h以上，去除陶瓷粉末中的有机质，取出并清理干净坯体，再放入高温匣钵中于1600℃烧结并保温2~4h，冷却后得到氧化铝陶瓷制品。

进一步，步骤2）中，所述改性剂为纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉的混合物，所述纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉的质量比为1.5~2:1~1.35:1，优选：纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉的质量比为1.75:1.17:1，即，三者与废弃物陶瓷粉的质量比分别为3.15%、2.1%、1.8%。

进一步，步骤2）中，二次球磨时，陶瓷废弃物粉末和烧结助剂（如MgO-Al₂O₃-SiO₂，钾长石，请补充几种常用的烧结助剂）按质量比为100:5~8混合，在添加烧结助剂的同时加入陶瓷废弃物粉末重量的0.4~0.6%的植物油酸，作为助磨剂和表面活性剂。

进一步，步骤2）中，二次球磨时，陶瓷废弃物粉末和氧化铝研磨球体的质量比为1:1.2~1.5，优选，质量比为1:1.5。

进一步，所述氧化铝陶瓷废弃物为氧化铝含量≥90%（w/w）的氧化铝陶瓷废弃物。

本发明是在现有的氧化铝陶瓷生产工艺下，实现了一种对现有生产过程中产生的氧化铝陶瓷废弃物的回收利用并应用于新的氧化铝陶瓷制品的加工，其回收方法利用陶瓷废弃物本身的特性，并采用纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉混合而成的改性剂，对氧化铝陶瓷废弃物进行改性处理，改善后续用于新的氧化铝陶瓷制品加工中的成型条件，进而提高其电气、机械等性能，并降低烧结温度，确保陶瓷性能的前提下降低加工成本，且减少废弃物的排放。

由于氧化铝陶瓷废弃物是经过高温烧结处理，高机械强度，但冲击韧性差，结构相对单一，采用球磨粉碎的方式，使之形成良好的颗粒级比，进而具有优良的流动性，便于后续的坯体成型。氧化铝陶瓷废弃物中碱金属含量极低，成分稳定，有利于再次利用二次烧结时的尺寸精准控制和绝缘性能的提升。

改性剂可以在烧结时填充晶格间隙，形成低熔点氧化物；低熔点氧化物在烧结时形成的液相，具有很强的渗透能力，并且在烧结过程中生成新生态的纳米尺寸的稳定固体粒子，具有很好的活性，分布均匀性，其弥散性高效地阻碍二次烧结时晶粒的生长。改性剂在烧结阶段形成的液相，在较大的程度上降低氧化铝陶瓷废弃物粉末的烧结激活能，从而促进烧结中物质的传递以及产品的致密化，进而提高产品的体积密度，降低产品的烧结温度。

本发明的改性剂中的纳米级煅烧高岭土，既能满足成分和浆料性能的要求，有可以减少氧化铝陶瓷废弃物在烧结过程中的收缩，进而有效避免产品产生裂纹等缺陷；纳米级二氧化硅与氧化铝高温液相结合，生成莫来石晶相，从而提高产品高温强度； 纳米级煅烧滑石粉可以高效抑制氧化铝陶瓷废弃物粉末在烧结过程中氧化铝晶粒的生长，是陶瓷晶粒细小均匀，结构致密，确保陶瓷具有较高的性能和光洁度，且能有效缩短成型时间提高生产力。

本发明一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法的有益效果：

1）氧化铝陶瓷废弃物通过本发明方法处理后，其晶粒粒径为3~5μm，其导热率≥21.9W/（m·K），表面粗糙度为0.3~0.5μm；且作为新的氧化铝陶瓷制作原料的利用率高达100%，即全部采用回收处理的氧化铝陶瓷废弃物粉末，无需补充新的氧化铝粉，用于制作新的氧化铝陶瓷制品。

2）采用纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉混合而成的改性剂，对氧化铝陶瓷废弃物进行改性处理，改善后续用于新的氧化铝陶瓷制品加工中的成型条件，进而提高其电气、机械等性能，并降低烧结温度，确保陶瓷性能的前提下降低加工成本，且减少废弃物的排放；

3）采用本发明处理后的氧化铝陶瓷废弃物，用于加工为新的氧化铝陶瓷制品，其烧结温度低，缩短了加工周期，产品的体积密度高，加工成本低。

附图说明

图1—为实施例1中一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法的工艺流程图；

图2—为实施例2中一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1，本实施例的一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法，包括以下步骤：

1）回收清理、分类、粉碎处理陶瓷废弃物：将氧化铝含量为90%的氧化铝陶瓷废弃物回收清理并按颜色分类，然后，分批放入滚筒球磨机内球磨粉碎；

2）陶瓷废弃物的理化检测及改性处理：从不同批次粉碎后的陶瓷废弃物粉末中按比例定量取样，将同批次陶瓷废弃物粉末的样品混合后再进行理化检测分析，根据检测结果，按陶瓷废弃物粉末重量的7.05%w/w添加改性剂，改性剂为质量比为1.75:1.17:1的纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉的混合物，即，纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉与废弃物陶瓷粉的质量比分别为3.15%、2.1%、1.8%；同时，加入陶瓷废弃物粉末重量的0.4%的植物油酸，作为助磨剂和表面活性剂；不同批次的陶瓷废弃物粉末中改性剂的添加量相同；并加入烧结助剂混合后进行二次球磨24h，其中，陶瓷废弃物粉末和烧结助剂的质量比为100:6.25，烧结助剂为MgO-Al₂O₃-SiO₂，陶瓷废弃物粉末和氧化铝研磨球体的质量比为1:1.5；

3）筛分陶瓷废弃物粉末：用60目的筛子将步骤2）球磨处理后的陶瓷废弃物粉末进行筛分，作为陶瓷制品成型所需原料备用。

实施例2

参照图2，本实施例的一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法，包括以下步骤：

1）回收清理、分类、粉碎处理陶瓷废弃物：将氧化铝含量为92.5%的氧化铝陶瓷废弃物回收清理并按颜色分类，然后，分批放入滚筒球磨机内球磨粉碎；

2）陶瓷废弃物的理化检测及改性处理：从不同批次粉碎后的陶瓷废弃物粉末中按比例定量取样，将同批次陶瓷废弃物粉末的样品混合后再进行理化检测分析，根据检测结果，按陶瓷废弃物粉末重量的8.0%w/w添加改性剂，改性剂为质量比为2:1:1的纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉的混合物，即，纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉与废弃物陶瓷粉的质量比分别为4.0%、2.0%、2.0%；同时，加入陶瓷废弃物粉末重量的0.5%的植物油酸，作为助磨剂和表面活性剂；不同批次的陶瓷废弃物粉末中改性剂的添加量相同；并加入烧结助剂混合后进行二次球磨24h，其中，陶瓷废弃物粉末和烧结助剂的质量比为100:7.5，烧结助剂为MgO-Al₂O₃-SiO₂，陶瓷废弃物粉末和氧化铝研磨球体的质量比为1:1.2；

3）筛分陶瓷废弃物粉末：用100目的筛子将步骤2）球磨处理后的陶瓷废弃物粉末进行筛分，作为陶瓷制品成型所需原料备用。

4）陶瓷坯体的制作：将白蜡和蜂蜡按质量比9:1（即白蜡的重量为陶瓷废弃物粉末的11.25%，蜂蜡的重量为陶瓷废弃物粉末的1.25%）进行混合融化，再加入步骤3）筛分的陶瓷废弃物粉末，搅拌混合至陶瓷废弃物粉末表面无干颗粒，放入铝盘中冷却后，再取出制成蜡块；将蜡块放置一段时间后再次敲碎放入熔料搅拌桶融化，搅拌8小时后，放入热压铸机，按不同模具制成不同氧化铝陶瓷坯体；

5）氧化铝陶瓷坯体的烧结：将氧化铝陶瓷坯体用陶瓷废弃物粉末封装，振动紧密，放入中温炉窑内，以50 ℃ /h的速度缓慢升温至500 ℃，再以120 ℃ /h的速度快速升温至1000 ℃，以100℃ /h的速度升温至1200℃，并保温烧制24h，去除陶瓷粉末中的有机质，取出并清理干净坯体；再放入高温匣钵中，以150℃ /h的速度升温至1600℃，并烧结保温2h，冷却后得到氧化铝陶瓷制品。

本发明一种氧化铝陶瓷废弃物回收再利用的方法，步骤2）中，还可以按陶瓷废弃物粉末重量的6.0%w/w、6.5%w/w 或7.5%w/w添加改性剂；所述纳米级煅烧高岭土、纳米级二氧化硅和纳米级煅烧滑石粉与废弃物陶瓷粉的质量比分别为1.5:1.2:1、1.9:1.35:1或1.6:1.1:1；陶瓷废弃物粉末和烧结助剂的质量比还可以为100:8或者100:6，烧结助剂为MgO-Al₂O₃-SiO₂，陶瓷废弃物粉末和氧化铝研磨球体的质量比还可以为1:1.35；步骤3）中，筛子的目数还可以为80目；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。