本发明涉及一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
氧化铝具有较高的导热率、高熔点、高绝缘、低介电常数、低介质损耗以及良好的封装工艺，适应性等特点；氮化硅具有良好的稳定性，及良好的高温性能，能耐受多种酸碱腐蚀，还具有热震性好、热膨胀系数小、绝缘、耐磨等优点。而在现有耐磨氮化硅陶瓷材料的生产原材料中含有氧化铝，而现有氧化铝粉的制作工艺复杂、生产成本高，导致氧化铝粉价格贵，大大的增加了耐磨氮化硅陶瓷材料的生产成本。
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙（caso4），其含量一般可达到70-90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
现目前，针对磷石膏和粉煤灰的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和粉煤灰中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。而将磷石膏和粉煤灰综合利用来制耐磨氮化硅陶瓷材料，同时联产酸的工艺，未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺。本发明具有制备耐磨氮化硅陶瓷材料和制酸成本低，废渣利用率高，制备的耐磨氮化硅陶瓷材料具有高密度高强度、高韧性的优点，且制酸工艺简单。
本发明的技术方案
一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，包括如下步骤：
a、将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；
b、将步骤a制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
c、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，粉碎得氧化铝粉；
d、将步骤c制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨2-3h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨1-2h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，高温烧结得耐磨氮化硅陶瓷材料；
e、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
f、将步骤e分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤a中，所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤a中，所述的生料中，磷石膏和粉煤灰按照1:1-1.8重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤a中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤a中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤b中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤c中，灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间3-5h。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤d中，按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉8-10份、碳化钛25-30份、硅粉20-25份、氧化钇粉3-5份、a-氮化硅粉30-40份、无水乙醇60-70份和8%聚乙烯醇水溶液8-13份。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤d中，所述混合粉料的目数为200-300目。
前述的制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤d中，所述高温烧结是在温度为1700-1850℃，5mpa的氮气压力下高温烧结2-3h。
本发明通过将磷石膏和粉煤灰反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
caso4（磷石膏）+na2o·sio2·al2o3（粉煤灰）→na2o·al2o3+cao·sio2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的cao与粉煤灰中的sio2生成原硅酸钙（cao·sio2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（na2o·al2o3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加添加剂和改性剂工艺，生成的金属硫化物；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到金属硫化物。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和粉煤灰作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，
通过回收的铝酸钠制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备耐磨氮化硅陶瓷材料，由于整个工艺中主要以磷石膏和粉煤灰为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了制酸和耐磨氮化硅陶瓷材料的成本投入。还大大增加了磷石膏和粉煤灰废渣的利用率，为缓解磷石膏和粉煤灰对环境的污染具有重要的贡献。
2、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备耐磨氮化硅陶瓷材料，耐磨氮化硅陶瓷材料具有高密度高强度、高韧性的优点，且耐磨氮化硅陶瓷材料成本低。
3、本发明将工艺中的固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，制酸的成本低，制酸工艺简单。
为进一步证明本发明的效果，发明人做了如下检测。
1、耐磨氮化硅陶瓷材料的检测
发明人分别对以下五组实施例中的耐磨氮化硅陶瓷材料进行检测，检测结果见表1；
通过表1本发明耐磨氮化硅陶瓷材料检测结果表分析得到，本发明的耐磨氮化硅陶瓷材料具有高密度高强度、高韧性的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
a、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1000℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；
b、将步骤a制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
c、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
d、将步骤c分离出的硫化物置于30%的富氧环境下，在800℃下焙烧5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
e、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度800℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
f、将步骤e制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨2h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨1h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，在温度为1700℃，5mpa的氮气压力下高温烧结2h得耐磨氮化硅陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉8份、碳化钛25份、硅粉20份、氧化钇粉3份、a-氮化硅粉30份、无水乙醇60份和8%聚乙烯醇水溶液8份；所述混合粉料的目数为200目。
实施例2：一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
a、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.2重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1.2添加，碳的混合比例为生料总重量的15%；
b、将步骤a制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
c、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
d、将步骤c分离出的硫化物置于35%的富氧环境下，在900℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
e、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1000℃下灼烧时间4h后粉碎得氧化铝粉；
f、将步骤e制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨3h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨2h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，在温度为1750℃，5mpa的氮气压力下高温烧结3h得耐磨氮化硅陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉10份、碳化钛28份、硅粉22份、氧化钇粉3份、a-氮化硅粉35份、无水乙醇65份和8%聚乙烯醇水溶液9份；所述混合粉料的目数为300目。
实施例3：一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
a、将磷石膏、粉煤灰、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1300℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.4重量比的比例混合，碳酸钠添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的20%；
b、将步骤a制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
c、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
d、将步骤c分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1000℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
e、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1100℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
f、将步骤e制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨2h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨2h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，在温度为1800℃，5mpa的氮气压力下高温烧结2h得耐磨氮化硅陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉9份、碳化钛28份、硅粉23份、氧化钇粉4份、a-氮化硅粉38份、无水乙醇63份和8%聚乙烯醇水溶液11份；所述混合粉料的目数为200目。
实施例4：一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
a、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1350℃下焙烧时间1h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.6重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，煤矸石的混合比例为生料总重量的25%；
b、将步骤a制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
c、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
d、将步骤c分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧3h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
e、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1200℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
f、将步骤e制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨3h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨1h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，在温度为1850℃，5mpa的氮气压力下高温烧结3h得耐磨氮化硅陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉10份、碳化钛27份、硅粉24份、氧化钇粉4份、a-氮化硅粉37份、无水乙醇68份和8%聚乙烯醇水溶液12份；所述混合粉料的目数为200目。
实施例5：一种制备耐磨氮化硅陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
a、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.8重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含na2o和a12o3+fe2o3总和的分子比为1:1添加，无烟煤的混合比例为生料总重量的20%；
b、将步骤a制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
c、将步骤b分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
d、将步骤c分离出的硫化物置于50%的富氧环境下，在1100℃下焙烧4h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；
e、向步骤b分离得到的溶液中加入co2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干,在温度1200℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
f、将步骤e制得的氧化铝粉与碳化钛、硅粉、氧化钇粉、a-氮化硅粉混合均匀，加入无水乙醇球磨3h，再加8%聚乙烯醇水溶液，继续球磨2h得混合浆料，烘干、筛取得混合粉料，将混合粉料压铸成型，在温度为1850℃，5mpa的氮气压力下高温烧结3h得耐磨氮化硅陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合浆料包含氧化铝粉10份、碳化钛30份、硅粉25份、氧化钇粉5份、a-氮化硅粉40份、无水乙醇70份和8%聚乙烯醇水溶液13份；所述混合粉料的目数为300目。