一种利用锰渣制备堇青石陶瓷的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体是一种利用锰渣制备堇青石复合陶瓷材料及 其方法，属于工业固体废渣综合回收再利用技术。
【背景技术】
[0002] 目前我国是世界上最大的电解锰生产国，电解锰产量约占世界总产量的98%。我 国的锰矿资源主要是以碳酸锰矿为主的菱锰矿，采用电解硫酸锰工艺来生产金属锰，在获 得金属锰的同时也产生了大量的酸性滤渣一锰渣。由于近年来对锰矿资源的滥采乱挖，造 成了锰矿品味的日益降低，现每生产1吨金属锰将会产生8~9吨的锰渣。因缺乏有效的 再利用技术，这些大量的锰渣主要以堆放或填埋的形式进行处理，逐年堆放的工业锰渣已 对环境造成了严重污染，主要表现为锰渣中含有的大量氨氮、硫酸盐、重金属离子如镉、铅、 砷、铜、锌和锰等对渣场附近大气、地表/地下水源、土壤结构、生态环境等造成的污染与破 坏，已成为制约我国电解锰产业可持续发展的主要因素。因此，如何解决锰渣的无害化处理 和资源化利用已成了当地政府、社会和涉锰企业的一大难题。如果经过一定的处理和其他 混料添加，可以实现锰渣的有效回收与综合资源化利用，从而减少对环境的污染，产生良好 的经济效益和环境效益。目前，人们对锰渣的回收与资源化利用开展了广泛的研宄，如从锰 渣中提取金属锰、用作水泥缓凝剂、制备陶瓷砖、制作蜂窝型煤燃料、生产锰肥、生产釉或微 晶玻璃材料、用作建设材料或路基材料等。这些方法为锰渣的综合利用开辟了新思路，但仍 难以大规模利用，因此必须寻找新的锰渣综合利用途径。
[0003] 堇青石（2MgO? 2A1203 ? 5Si02)是一种硅酸盐矿物，具有较低的介电常数（e=4)、 近硅的低热膨胀系数、高的力学强度、良好的电绝缘性、高的化学稳定性和抗热震性、以及 与电极（Ag-Pd)间的良好匹配性，被广泛应用在窑具、电路板、绝缘体、整流罩、电容器、滤 波器和混频器、高频片感与电子封装材料等领域。此外，堇青石还具有良好的吸附性能，与 各种催化剂活性组分的匹配性能良好，以及孔壁薄、几何表面积大等特点，可用于制备多孔 材料如蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷，作为净化废气的理想催化剂载体和过滤装置，用于汽车尾气 净化、金属熔体过滤、超细粒子过滤、催化燃烧、热交换等化学加工过程。通常，堇青石可以 通过固相合成法、玻璃反玻化法、溶胶_凝胶法、水解_沉淀法等方式来制备。天然堇青 石很少，工业上采用人工合成方法制备堇青石，但合成堇青石仍是一项很困难的工作，这主 要是因为它的生成条件比较苛刻，其生成温度与分解温度接近，即烧成温度范围窄，在较低 温度下没有明显的堇青石生成，提高温度又会导致大量的玻璃相生成，从而降低制品的热 稳定性。
[0004] 锰渣的主要化学成份测定如下：（各成份含量％)
【主权项】
1. 一种利用锰渣制备堇青石陶瓷的方法，其特征是：以锰渣、滑石、工业氧化铝和石英 为原料，其中锰渣质量份数为15~25份，滑石质量份数为41~50份，工业氧化铝质量份 数为10~13份，石英质量份数为19~20份；将上述原料按比例混合均匀后添加微量的 5%PVA粘结剂在模具中压制成坯块，在箱式节能电阻炉中采用固相烧结法烧结出主晶相为 堇青石的复合陶瓷材料。
2. 如权利要求1所述的一种利用锰渣制备堇青石复合陶瓷的方法，其特征是：该制备 方法包括以下步骤： (1) 锰渣经捣碎、烘干、球磨处理后获得细度约40ym的粉料，与细度约44ym的滑石、 细度约40ym的工业氧化铝、细度为61ym的石英粉分别按15~25份、41~50份、10~ 13份和19~22份的质量份数混合，搅拌均匀形成混合物，并加入微量的5%PVA粘结剂混 合均匀； (2) 用钢质模具将混合物压制成? 50mX8mm圆块形和37mX6. 5mX6. 5mm长条形生还 体； (3) 将压制生坯块置于80°C的电热恒温箱中干燥3~4小时获得干燥坯块； (4) 将干燥坯块置于箱式节能电阻炉中在一定烧结温度下烧结形成产品，烧结温度为 1200~1240°C，烧结保温时间为2小时，升温速率为5°C/min,并在100°C、300°C、500°C、 700°C温度下保温30分钟和在800°C、900°C、1000°C、1100°C温度下保温1小时； (5) 待产品随炉冷却后取出，并进行相关性能的测试。
【专利摘要】本发明涉及陶瓷材料技术领域，公开了一种利用锰渣为原料来制备堇青石陶瓷材料的配制与制备方法。本发明所使用的原料为锰渣、滑石、工业氧化铝和石英，采用固相烧结法在1200～1240℃温度下烧结出强度优良的陶瓷材料。其具体制备方法：将锰渣、滑石、工业氧化铝和石英等四种粉料按一定比例均匀混合并添加微量PVA粘结剂，采用钢质模具将其压制成型，成型生坯干燥后放入箱式节能电阻炉中按一定升温程序在特定温度下烧结2小时，待烧结产品随炉冷却后取出，即得到以堇青石为主晶相的复合陶瓷产物。本发明具有一定的锰渣利用量，且工艺简单、无二次污染，具有能够有效利用锰渣而解决其环境污染和实现其回收再利用的优点，同时发明的产物是一种性能优良、用途广泛的主要含堇青石复合陶瓷材料。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-195
【公开号】CN104692784
【申请号】CN201510066245
【发明人】宋谋胜, 张 杰, 曾沛源, 吴念, 焦叶宏
【申请人】铜仁学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月7日