一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，以红层泥岩、氧化铁为原料，外加矿化剂，经粗碎、配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，本发明以廉价的红层泥岩为主要原料，仅需要加入少量的Fe2O3化工原料，结合机械力化学法，制备出呈色良好的陶瓷硅铁红色料，与目前硅铁红色料的制备方法相比，具有工艺简便、对环境无污染、产率高、能耗少、成本较低、发色纯正等优点，因此具有广阔的市场前景。
【专利说明】—种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属材料(陶瓷)领域，具体涉及一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料。
【背景技术】
[0002]硅铁红色料是一种能在坯体中呈现鲜艳的类似于沙漠红色调且耐高温的陶瓷包裹色料，其主要化学成分SiO2在色料中起载体作用，类似于锆铁红色料中ZrSiO4晶体的作用。它以SiO2S包裹相，是利用SiO2微晶相和SiO2玻璃相对着色剂Fe2O3进行包裹从而起到高温稳定作用。而Fe2O3作为着色剂，是色料呈色的主要成分。天然硅铁红色料的主要成分是硅和铁，也含有少量的铝等。其呈色机理是:石英发生晶型转变时产生裂纹，高活性的发色铁离子向裂纹中扩散，同时在石英向P-石英二次晶型转变过程中被包裹而形成耐高温的发色晶体。硅铁红色料是一种用途广泛的坯用色料，它主要用于玻化砖坯体呈色，在坯料中加入4~9%，于1250°C以下烧成时，能够呈稳定、鲜艳的桃红色。目前，国内使用的硅铁红色料主要依赖于进口。由于天然原料含有其它杂质以及含铁量较低，故这种色料往往只能用于陶瓷坯料。
[0003]红层是指侏罗纪、白垩纪和第三纪沉积的一套紫红色、杂色的砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩建造，是陆相沉积为主的碎屑沉积岩层，多为软岩与硬岩相间，呈互层状产出，层间结合力弱。受区域构造影响，岩层扭曲褶皱强烈，多中高倾角，结构面发育，有泥化现象。红层在我国分布非常广泛，特别是四川盆地，是我国有名的“紫色盆地”，盆地及其边缘地区红层分布极为广泛，具有一定的代表性。在岩体力学、工程力学以及公路、水电等工程方面涉及红层泥岩的研究较多，未见其用作陶瓷材料的研究报道。
[0004]机械力化学又称力化学，机械化学，它是研究在给固体施加机械能量时固体形态、晶体结构等发生变化，并诱导`物理化学变化的一门学问。机械力化学过程一般通过高能球磨来实现，其超细粉碎不同于一般的物质细化过程，而是伴随有能量转化的机械力化学过程，具有工艺简单，成本低，易于工业化等优点。传统上，新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温(热能)或化学变化来实现的。机械能直接参与或引发了化学反应是一种新思路。机械力化学法的基本原理是利用机械能来诱导产生微裂纹、晶格崎变、表面能升高、反应能力增强，反应温度降低等，从而诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料。作为一种新技术，它具有明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能，是一种节能、高效的材料制备技术。它的研究必将推动新材料研究及相关学科的发展。就材料科学而言，机械力化学是一个有较宽广研究空间的领域。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料。
[0006]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:以红层泥岩、氧化铁为原料，外加矿化剂，经粗碎、配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，其中焙烧温度为1150°C、保温时间为2小时。
[0007]所述红层泥岩、氧化铁的质量百分比为96.2:3.8。
[0008]所述红层泥岩的化学组成的质量百分比为SiO2:40.89%、Al2O3:10.73%、Fe2O3:
8.81%、TiO2:1.12%、CaO:17.76%、MgO:2.05%、K2O:3.40%、Na2O:0.98%、1.L:14.26%。
[0009]所述矿化剂为硼砂、硼酸、NaF中的一种。
[0010]所述矿化剂的添加量为原料总质量的3%。
[0011]所述机械力化学球磨的工艺参数为:球磨子为直径I~5mm的氧化错磨球,球料的质量比为20~40:1，球磨机的转速为300~450转/分，球磨时间为10~30小时。
[0012]所述制得色料的色度值范围为L*:44~52、a*:24~29、b*:13~16。
[0013]所述过筛的筛网目数为180目。
[0014]机械力化学活化对本发明制备硅铁红色料作用原理为:
通过控制球磨工艺参数，经过长时间的机械力化学球磨，产生强烈的机械力化学作用，使得红层泥岩颗粒细化，比表面积增大，产生微裂纹，晶格缺陷增多，反应能力增强，使得红层泥岩中的矿物结合铁和SiO2的活性增大，在色料焙烧过程中，这种经活化的矿物结合铁极易与空气中的氧气发生反应，生成红色的C1-Fe2O3，此新生成的C1-Fe2O3具有高活性，进一步与红层泥岩中所含的SiO2反应，从而制得呈色良好的硅铁红色料。另外，红层泥岩中存在的Al、T1、Ca、K、Na等元素可促进硅铁红色料的生成。
[0015]本发明采用廉价的红层泥岩为主要原料，同时利用了红层泥岩中的矿物结合铁和氧化硅，仅需要加入少量的Fe2O3化工原料，结合机械力化学球磨工艺，制备出呈色良好的陶瓷硅铁红色料，与目前硅铁红色料的制备方法相比，具有工艺简便、对环境无污染、产率高、能耗少、成本较低、发色纯正等优点。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
配方:红层泥岩96.2%，氧化铁3.8%，外加3%的硼砂作为矿化剂
(1)对红层泥岩进行粗碎，过180目筛；
(2)按照配方称量配料，干法混匀，过180目筛；
(3)球子为直径5mm的氧化锆球，球料质量比为20:1，球磨机的转速为300转/分，用高能球磨机干法球磨10小时；
(4)取出(3)所得粉料，装入刚玉坩埚，放入电炉内焙烧，初始温度为室温，6小时升温至1150°C，保温2小时，自然冷却即得到粉末状色料产品。
[0017]实施例2
配方:红层泥岩96.2%，氧化铁3.8%，外加3%的硼酸作为矿化剂
(1)对红层泥岩进行粗碎，过180目筛；
(2)按照配方称量配料，干法混匀，过180目筛；
(3)球子为直径3mm的氧化锆球，球料质量比为30:1，球磨机的转速为400转/分，用高能球磨机干法球磨20小时；
(4)取出(3)所得粉料，装入刚玉坩埚，放入电炉内焙烧，初始温度为室温，6小时升温至1150°C，保温2小时，自然冷却即得到粉末状色料产品。
[0018]实施例3
配方:红层泥岩96.2%，氧化铁3.8%，外加3%的NaF作为矿化剂
(1)对红层泥岩进行粗碎，过180目筛；
(2)按照配方称量配料，干法混匀，过180目筛；
(3)球子为直径Imm的氧化锆球，球料质量比为40:1，球磨机的转速为450转/分，用高能球磨机干法球磨30小时；
(4)取出(3)所得粉料，装入刚玉坩埚，放入电炉内焙烧，初始温度为室温，6小时升温至1150°C，保温2小时，自然冷却即得到粉末状色料产品。
[0019]对实施例1~3制备的陶瓷硅铁红色料进行色度值检测结果见下表:
【权利要求】
1.一种以红层泥岩为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:以红层泥岩、氧化铁为原料，外加矿化剂，经粗碎、配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，其中焙烧温度为1150°c、保温时间为2小时。
2.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述红层泥岩、氧化铁的质量百分比为96.2:3.8。
3.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述红层泥岩的化学组成的质量百分比为 SiO2:40.89%、Al2O3:10.73%、Fe2O3:8.81%、TiO2:1.12%、CaO:17.76%、MgO:2.05%、K2O:3.40%、Na2O:0.98%、1.L:14.26%。
4.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述矿化剂为硼砂、硼酸、NaF中的一种。
5.根据权利要求4所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述矿化剂的添加量为原料总质量的3%。
6.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述机械力化学球磨的工艺参数为:球磨子为直径1~5mm的氧化错磨球,球料的质量比为20~40:1,球磨机的转速为300~450转/分，球磨时间为10~30小时。
7.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述制得色料的色度值范围为 L*:44 ~52、a*:24 ~29、b*: 13 ~16。
8.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于:所述过筛的筛网目数为180目。
【文档编号】C04B41/85GK103755387SQ201410034725
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】卢希龙, 曹春娥 申请人:景德镇陶瓷学院