利用低质原料生产高品质中铝瓷球的工艺方法

摘要

本发明公开了利用低质铝矾土熟料来生产高品质中铝瓷球的工艺方法：先对主要原料—低质铝矾土熟料进行水洗、挑选去除杂质，将去杂后的低质铝矾土熟料、水铝石、粘土和高效熔剂组份以及稀释剂按重量比例加入球磨机中，加适量水进行两次球磨，先进行一次粗磨并过400目筛，再进行二次细磨并过600目筛，制成浆料经湿洗除铁后，喷雾造粒均化制成泥坯，再经模具干压分级成型后烘干制成半成品瓷球，将半成品瓷球装入窑炉中，在1340℃温度以下保温烧制而成。本发明可缩短球磨时间，节约能源，降低成本，能大量使用低质原料，拓宽了选材范围，并能生产出强度高、耐磨性好、使用效果并与现有中铝瓷球相媲美的高品质中铝瓷球，可降低10-15%的生产成本，达到节能高效，有利于经济健康发展。

说明书

技术领域

本发明涉及瓷球的生产工艺方法，尤其是涉及中铝瓷球的生产工艺方法。

背景技术

众所周知，含铝瓷球的种类很多，有普通含铝瓷球、中铝瓷球、高铝瓷球、活性氧化铝瓷球、惰性氧化铝瓷球等，它们不仅具有较好的强度、耐磨性、耐酸碱和腐蚀，而且无毒、无味并具有净化、吸附、催化保护和干燥作用，可用于化工、石化、化肥、制药、冶炼、建材、燃气和环保等行业，用途非常广泛。随着瓷球含铝量的增大，中铝瓷球、活性氧化铝瓷和高铝瓷球具有的强度更高、耐磨性更好、密度更大的特点，使用效果也相当明显，因此它们在上述行业中已得到了很好的普及应用，中铝瓷球、活性氧化铝瓷球和高铝瓷球的需求量也就越来越大，其中高品质的中铝瓷球和高铝瓷球的需求量又占大部份。中铝瓷球Al₂O₃含量一般为60-70%，高铝瓷球Al₂O₃含量一般为90%以上，而高品质的中铝瓷球Al₂O₃含量在65%以上。目前由于中铝瓷球和高铝瓷球中含Al₂O₃量高，生产厂家大都采用Al₂O₃含量在75-80%的高铝矾土熟料作为主要原料来制取中铝瓷球和高铝瓷球，随着中铝瓷球和高铝瓷球需求量日益增大，用于制取中铝瓷球和高铝瓷球的原料—高铝矾土熟料、特别是高品质的高铝矾土熟料越来越稀缺，造成高铝矾土熟料供应紧缺，价格也一路攀升，不仅使高铝瓷球的生产需求量受到限制，而且使中铝瓷球的生产需求量也受到了较大的影响。作为国内铝矾土熟料的主要产地—河南和贵州，含Al₂O₃75-80%的高铝矾土熟料产量越来越少，而Al₂O₃含量在65-70%、Fe₂O₃含量在2-2.4%、Ti0₂含量在3-3.4%的低质的铝矾土熟料产量却较多，而含量在Al₂O₃ 71％—75％的中品铝矾土也偏少，由于低质铝矾土熟料中Al₂O₃含量偏低、Fe₂O₃含量和Ti0₂含量偏高，用低质铝矾土熟料为主要原料采用现有中铝瓷球制造工艺方法无法达到高铝瓷球性能，与中铝瓷球、特别高品质的中铝瓷的性能相比也相差较大，烧成时温度难以控制，由此造成企业生产困难，产品质量波动大，不仅增加了企业的生产成本，而且还影响产品的使用效果。

发明内容

针对上述现有技术中采用低质铝矾土熟料为主要原料和采用现有工艺方法生产的中铝瓷球性能下降的问题，本发明提出了一种利用低质铝矾土熟料为主要原料生产出高品质中铝瓷球的工艺方法。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述利用低质铝矾土熟料来生产高品质中铝瓷球的工艺方法是：

1、先对主要原料—低质铝矾土熟料进行水洗、挑选去除杂质，

2、将去杂后的低质铝矾土熟料、水铝石、粘土、高效熔剂以及稀释剂按重量比例加入球磨机中，加适量水进行两次球磨，先进行一次粗磨并过400目筛，再进行二次细磨并过600目筛，制成浆料，

3、浆料经湿洗除铁后，喷雾造粒均化制成泥坯，

4、泥坯经模具干压分级成型后烘干制成半成品瓷球，

5、将半成品瓷球装入窑炉中，在1340℃温度以下保温烧制而成。

所述各组份重量百分比为：低质铝矾土熟料50-75%、水铝石15-40%、高岭土为3-6%、高效熔剂为2-4%。

所述低质铝矾土熟料主要成份：Al₂O₃ 64.5％—68％、 Fe₂O₃  2.2％—2.5％、Ti0₂ 3.2％—3.4％、 K₂O 1.2％—1.7％；水铝石:主要成份：Al₂O₃ 60％—62％、 Fe₂O₃  1.5％—1.8％、Ti0₂ 2.0％—2.2％ 、K₂O 2.5％—2.8％；

粘土最好为高岭土：其主要成份: Al₂O₃ 3.5％—37％ 、Fe₂O₃  1.2％—1.5％；

所述高效熔剂为BaCO₃或/和白云石固体粉末、细度均在250目以上；

所述稀释剂为三聚磷酸钠固体粉末。

为进一步提高中铝瓷球的性能，在上述生产高品质中铝瓷球的原料中加入少量中品铝矾土熟料，所述中品铝矾土熟料主要成份：Al₂O₃ 71％—75％ Fe₂O₃  1.8％—2.0％、Ti0₂ 2.8％—3.0％ 、K₂O 1.2％—1.3％。

本发明所述工艺方法所生产的高品质中铝瓷球的化学成份重量比是：Al₂O₃≥65%、Fe₂O₃＜1.5%、Ti0₂＜2.8%、MgO＋CaO＜1.5%、K₂O＋Na₂O＜2.3%。

本发明所述工艺方法所生产的高品质中铝瓷球的各项性能指标是：

比重（g/cm3）:≥3，  吸水率：＜0.3%， 磨耗（‰）：＜0.4，

莫氏硬度；≥7，     抗压强度（MPa）：≥15，  空隙率（%）：≥40%。

本发明在精心管理严格要求和合理控制下，生产出来的中铝瓷球，主要成份含量在：Al₂O₃ ＞65％  Fe₂O₃＜1.2％  Ti0₂＜2.0％、 K₂O＋Na₂O： 2.0%—2.2％、比重在3.0～3.05之间，磨耗0.3％左右。

本发明所述中铝瓷球主要晶相为刚玉和莫来石相，刚玉和莫来石相是影响中铝瓷球比重和耐用磨性的关键因素，当制造高品质中铝瓷球的主要原料-铝矾土熟料中的主要成份Al₂O₃的含量偏低（一般偏低5-10%），而Fe₂O₃含量和Ti0₂含量偏高时，如果采取增加铝矾土熟料的含量来提高Al₂O₃的含量，对烧结性能和成型性能都会产生不利影响，同时也增加了企业的产生成本。本发明通过制造工艺方法上入手，通过调整工艺方法使用低质原料在生产高品质中铝瓷球的过程中晶粒不断细化到微晶状态，并配合高效溶剂形成微晶浆料，大大提高了其流动性，一方面使微晶浆料更细更均匀，烧结后更加致密牢固，增大了比重，增加了硬度和强度，提高了耐磨性；二方面由于流动性的提高，更有利于去除Fe₂O₃含量和Ti0₂等各种杂质。本发明还通过调整烧结温度，采用低于现有中铝 铝球烧线温度30℃以上和温度进行烧结。

本发明通过加入BaCO₃或/和白云石等高效溶剂使形成的浆料具有很好的烧结性能，适应较宽的和较低的烧结温度。

本发明的生产工艺流程及工艺控制过程要求

工艺流程：原料分类堆放—矾土熟料水洗—原料破碎—配料加磨—湿洗球磨—浆料测试—放浆过筛—湿洗除铁—喷雾造粒—粉料均化—干压成型—进窑烧成—选瓷分级。

工艺控制过程要求：

①     原料破碎后颗粒平均直径保持在1-3毫米，

②球磨浆料细度控制在600筛余0.3％-0.5％之间，浆料水份保持35％-37％，

③喷雾造粒颗粒度保持，40目筛余 5％-10％、60目筛余30％-35％、 80目筛余 35％-40％ 、100目筛余 5％-10％ 、粉料水份保持在1.0％—1.5％，

④   干压成型压机压力保试低于30MPa，保试坯体致密性，

⑤     烧成温度最好控制在1280℃-1300℃间，烧成周期33-36小时，其中高火保温5-8小时，保试产品达到最佳凝化效果。

本发明所述利用低质的铝矾土熟料为主要原料来生产高品质的中铝瓷球的工艺方法与现有技术中的中铝瓷球相比具有以下优点：

1、可缩短球磨时间，节约能源，降低成本，

2、能大量使用低质原料，拓宽了选材范围，并能生产出强度高、耐磨性好、使用效果并与现有中铝瓷球相媲美的高品质中铝瓷球，确保用户需求，

3、可降低10-15%的生产成本，达到节能高效，有利于经济健康可持续发展。

具体实施方式

实施例1、按重量比75％低质铝矾土熟料、18％水铝石、3％高岭土、2％BaCO₃ 、2％白云石和外加上述五种原料总重的0.3％三聚磷酸钠进行配料，先对主要原料—低质铝矾土熟料进行水洗、挑选去除杂质，将去杂后的低质铝矾土熟料、水铝石、粘土、BaCO₃ 、白云石以及三聚磷酸钠按重量比例加入球磨机中，加适量水进行两次球磨，先进行一次粗磨并过400目筛，而后再进行二次细磨并过600目筛，制成浆料，使浆料细度控制在600筛余0.3％-0.5％之间，浆料水份保持35％-37％，将浆料入池湿洗除铁，分级喷雾造粒均化制成泥坯，泥坯经模具干压成型后烘干制成半成品瓷球，将半成品瓷球装入窑炉中，在1280-1300℃温度下保温5-8小时烧制而成。

本实施例1所述的高品质中铝瓷球化学成份为：

Al₂O₃:65.8％、Fe₂O₃:1.15％、Ti0₂:1.87％、 K₂O＋NaO₂ ：2.07％，

本实施例1发明所述工艺方法所生产的高品质中铝瓷球的各项性能指标是：

比重（g/cm3）:3.03，  吸水率（%）：0.19， 磨耗（‰）：0.32，

莫氏硬度；9， 抗压强度（MPa）：15.7，  空隙率（%）：44%。

实施例2，按重量比为50％低质铝矾土熟料、40％水铝石、6％高岭土、4％BaCO₃和外加上述四种原料的0.3％三聚磷酸钠和5％中品铝矾土熟料 、进行配料，先对主要原料—低质铝矾土熟料进行水洗、挑选去除杂质，将去杂后的低质铝矾土熟料、水铝石、粘土、BaCO₃以及外加的三聚磷酸钠和中品铝矾土熟料按重量比例加入球磨机中，加适量水进行两次球磨，先进行一次粗磨并过400目筛，而后再进行二次细磨并过600目筛，制成浆料，使浆料细度控制在600筛余0.3％-0.5％之间，浆料水份保持35％-37％，将浆料入池湿洗除铁，分级喷雾造粒均化制成泥坯，泥坯经模具干压成型后烘干制成半成品瓷球，将半成品瓷球装入窑炉中，在1280-1300℃温度下保温5-8小时烧制而成。

本实施例2所述的高品质中铝瓷球化学成份为：

Al₂O₃:68.8％、Fe₂O₃:1.06％、Ti0₂:1.75％、 K₂O＋Na₂O ：2.15％，

本实施例2发明所述工艺方法所生产的高品质中铝瓷球的各项性能指标是：

比重（g/cm3）:3.035，  吸水率（%）：0.23， 磨耗（‰）：0.31，

莫氏硬度；8.5， 抗压强度（MPa）：16.5，  空隙率（%）：47%。

实施例3，按重量比为65％低质铝矾土熟料、30％水铝石、3％高岭土、2％白云石和外加上述四种原料的0.3％三聚磷酸钠和10％中品铝矾土熟料进行配料，先对主要原料—低质铝矾土熟料进行水洗、挑选去除杂质，将去杂后的低质铝矾土熟料、水铝石、粘土、BaCO₃以及外加的三聚磷酸钠和中品铝矾土熟料按重量比例加入球磨机中，加适量水进行两次球磨，先进行一次粗磨并过400目筛，而后再进行二次细磨并过600目筛，制成浆料，使浆料细度控制在600筛余0.3％-0.5％之间，浆料水份保持35％-37％，将浆料入池湿洗除铁，分级喷雾造粒均化制成泥坯，泥坯经模具干压成型后烘干制成半成品瓷球，将半成品瓷球装入窑炉中，在1280-1300℃温度下保温5-8小时烧制而成。

本实施例3所述的高品质中铝瓷球化学成份为：

Al₂O₃:67.2％、Fe₂O₃:1.13％、Ti0₂:1.89％、 K₂O＋Na₂ O：2.13%，

本实施例3发明所述工艺方法所生产的高品质中铝瓷球的各项性能指标是：

比重（g/cm3）:3.026, 吸水率（%）：0.25，  磨耗（‰）：0.29

莫氏硬度；9.3， 抗压强度（MPa）：17.5，  空隙率（%）：50.2%。