高發射率紅外節能復相陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于陶瓷材料制備技術領域，特別設及高發射率紅外節能復相陶瓷材料及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鐵尾礦是選礦后的廢棄物，是工業固體廢棄物的主要組成部分。隨著鋼鐵工業的 迅速發展，鐵尾礦的開采量不斷增加，選礦廠排出的尾礦越來越多。據不完全統計，全世界 每年排出的尾礦及廢石在100億tW上。我國現有8000多個國營礦山和11萬多個鄉鎮集 體礦山，堆存的尾礦量近50億t，年排出尾礦量高達5億tW上，其中黑色冶金礦山年排放 尾礦量達1. 5億t。鐵尾礦的堆積不僅占用了大量±地，也給人類生活環境帶來了嚴重污染 和危害，還要投入大量環境的治理和維護費用。而進行尾礦資源的綜合回收與利用，不僅可 W充分利用礦產資源，擴大礦產資源利用范圍，延長礦山服務年限；也是治理污染、保護生 態的重要手段；還可W節省大量的±地和資金，解決就業難題，造福人類。而目前，我國的尾 礦綜合利用率只有7%，堆存的鐵尾礦量高達十幾億噸，占全部尾礦堆存總量的近1/3,運 些尾礦已被廣泛應用于生產建筑材料、制砂等方面。因此，從鐵尾礦資源利用的實際出發， 大力開展鐵尾礦資源的綜合利用技術，實現鐵尾礦的有效回收與綜合資源化利用，減少對 環境的污染，具有十分重要的經濟和社會價值。
[0003] 膨潤±是一種W蒙脫石為主要礦物成分的片層結構的非金屬礦產，屬單斜晶系， 主要成分是蒙脫石，其層間的陽離子易被交換，具有很大的離子交換容量，根據蒙脫石層間 可交換陽離子種類、含量將膨潤±劃分為鋼基膨潤±、巧基膨潤±、儀基膨潤±和侶（氨） 基膨潤±，其中巧基者多。膨潤±具有多種優異性能如膨脹性、吸附性、陽離子交換性、懸浮 性、可塑性、粘結性和分散性等。中國膨潤±預測資源量在80億t W上，居世界首位，占世 界總量的60%，價格低廉。
[0004] 紅外福射陶瓷是應用廣泛的一類特殊的陶瓷材料，它是能夠福射出遠波長的紅外 線光波材料。而遠紅外線作為一種電磁波，存在著強烈的熱福射效應，能夠促進物質結構內 部的熱運動。它被廣泛地用于熱量的傳遞方式或者作為熱源使用，與其他形式的熱源比較， 運種熱源具有加熱快、節約燃料、質量好等獨特性能，從而受到人們的廣泛重視。通過研究 發現，對于8~12ym波長范圍的遠紅外線，人體極其敏感，因為該波段的遠紅外線被人體 吸收后能夠激發人體細胞組織的活力，改善微循環，提高免疫力等，對人體具有保健作用， 并對關節炎、腫銷炎、骨折后遺癥、腹痛等多種疾病具有良好的治療效果。隨著科學技術的 發展，紅外福射材料越來越受到人們的重視。目前研究的最為普遍的紅外福射陶瓷材料為 堇青石（Mg2Al4Si成18)陶瓷材料，因其紅外福射率較高，熱膨脹系數較低，分解溫度較高，同 時具有良好的抗熱震性，比較穩定的物理化學性能，較高的介電常數和良好的耐高溫等特 征，廣泛應用于人體健康、運動康復、空氣凈化、節約燃料等諸多領域，其市場需求量大，受 到人們的廣泛關注。然而，由于純堇青石陶瓷燒結范圍窄，僅25°C，僅在其烙點（145(rC)非 常窄的范圍內才能燒結，用傳統方法如不采用偏離堇青石組成或添加燒結助劑，很難獲得 致密的純相堇青石陶瓷；另外，目前大多數的研究均是采用傳統的原料組成即高嶺±-滑 石-氧化侶、或者是用化學純的系列氧化物制備堇青石，不僅生產成本高，且燒成溫度也較 高（一般為1350~1400°C)，因而極大地限制了堇青石紅外陶瓷的產量和優良性能的發 揮。 陽0化]莫來石是由一系列侶娃酸鹽組成的礦物統稱，莫來石是Al2〇3-Si〇2系中唯一穩定 的二元化合物3Al2〇3 ? 2Si化，屬于斜方晶系，成柱狀或針狀晶體。無色，含雜質時帶玫瑰紅 色或藍色。運一類礦物比較稀少，但它是粘±磚、高侶磚和瓷器等的主要組分。因此目前市 場上的莫來石大都是人工合成的居多。它是在般燒粘±、高侶質原料（如藍晶石、紅柱石、 娃線石）和陶瓷時生成的，可用電烙法制得，烙融溫度約1910°C，純莫來石制備溫度很高、 消耗能源多。
[0006] 儀侶尖晶石是儀侶氧化物組成的礦物，其化學式為MgAl2〇4,儀侶尖晶石是烙點、熱 膨脹、硬度等性能都較優良的材料，其熱膨脹系數小，介電常數低，且具有良好的紅外福射 性能和電絕緣性能。
[0007] 將堇青石、莫來石、尖晶石相復合來制備紅外節能復相陶瓷紅外材料，其制備工藝 簡單，燒結溫度大大降低，且溫度范圍容易控制，能擴展紅外陶瓷的種類范圍，極大地提高 了紅外節能福射陶瓷的產量。
[0008] 近年來，隨著高嶺±等陶瓷原料資源逐漸短缺，利用工業廢渣或其他原料替代高 成本稀缺原料制備高性能紅外節能陶瓷材料已成為當今的發展趨勢。運不僅有利于環境 保護，符合國家的發展戰略要求，同時也是新型環保陶瓷材料的發展方向，符合我國建立資 源、能源節約型社會的迫切要求。工業廢渣鐵尾礦和膨潤±礦粉來源豐富，價格低廉，利用 鐵尾礦和膨潤±礦粉結合來制備紅外福射陶瓷材料，不僅大大降低了生產成本、避免緊缺 陶瓷原料資源的匿乏，而且能充分利用±地資源，對紅外陶瓷材料的發展W及環境保護均 有著重要的實際價值。
【發明內容】
[0009] 發明目的：本發明的目的在于提供高發射率紅外節能復相陶瓷材料，性能優良，應 用廣泛；本發明的另一目的在于提供該材料的制備方法，該方法充分利用鐵尾礦和膨潤±， 無二次污染，能實現工業廢棄物的資源化利用。 陽010] 技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：
[0011] 高發射率紅外節能復相陶瓷材料，其包括W下重量份的原料：鐵尾礦粉5~30份、 氧化侶粉10~18份和氧化儀粉4~7份。
[0012] 所述的原料還包括5~10重量份的膨潤±粉。
[0013] 所述的鐵尾礦粉的粒度不大于30ym。
[0014] 所述的膨潤±粉的粒度不大于40ym。
[0015] 高發射率紅外節能復相陶瓷材料在1~22ym波段的紅外發射率均>0. 88,3~ 5ym波段的紅外發射率均>0. 75,室溫~1000°C的平均熱膨脹系數為3. 74X10V°C~ 6. 57X10V°C，吸水率<6%，體積密度為2. 653 ~3. 334g/cm3。
[0016]制備高發射率紅外節能復相陶瓷材料的方法，包含W下步驟：
[0017] 1)混料：按比例將原料進行混合； 陽0化]。球磨：將步驟1)中混合料置于球磨罐中，加入瑪瑤球，料球比為1:20~1:15， 并加入干粉料總質量的6%~8%的無水乙醇調節使混合料成稀泥狀，再放在行星球磨機 上W300~5(K)r/min的轉速球磨6~化，每磨比，機器停20min冷卻；
[0019] 3)水洗：球磨結束后，將球磨罐中的原料倒入燒杯中，并用蒸饋水洗球磨罐和球5 遍，清洗液也倒進燒杯中；
[0020] 4)烘干：將3)中水洗的濕料子放入烘箱中烘干，得到烘干的原料；
[OOWW造粒：將烘干的原料取出，倒入研鉢中，并加入PVA溶液進行研磨、造粒，得到粒 料；
[0022] 6)壓制成型：取粒料lOg，倒入磨具，搖勻，蓋上蓋子，再將磨具放入壓片機壓片， 壓力5~10MPa，5~lOmin后脫模取出樣片巧體；
[002引 7)燒制：將樣片巧體置于高溫爐中進行燒制，先升溫到700~800°C保溫1~化 充分排膠，再繼續升溫至1240~1360°C后，保溫時間為1~地，整個過程的升溫速率為5~ 10°C/min;隨爐冷卻后取出，即獲得所述高發射率紅外節能復相陶瓷材料。
[0024] 步驟2)中，所述的無水乙醇的質量濃度為98%。 陽0巧]步驟4)中，所述的烘箱溫度在60~80°C，烘干時間3化~72h。 陽0%] 步驟5)中，所述的PVA溶液的質量濃度為4 % -6 %。
[0027] 步驟5)中，所述的烘干的原料與PVA溶液的質量比為15:1~20:1，研磨時間為 10 ~20min。
[0028] 發明原理：原料鐵尾礦中氧化鐵的含量較高，運對于提高紅外發射率起了重要的 作用。堇青石的化學式為2MgO? 2Al2〇3 ? 5Si〇2,有兩種同素異形體，即低溫堇青石和高溫堇 青石。高溫堇青石又叫印度石，屬六方晶系，空間群為
[0029] P6/mcc;低溫堇青石即為人們通常所說的堇青石，屬斜方晶系，空間群為Cccm。堇 青石基本構造單元為娃氧四面體和侶氧四面體相互關聯組成的六方環，六方環沿C軸排 列，上下兩個環錯動排列，環與環之間由A13嘴Mg2+形成的多面體連接，為了保持電價平衡， 要求平均每一個六方環結構單元中，有一個娃氧四面體被侶氧四面體所取代，也就是六方 環中存在Al3+代Si4+，環中屯、平行于C軸方向上形成的通道內具有較大的空間。因此，堇青 石屬結構不緊密晶體，其內部離子振動易出現非對稱性。
[0030]當堇青石類陶瓷材料組分中存在一些過渡元素氧化物如氧化鐵、氧化鐵等，堇青 石的運種不緊密結構組分易被類似的運些過渡族元素所替代，出現晶格崎變，離子振動對 稱性進一步降低，從而導致堇青石基材料具有較高的紅外福射率。所W鐵尾礦中氧化鐵的 存在，能夠大大提高紅外發射率，無需人為額外再添加純的氧化鐵助劑。
[0031] 膨潤±粉被加入組分中，主要是由于膨潤±能吸收自重5倍W上的水分，體積也 膨脹為原來的15倍W上，因此在造粒和成型的工序中，可抑制原料的下沉造成的成分不均 勻性，并進入原料的基本粒子間擴展空