一種利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷及其制備方法，該發光陶瓷的原料組成為富鎂冶金鎳渣、氧化鋁、二氧化硅和氧化銪。本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，經自然光或其他光源短時間照射后，在人眼可視亮度范圍內，可以在黑暗中持續發光24小時；該發光陶瓷致密度較高，力學性能優異，抗壓強度可達到68MPa，抗彎強度可達到150MPa。可應用于公共設施應急標志、家居裝飾和建筑節能等領域。本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，該方法對富鎂冶金鎳渣的利用率高達60wt％，陶瓷的燒制溫度低至1150℃，不需要額外添加稀土發光材料，一次燒制成瓷，具有操作方便、鎳渣利用率高等優點。
【專利說明】
一種利用富鏌冶金鎳渣制備的發光陶瓷及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及無機非金屬功能陶瓷材料領域，具體而言，涉及一種利用富鎂冶金鎳 渣制備的發光陶瓷及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會和經濟的發展，污染物質種類和數量不斷增加，富鎂冶金鎳渣是一種冶 金工業廢渣，是指在鎳金屬冶煉過程中排放的一種工業廢渣，其年產量大，利用率不高，逐 年堆棄的廢渣不僅占用土地，對渣場周圍環境造成嚴重污染，同時又造成資源的浪費。我國 的鎳產量近幾年增長迅速且鎳渣產量巨大，2014年江蘇沿海的主要港區大豐、響水、連云港 等年產鎳及其合金產量已達80萬噸，同時產生鎳渣1000萬噸左右。傳統的建筑瓷磚原料多 為黏土、長石和石英等天然礦物，鎳渣中的主要成分是Ca0、Si0 2、Al203和MgO等，這些也是陶 瓷的主要化學組成，因此，鎳渣可以作為陶瓷制造的原料之一，目前利用富鎂冶金鎳渣制備 陶瓷的報道還較少，尤其是發光陶瓷。
[0003] 發光陶瓷是在陶瓷生產工藝中加入了稀土發光材料，在受到日光或燈光照射后， 夜間可持續發光的一種無機非金屬功能陶瓷，在公共設施應急標志、家居裝飾和建筑節能 等領域具有廣泛的應用。常用的發光陶瓷生產工藝有涂覆型和一次燒制成型兩種，涂覆型 發光陶瓷涂層容易脫落，化學穩定較差，而一次燒制成型的產品性能良好、具有市場競爭 力;然而，由于陶瓷制品的燒制溫度一般在1000 °c以上，而稀土發光材料一般不能承受這么 高溫度，因此常用的稀土發光材料均不能滿足一次燒制成型的需要。而且，很多利用固體廢 棄物制備的陶瓷材料，力學強度不高，影響其應用。有鑒于此，特提出本發明。
【發明內容】
[0004] 本發明的第一目的在于提供一種用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，以解決富鎂冶 金鎳渣固廢利用問題和發光陶瓷一次燒制成型技術中稀土發光材料耐高溫性能不足的缺 點，所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，經自然光或其他光源短時間照射后，在人眼 可視亮度范圍內，可以在黑暗中持續發光24小時，具有致密度較高、力學性能優異、抗壓強 度可達到68MPa、抗彎強度可達到150MPa等優點。
[0005] 本發明的第二目的在于提供一種所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制 備方法，該方法對富鎂冶金鎳渣的利用率高達60wt %，陶瓷的燒制溫度低至1150°C，不需要 額外添加稀土發光材料，一次燒制成瓷，具有操作方便、鎳渣利用率高等優點。
[0006] 為實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：
[0007] -種利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，以質量百分比計，由以下組分組成： 富鎂冶金鎳渣 51-60
[0008] 氧化鋁 15 20 二氧化硅 20-34
[0009] 氧化銪 0-5-2
[0010] 發光陶瓷的組成，是在陶瓷材料中加入發光離子，然后經過一次燒制成瓷，來制備 發光陶瓷。本發明使用的富鎂冶金鎳渣中，包括以質量百分數計的如下組份4 &2〇2-3wt%、Mg0 29-38wt%、Al2〇3 4-6wt%、Si〇2 48-52wt%、Ca0 l-2wt%和FeO 7-8wt%。
[0011] 優選的，所述的富鎂冶金鎳渣是金屬鎳和鎳合金冶煉過程中排放的固體廢渣。
[0012]此類的固體廢渣，主要成分是CaO、Si02、Al2〇3和MgO等。在發光陶瓷的制備中，均為 重要的組成成分。本發明中，富鎂冶金鎳渣的含量占整個組份質量的5l-60wt %，很好地起 到了工業固體廢棄物再利用的重要作用。
[0013] -種所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
[0014] (1)按照既定重量比例稱取原料富鎂冶金鎳渣、氧化鋁、二氧化硅和氧化銪，球磨 混合；
[0015] ⑵球磨后，烘干；
[0016] (3)加入粘結劑造粒，過篩；
[0017] (4)壓制成素坯；
[0018] (5)在一定溫度下燒結，降至室溫后即可制得發光陶瓷材料。
[0019] 優選的，所述球磨的轉速為350-500轉/分鐘，球磨的時間為3-5小時。
[0020]優選的，所述粘結劑為聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液的濃度為5_8wt%，聚乙 烯醇水溶液的加入量為7_9wt%。
[0021] 優選的，所述壓制成素坯的成型壓力為6-10MPa。
[0022] 優選的，所述的燒結是以升溫速率1.5-2Γ/分鐘升溫到400-500°C，并保溫1-2小 時，然后以升溫速率2-3°C/分鐘升溫到1150-1175°C，并保溫2-4小時，燒結完成后以3-5°C/ 分鐘的降溫速率降至室溫。
[0023] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0024] (1)本發明提供一種用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，經自然光或其他光源短時 間照射后，在人眼可視亮度范圍內，可以在黑暗中持續發光24小時。
[0025] (2)本發明提供一種用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，致密度較高，力學性能優 異，抗壓強度可達到68MPa，抗彎強度可達到150MPa。
[0026] (3)本發明提供一種所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，該方 法對富鎂冶金鎳渣的利用率高達60wt%，陶瓷的燒制溫度低至1150Γ，不需要額外添加稀 土發光材料，一次燒制成瓷，具有操作方便、鎳渣利用率高等優點。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。
[0028]圖1為實施例1所制備的產物的XRD圖譜；
[0029]圖2為實施例1所制備的產物的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0030] 下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會 理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。實施例中未注明具體 條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為 可以通過市售購買獲得的常規產品。
[0031] 本發明用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的4個具體實施例的原料組成如表1所示：
[0032] 表1實施例1-4中原料的具體組成及比例
[0033]
[0034] 實施例1
[0035] 本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，包括以下組分：富鎂冶金鎳渣 12 · 75g、Al2〇35g、Si〇27 · 25g 和 Eu2〇3〇 · 125g。
[0036] 該利用富鎂冶金鎳渣制備發光陶瓷的方法包括以下步驟：
[0037] (1)稱取 12 · 75g富鎂冶金鎳渣、5gAl2〇3、7 · 25gSi〇2和0 · 125gEu2〇3，球磨混合，球磨 的轉速為350轉/分鐘，球磨的時間為3小時；
[0038] (2)球磨后，烘干；
[0039] (3)加入5wt %的聚乙烯醇水溶液1 · 7 5g造粒，過篩；
[0040] (4)壓制成素坯，成型壓力為6MPa;
[0041 ] (5)以升溫速率1.5°C/分鐘升溫到400°C，并保溫1小時，然后以升溫速率2°C/分鐘 升溫到1150Γ，并保溫2小時，燒結完成后以3°C/分鐘的降溫速率降至室溫后即可制得發光 陶瓷材料。
[0042]對該發光陶瓷的測試結果如下：
[0043]將過程（5)中煅燒后的發光陶瓷用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分 析，如圖1所示，結果顯示發光陶瓷以原頑輝石相為主晶相；用掃描電子顯微鏡（SEM，JE0L-6310)進行微觀形貌分析，結果顯示發光陶瓷顯微結構較為致密，存在少量的孔洞；用熒光 光譜儀(PUFL3-221)進行發光性能測試，結果顯示發光陶瓷在紫外光激發下發出明亮的紅 光，余輝時間可長達20小時；用萬能試驗機進行力學性能測試，抗壓強度可達到60MPa，抗彎 強度可達到140MPa。
[0044] 實施例2
[0045] 本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，包括以下組分：富鎂冶金鎳渣 13.5g、Al2〇3 4.5g、Si〇2 7g和Eu2〇3 〇.25g。
[0046] 該利用富鎂冶金鎳渣制備發光陶瓷的方法包括以下步驟：
[0047] (1)稱取13.5g富鎂冶金鎳渣、4.5g Al2〇3、7g Si02和0.25g Eu2〇3,球磨混合，球磨 的轉速為400轉/分鐘，球磨的時間為4小時；
[0048] (2)球磨后，烘干；
[0049] (3)加入6wt %的聚乙烯醇水溶液2g造粒，過篩；
[0050] (4)壓制成素坯，成型壓力為8MPa;
[0051 ] (5)以升溫速率2°C/分鐘升溫到450°C，并保溫1.5小時，然后以升溫速率2.5°C/分 鐘升溫到1160Γ，并保溫3小時，燒結完成后以4°C/分鐘的降溫速率降至室溫后即可制得發 光陶瓷材料。
[0052]對該發光陶瓷的測試結果如下：
[0053]將過程（5)中煅燒后的發光陶瓷用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分 析，結果顯示發光陶瓷以原頑輝石相為主晶相；用掃描電子顯微鏡(SEMJE0L-6310)進行微 觀形貌分析，結果顯示發光陶瓷顯微結構較為致密，存在少量的孔洞；用熒光光譜儀(PL， FL3-221)進行發光性能測試，結果顯示發光陶瓷在紫外光激發下發出明亮的紅光，余輝時 間可長達24小時；用萬能試驗機進行力學性能測試，抗壓強度可達到63MPa，抗彎強度可達 到145MPa。
[0054] 實施例3
[0055] 本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，包括以下組分：富鎂冶金鎳渣 14.25g、Al2〇3 4g、Si〇2 6.75g和Eu2〇3 0.375g。
[0056] 該利用富鎂冶金鎳渣制備發光陶瓷的方法包括以下步驟：
[0057] (1)稱取 14.25g富鎂冶金鎳渣、4g Al2〇3、6.75g Si02和0.375g Eu2〇3,球磨混合，球 磨的轉速為450轉/分鐘，球磨的時間為5小時；
[0058] (2)球磨后，烘干；
[0059] (3)加入7wt %的聚乙烯醇水溶液2g造粒，過篩；
[0060] (4)壓制成素坯，成型壓力為9MPa;
[0061 ] (5)以升溫速率1.5°C/分鐘升溫到500°C，并保溫2小時，然后以升溫速率3°C/分鐘 升溫到1170Γ，并保溫4小時，燒結完成后以5°C/分鐘的降溫速率降至室溫后即可制得發光 陶瓷材料。
[0062]對該發光陶瓷的測試結果如下：
[0063]將過程（5)中煅燒后的發光陶瓷用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分 析，結果顯示發光陶瓷以原頑輝石相為主晶相；用掃描電子顯微鏡(SEMJE0L-6310)進行微 觀形貌分析，結果顯示發光陶瓷顯微結構較為致密，存在少量的孔洞；用熒光光譜儀(PL， FL3-221)進行發光性能測試，結果顯示發光陶瓷在紫外光激發下發出明亮的紅光，余輝時 間可長達18小時；用萬能試驗機進行力學性能測試，抗壓強度可達到65MPa，抗彎強度可達 到148MPa。
[0064] 實施例4
[0065] 本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，包括以下組分：富鎂冶金鎳渣 15g、Al2〇3 3.75g、Si〇2 6.25g和Eu2〇3 0.5g。
[0066] 該利用富鎂冶金鎳渣制備發光陶瓷的方法包括以下步驟：
[0067] (1)稱取15g富鎂冶金鎳渣、3.75g Al2〇3、6.25g Si02和0.5g Eu2〇3,球磨混合，球磨 的轉速為500轉/分鐘，球磨的時間為3小時；
[0068] (2)球磨后，烘干；
[0069] (3)加入8wt %的聚乙烯醇水溶液2 · 25g造粒，過篩；
[0070] (4)壓制成素坯，成型壓力為lOMPa;
[0071 ] (5)以升溫速率2°C/分鐘升溫到450°C，并保溫1小時，然后以升溫速率2.5°C/分鐘 升溫到1175Γ，并保溫4小時，燒結完成后以3°C/分鐘的降溫速率降至室溫后即可制得發光 陶瓷材料。
[0072]對該發光陶瓷的測試結果如下：
[0073]將過程（5)中煅燒后的發光陶瓷用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分 析，結果顯示發光陶瓷以原頑輝石相為主晶相；用掃描電子顯微鏡(SEMJE0L-6310)進行微 觀形貌分析，結果顯示發光陶瓷顯微結構較為致密，存在少量的孔洞；用熒光光譜儀(PL， FL3-221)進行發光性能測試，結果顯示發光陶瓷在紫外光激發下發出明亮的紅光，余輝時 間可長達20小時；用萬能試驗機進行力學性能測試，抗壓強度可達到68MPa，抗彎強度可達 到150MPa。
[0074] 綜上所述，本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，經自然光或其他光 源短時間照射后，在人眼可視亮度范圍內，可以在黑暗中持續發光24小時。該發光陶瓷致密 度較高，力學性能優異，抗壓強度可達到68MPa，抗彎強度可達到150MPa。本發明提供的利用 富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，該方法對富鎂冶金鎳渣的利用率高達60wt %， 陶瓷的燒制溫度低至1150°C，不需要額外添加稀土發光材料，一次燒制成瓷，具有操作方 便、鎳渣利用率高等優點。本發明提供的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷可應用于公共 設施應急標志、家居裝飾和建筑節能等領域。
[0075] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，其特征在于，以質量分數計，由以下組分組 成： 富鎂冶金鎳渣 51-60 氧化鋁 ]5-20 二氧化硅 20-34 氧化銪 0.5-2。2. 根據權利要求1所述的一種利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷，其特征在于，所述的 富鎂冶金鎳渣為金屬鎳和鎳合金冶煉過程中排放的固體廢渣，包括以質量百分數計的如下 組份：Na 2O 2-3wt%、Mg0 29-38wt%、Al2〇3 4-6wt%、Si〇2 48-52wt%、Ca0 l-2wt%和FeO 7-8wt% 〇3. 根據權利要求1-2任一項所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，其 特征在于，包括以下步驟： (1) 按照既定重量比例稱取原料富鎂冶金鎳渣、氧化鋁、二氧化硅和氧化銪，球磨混合； (2) 球磨后，烘干； (3) 加入粘結劑造粒，過篩； (4) 壓制成素坯； (5) 在一定溫度下燒結，降至室溫后即可制得發光陶瓷材料。4. 根據權利要求3所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，其特征在于， 在步驟(1)中，所述球磨的轉速為350-500轉/分鐘，球磨的時間為3-5小時。5. 根據權利要求3所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，其特征在于， 在步驟(3)中，所述粘結劑為聚乙烯醇水溶液，所述的聚乙烯醇水溶液的濃度為5-8wt%，聚 乙烯醇水溶液的加入量為7_9wt%。6. 根據權利要求3所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，其特征在于， 在步驟(4)中，所述壓制成素坯的成型壓力為6-10MPa。7. 根據權利要求3所述的利用富鎂冶金鎳渣制備的發光陶瓷的制備方法，其特征在于， 在步驟(5)中，所述的燒結是以升溫速率1.5-2°C/分鐘升溫到400-500°C，并保溫1-2小時， 然后以升溫速率2_3°C/分鐘升溫到1150-1175°(：，并保溫2-4小時，燒結完成后以3-5°(：/分 鐘的降溫速率降至室溫。
【文檔編號】C04B33/132GK105884329SQ201610222627
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】韓朋德, 師紅旗
【申請人】南京泰祺瑞新材料科技有限公司