一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；将分离得到的残渣经浮选得硫化物；将硫化物加工制得硫酸；将分离得到的溶液制备高纯氧化铝细粉；将高纯氧化铝细粉与聚氨酯、甲基纤维素、聚羟基乙酸、二氧化钛、氧化钠、聚丙烯酰胺、磷酸四钙和聚丙烯纤维经湿磨、干燥、筛选得混合粉末；将混合粉末冷压成型；烧结得氧化铝生物陶瓷材料。本发明专利技术具有制酸和制备氧化铝生物陶瓷材料成本低，废渣利用率高，工艺简单，制备氧化铝生物陶瓷材料耐磨损性能好、品质高、使用寿命长的特点。

A process for CO production of alumina bioceramic with acid

The invention provides a process for producing alumina bioceramics with acid production, including the following steps: making raw materials from phosphogypsum, red mud, additives and modifiers, and baking them in a kiln to produce clinker; dissolving the clinker and separating the separated residue into sulfides by solid-liquid separation; and preparing sulfide by flotation; Sulfuric acid was prepared from sulfide, high purity alumina powder was prepared from the separated solution, and mixed powder was obtained by wet milling, drying and screening of high purity alumina powder with polyurethane, methylcellulose, polyglycolic acid, titanium dioxide, sodium oxide, polyacrylamide, tetracalcium phosphate and polypropylene fiber. Sintering and alumina bioceramic materials. The present invention has the advantages of low cost, high utilization rate of waste residue, simple process, good wear resistance, high quality and long service life.

【技术实现步骤摘要】
一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺
本专利技术涉及一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，属于冶金化工领域。
技术介绍
氧化铝生物陶瓷材料是一类暴露于生物环境中几乎不发生化学变化的惰性生物陶瓷，它在体内能耐氧化、耐腐蚀，不降解，不变性，也不参与体内代谢过程，不与骨组织产生化学结合，而是被纤维结缔组织膜所包围，形成纤维骨性结合界面。从材料结构上看，此类材料比较稳定，分子中的化学结合力比较强，具有较强的机械强度和耐磨损性。但是在现有氧化铝生物陶瓷材料生产中，大多是采用高纯氧化铝粉和其它原料加工制备得到，而现有高纯氧化铝粉的制作工艺复杂、生产成本高，导致高纯氧化铝粉价格贵，大大的增加了氧化铝生物陶瓷材料生产成本。磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙（CaSO4），其含量一般可达到70-90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。因其富含铁，呈赤红色泥浆状而得名。每生产1吨氧化铝，大约产生赤泥1.0-2.0吨。我国赤泥的年产生量约为1.0亿吨，累计堆存量约为5亿吨。现目前，针对磷石膏和赤泥的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和赤泥中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。而将磷石膏和赤泥综合利用来制酸，同时联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，未见报道。专利技术目的本专利技术的目的在于，提供一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺。本专利技术具有制酸和制备氧化铝生物陶瓷材料成本低，废渣利用率高，工艺简单，制备氧化铝生物陶瓷材料耐磨损性能好、品质高、使用寿命长的特点。本专利技术的技术方案一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，包括如下步骤：A、将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4-6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；D、将步骤C分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3-4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉，将高纯氧化铝粉经粉碎得高纯氧化铝细粉；G、将步骤F制得的高纯氧化铝细粉与聚氨酯、甲基纤维素、聚羟基乙酸、二氧化钛、氧化钠、聚丙烯酰胺、磷酸四钙和聚丙烯纤维在乙醇中湿磨20-24h，在温度为90-100℃下真空干燥10-12h，筛选得混合粉末；H、将步骤G中制得的混合粉末经冷压成型；在1200-1500℃烧结1.5-2.5h得氧化铝生物陶瓷材料。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤A中，所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和赤泥按照1:1-2重量比的比例混合，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤E中，所述氧化钙的用量为7-12g/L；其中将步骤B分离得到的溶液加入分析纯氧化钙恒温搅拌时的温度为80-90℃，搅拌时间为1.5-2h。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤F中，所述盐酸的浓度为40-60g/L，温度为40-60℃。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤F中，所述高纯氢氧化铝焙烧的焙烧温度为400-550℃，焙烧时间为2-3h，所得高纯氧化铝细粉的粒径为70-100μm。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤G中，按重量份计，所述混合粉末包含高纯氧化铝细粉150-200份、聚氨酯30-60份、甲基纤维素30-50份、聚羟基乙酸40-60份、二氧化钛50-70份、氧化钠30-50份、聚丙烯酰胺60-80份、磷酸四钙40-70份和聚丙烯纤维10-30份。前述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺中，步骤H中,所述冷压成型的压力为280-300MPa。本专利技术通过将磷石膏和赤泥反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：CaSO4（磷石膏）+Na2O·SiO2·Al2O3（赤泥）→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[硫]从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与赤泥中的SiO2生成原硅酸钙（CaO·SiO2↓）后，得到可溶性极好的铝酸钠（Na2O·Al2O3）。反应式中的[硫]，是指通过生料加添加剂和改性剂工艺，生成的金属硫化物；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到金属硫化物。有益效果1、本专利技术通过利用磷石膏和赤泥作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，通过回收的铝酸钠制备高纯氧化铝细粉，将高纯氧化铝细粉与其它原料制备氧化铝生物陶瓷材料，由于整个工艺中主要以磷石膏和赤泥为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了制酸和氧化铝生物陶瓷材料的成本投入。还大大增加了磷石膏和赤泥废渣的利用率，为缓解磷石膏和赤泥对环境的污染具有重要的贡献。2、本专利技术将工艺中的固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，制酸的成本低，制酸工艺简单。3、本专利技术通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于制备高纯氧化铝细粉，将高纯氧化铝细粉与其它原料制备氧化铝生物陶瓷材料，氧化铝生物陶瓷材料耐磨损性能好、品质高、使用寿命长，氧化铝生物陶瓷材料成本低。为进一步证明本专利技术的效果，专利技术人做了如下观察记录。1、氧化铝生物陶瓷材料的使用情况专利技术人将以下五组实施例中氧化铝生物陶瓷材料产品用于骨头置换患者，放射线观察五年后的磨损率，观察结果表见表1：以上骨头置换患者在五年中并无排斥及其它不良反应，且通过以上观察结果表分析得本专利技术氧化铝生物陶瓷材料的磨损率低，磨损率为0.025-0.035mm/年，本专利技术氧化铝生物陶瓷材料具有耐磨损性能好、品质高、使用寿命长的特点。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。本专利技术的实施例实施例1：一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，步骤如下：A、将磷石膏、拜耳赤泥、碳酸钠和无烟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，其特征在于，包括如下步骤：A、将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4‑6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；D、将步骤C分离出的硫化物置于30‑50%的富氧环境下，在800‑1200℃下焙烧3‑5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3‑4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉，将高纯氧化铝粉经粉碎得高纯氧化铝细粉；G、将步骤F制得的高纯氧化铝细粉与聚氨酯、甲基纤维素、聚羟基乙酸、二氧化钛、氧化钠、聚丙烯酰胺、磷酸四钙和聚丙烯纤维在乙醇中湿磨20‑24h，在温度为90‑100℃下真空干燥10‑12h，筛选得混合粉末；H、将步骤G中制得的混合粉末经冷压成型；在1200‑1500℃烧结1.5‑2.5h得氧化铝生物陶瓷材料。...

【技术特征摘要】
1.一种制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，其特征在于，包括如下步骤：A、将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，送入窑内焙烧，制得熟料；B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4-6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；D、将步骤C分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后，采用浓硫酸进行吸收，制得硫酸；E、将步骤B分离得到的溶液加入氧化钙恒温搅拌，过滤得高纯偏铝酸钠溶液，向高纯偏铝酸钠溶液中通入CO2气体至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后得氢氧化铝；F、将步骤E制得的氢氧化铝加入盐酸搅洗3-4次，再进行搅拌水洗，水洗至滤液呈中性，得高纯氢氧化铝，将高纯氢氧化铝焙烧，得高纯氧化铝粉，将高纯氧化铝粉经粉碎得高纯氧化铝细粉；G、将步骤F制得的高纯氧化铝细粉与聚氨酯、甲基纤维素、聚羟基乙酸、二氧化钛、氧化钠、聚丙烯酰胺、磷酸四钙和聚丙烯纤维在乙醇中湿磨20-24h，在温度为90-100℃下真空干燥10-12h，筛选得混合粉末；H、将步骤G中制得的混合粉末经冷压成型；在1200-1500℃烧结1.5-2.5h得氧化铝生物陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。3.根据权利要求1所述的制酸联产氧化铝生物陶瓷材料的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和赤泥按照1:1-2重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈肖虎，李名新，王帅帅，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52