一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了属于功能陶瓷制备技术领域的一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法。本发明专利技术采用直接凝固注模成型工艺制成陶瓷素坯基体，采用先进气流粉碎技术制备微米级提钒尾渣粉末，采用普通陶瓷材料加入硅灰石通过低温快烧工艺烧成陶瓷，降低能耗。此种钒钛功能陶瓷可应用于制造太阳能热水器、太阳能房顶、远红外辐射元件、建筑装饰板、暖气散热片、太阳能风道发电装置、太阳能集热场发电装置等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能陶瓷制备
，特别涉及。
技术介绍
钒钛陶瓷可以用于制造太阳能热水器，太阳能房顶、远红外辐射元件(用于烤漆、 食品、医疗、涂装业、食品业、纺织业、印染业、粮食干燥等行业)、建筑装饰板、暖气散热片、 太阳能风道发电装置、太阳能集热场发电装置等。钒钛陶瓷成本低、寿命长、效率高，和我国现有陶瓷产业的规模和产量结合，有可能发展成规模化生产的能源材料。钒钛功能陶瓷以工业废弃物——提钒尾渣为主要原材料制备而成，是一种优良的光热转换材料，具有耐水、高强度、耐腐蚀、抗老化、寿命长、高阳光吸收率、高光热转换效率、较高的低温红外辐射率(0. 83-0. 95)等特点。钒钛磁铁矿经选矿冶炼得到含钒铁水，含钒铁水经吹炼得到钒渣，钒渣加入辅料进行焙烧，将焙烧料进行湿法浸取提钒盐，提取钒盐后所剩余的作为废弃物的残渣即为提钒尾渣。提钒尾渣是富含i^、Cr、Mn、V、Ti等第四周期元素的复杂化合物，矿物组成和晶体结构复杂而稳定，在常温、高温直至熔融的条件下，始终为纯黑色，是一种十分稳定且成本低廉的陶瓷黑色着色剂。目前的钒钛陶瓷制备方法，主要是将提钒尾渣按照一定比例混合于普通陶瓷材料中烧结成瓷，或者在普通陶瓷坯体表面涂覆提钒尾渣浆料，再烧结成瓷，生产过程中的能量消耗与普通陶瓷生产相同或略高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。本专利技术具有制备步骤为A.原料预处理将提钒尾渣进行气流粉碎，经超声波振动筛分选料得到0. 1 μ m-5. 0 μ m的微米颗粒物料，加入15-40%质量的水混合搅拌，制成钒钛功能陶瓷浆料；B.直接凝固注模成型向经球磨粉碎后的陶瓷材料与硅灰石的混合物中加入6-15%质量的水、然后加入 0. 06-0. 15mol/L的反絮凝剂调节PH值至10-12，搅拌制浆，将浆料在60-70°C水浴中加热 6-15分钟后注入常温模具，浆料冷却并转变为固态坯体，在空气中放置2-8小时后脱模，形成陶瓷基体；陶瓷基体干燥后，在其表面涂覆步骤A制备的钒钛功能陶瓷浆料，涂覆层干燥后上釉保护；C.低温快烧采用辊道窑设备，升温速率为6_15°C /分钟，升温到1000-1100°C时保温30_50分钟，得到钒钛功能陶瓷。所述步骤A中气流粉碎前，提钒尾渣中还加入0. 01-30%质量的陶瓷材料与硅灰石的混合物，硅灰石的质量为陶瓷材料的10% -20%，陶瓷材料与硅灰石的混合物经球磨粉碎后与提钒尾渣混合均勻，然后进行气流粉碎。所述步骤A中加水时还加入0. 1-5%质量的纳米添加剂。所述纳米添加剂为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化铁中的一种或几种。步骤B中所述的反絮凝剂为NH4NO3，步骤B中硅灰石的质量为陶瓷材料的 10% -20%。本专利技术使用硅灰石代替长石、石英，硅灰石熔点(1540°C )比较低，且热膨胀系数随温度增加呈现直线性上升趋势，与陶瓷基体中的碱-碱土成分结合，非常有利于低温烧成，可将钒钛功能陶瓷制品的烧成温度下降80-120°C，并且在十几分钟至几十分钟内使陶瓷基体成熟，烧成周期不超过50分钟，大大降低单位制品的能耗。直接凝固注模成型时，改变浆液的PH值，使其移动至等电位点或增加反离子浓度压缩双电层，消除陶瓷颗粒之间的静电斥力，通过颗粒之间的范德华吸引力形成网络结构促进悬浮体直接凝固，实现液态浆料向固态陶瓷基体的转化，可成型各种复杂形状、密度高、均勻性好的陶瓷基体，无需有机粘结剂，不需高温脱脂。添加剂是由某些特殊物质制成的纳米粉体、并经过稳定改性处理。改变添加剂的种类和比例，可制成不同阳光吸收率、远红外辐射率、光热转换效率的钒钛功能陶瓷板，用于不同的产品中。各纳米添加剂作用如下纳米氧化钛锐钛型纳米二氧化钛具有强大的光催化能力、化学稳定性高、无毒。 在紫外光、太阳光、日光灯的作用下纳米二氧化钛价带上的电子(e_)可被激发跃迁到导带， 在价带上产生相应的空穴(h+)，能够起到分解有机污染物、自清洁、加强光热转换的作用；纳米氧化锌纳米氧化锌能非常有效地吸收太阳紫外线，无毒无害，同时可以大大降低陶瓷制品的烧结温度，使得烧成品光亮如镜，降低能耗，并使陶瓷产品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，极大地提高产品质量；纳米氧化铝纳米氧化铝具有远红外消光特性，能够先吸收远红外线然后再逐步释放出来，经过改性处理的纳米氧化铝在远红外波段红外消光作用得到显著增强；纳米氧化铁纳米级透明氧化铁无毒、无味、耐温、耐酸碱，对紫外线的吸收能力很强，对电磁波和声波有良好的吸收和衰减，对中红外波段有很强的吸收、耗散、屏蔽作用等特性。本专利技术制备的钒钛功能陶瓷作为优良的光热转换材料，可应用于制造太阳能热水器、太阳能房顶、远红外辐射元件、建筑装饰板、暖气散热片、太阳能风道发电装置、太阳能集热场发电装置等领域。太阳能热水器可做成陶瓷管用于管式集热器，或做成带进出口的扁平箱式结构陶瓷用于平板集热器；太阳能房顶可做成黑色平板陶瓷，或者带进出口的扁平箱式结构陶瓷，用于太阳能房顶制造；远红外辐射元件可做成陶瓷管用于代替目前远红外辐射器件普遍使用的金属管及其表面的涂层；建筑装饰板可做成黑色瓷砖等形式用于建筑建材领域；暖气散热片可做成暖气散热片，通过远红外辐射的方式传导热能；太阳能风道发电装置可做成烟囱集热器代替目前太阳能风道发电装置的玻璃温室；太阳能集热场发电装置可用于太阳能集热场发电装置的集热器，提高光热转换效率和发电效率。附图说明图1 本专利技术制备钒钛功能陶瓷的工艺流程图及钒钛功能陶瓷的应用领域。具体实施例方式实施例1 A.原料预处理将提钒尾渣进行气流粉碎，经超声波振动筛分选料得到0. 1 μ m-3. 0 μ m的微米颗粒物料，加入25%质量的水混合搅拌，制成钒钛功能陶瓷浆料；B.直接凝固注模成型向经球磨粉碎后的陶瓷材料与硅灰石的混合物中加入12%质量的水，硅灰石的质量为陶瓷材料的10%，然后加入0. lmol/L的NH4NO3调节PH值至11，搅拌制浆，将浆料在60°C水浴中加热10分钟后注入常温模具，浆料冷却并转变为固态坯体，在空气中放置5 小时后脱模，形成陶瓷基体；陶瓷基体干燥后，在其表面涂覆步骤A制备的钒钛功能陶瓷浆料，涂覆层干燥后上釉保护；C.低温快烧采用辊道窑设备，升温速率为10°C /分钟，升温到1000°C时保温50分钟，得到钒钛功能陶瓷。实施例2 A.原料预处理向提钒尾渣中加入20 %质量的经球磨粉碎的陶瓷材料与硅灰石混合物，硅灰石的质量为陶瓷材料的15%，混合均勻后进行气流粉碎，经超声波振动筛分选料得到 2 μ m-4 μ m的微米颗粒物料，加入30%质量的水混合搅拌，制成钒钛功能陶瓷浆料；B.直接凝固注模成型向经球磨粉碎后的陶瓷材料与硅灰石的混合物中加入10%质量的水，硅灰石的质量为陶瓷材料的20%，然后加入0. 12mol/L的NH4NO3调节PH值至10，搅拌制浆，将浆料在70°C水浴中加热12分钟后注入常温模具，浆料冷却并转变为固态坯体，在空气中放置8 小时后脱模，形成陶瓷基体；陶瓷基体干燥后，在其表面涂覆步骤A制备的钒钛功能陶瓷浆料，涂覆层干燥后上釉保护；C.低温快烧采用辊道窑设备，升温速率为8°C /分钟，升温到1100°C时保温40分钟，得到钒钛功能陶瓷。实施例3 A.原料预处理将提钒尾渣进行气流粉碎，经超本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法，其特征在于，其具有制备步骤为：Ａ．原料预处理：将提钒尾渣进行气流粉碎，经超声波振动筛分选料得到０．１μｍ－５．０μｍ的微米颗粒物料，加入１５－４０％质量的水混合搅拌，制成钒钛功能陶瓷浆料；Ｂ．直接凝固注模成型：向经球磨粉碎后的陶瓷材料与硅灰石的混合物中加入６－１５％质量的水、然后加入０．０６－０．１５ｍｏｌ／Ｌ的反絮凝剂调节ＰＨ值至１０－１２，搅拌制浆，将浆料在６０－７０℃水浴中加热６－１５分钟后注入常温模具，浆料冷却并转变为固态坯体，在空气中放置２－８小时后脱模，形成陶瓷基体；陶瓷基体干燥后，在其表面涂覆步骤Ａ制备的钒钛功能陶瓷浆料，涂覆层干燥后上釉保护；Ｃ．低温快烧：采用辊道窑设备，升温速率为６－１５℃／分钟，升温到１０００－１１００℃时保温３０－５０分钟，得到钒钛功能陶瓷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕大川，张新宇，
申请(专利权)人：北京前沿科学研究所，
类型：发明
国别省市：11