[发明专利]一种采用电解锰渣合成钙长石–顽辉石复合陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体是一种采用电解锰渣合成钙长石–顽辉石复合陶瓷材料及其制备方法，属于工业固体废渣综合回收再利用技术。 

背景技术

目前我国是世界上最大的电解锰生产国，电解锰产量约占世界总产量的98%。我国的锰矿资源主要是以碳酸锰矿为主的菱锰矿，采用电解硫酸锰工艺来生产金属锰，即以碳酸锰矿粉为原料，与硫酸进行反应而得到硫酸锰溶液，然后通过氧化、中和、净化（包括粗滤、净化、精滤）、电解及成品处理工序即得到电解金属锰及其酸性滤渣。由于近年来对锰矿资源的滥采乱挖，造成了锰矿资源的日益降低，现每生产1吨金属锰将会产生8～9吨的电解锰渣。由于缺乏有效的再利用手段，这些大量的电解锰渣主要以堆放或填埋的形式进行处理，逐年堆放的工业锰渣已对环境造成了严重污染，主要表现为锰渣中含有的大量氨氮、硫酸盐、重金属离子如镉、铅、砷、铜、锌和锰等对渣场附近大气、地表/地下水源、土壤结构、生态环境等造成的污染与破坏，已成为制约我国电解锰产业可持续发展的是主要原因。因此，如何解决电解锰渣的无害化处理和资源化利用已成了当地政府、社会和涉锰企业的一大难题。如果经过一定的处理和其他混料添加，完全可以实现锰渣的有效回收与综合资源化利用，从而减少对环境的污染，产生良好的经济效益和环境效益。目前，人们对电解锰渣的回收与资源化利用开展了广泛的研究，如从电解锰渣中提取金属锰、用作水泥缓凝剂、制备陶瓷砖、制作蜂窝型煤燃料、生产锰肥、生产釉或微晶玻璃材料、用作建设材料或路基材料等。这些方法为电解锰渣的综合利用开辟了新思路，但仍难以大规模推广利用，因此必须寻求更多更新的电解锰渣综合利用途径。 

钙长石(CaAl₂Si₂O₈)陶瓷以其介电常数低、密度小、热膨胀系数低、热导率低和抗热震性能好等特点，广泛应用在冶金、机械制造、石油化工、电工电子、隔热耐火材料等领域，尤其可用于制备低能耗、高性能的耐高温材料和轻质耐火隔热材料。目前常采用添加造孔剂及发泡法等来制备钙长石多孔陶瓷，但该产物的抗压强度较低。以顽辉石(MgSiO₃)为基体的陶瓷或玻璃材料具有优异的力学性能和低损耗电性能，是一种理想的高频低损耗高压绝缘子和电阻器材料。顽辉石通常是利用高温高压下的固–固反应生长而出，如氧化镁(MgO) 和二氧化硅(SiO₂ )在1000–1500℃高温和2–5 GPa高压下就能合成顽辉石，或利用地质聚合物技术从先驱体凝胶剂中也能合成顽辉石。 

电解锰渣的主要化学成份测定如下：(各成份含量%) 

电解锰渣主要含有Cao、MgO、Al₂O₃、SiO₂等，因此利用现有的工业废弃物电解锰渣为主要原料、添加其他粉料来制备生产钙长石–顽辉石复合陶瓷材料是完全可行的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用工业废弃物电解锰渣合成钙长石–顽辉石复合陶瓷材料及其制备方法，该方法电解锰渣的利用量较大、无二次污染，能实现工业废弃物的资源化，且所制备的复合陶瓷产品性能优良。 

本发明是通过以下技术方案来实现的： 

一种采用电解锰渣合成钙长石–顽辉石复合陶瓷材料的组分及质量份数为：电解锰渣：30～40份；滑石：44～47份；铝矾土：11～13份；石英：5～8份。将上述原料按比例混合均匀后添加微量的5% PVA粘结剂在模具中压制成坯块，采用固相烧结法烧结出钙长石–顽辉石复合陶瓷材料。

采用电解锰渣合成钙长石–顽辉石复合陶瓷材料的制备方法含以下步骤： 

(1) 电解锰渣经捣碎、烘干、球磨处理后获得细度约40μm的锰渣粉料，与细度为44μm的滑石、细度为61μm的铝矾土、细度为61μm的石英粉按30～40份、44～47份、11～13份和5～8份的质量份数混合，搅拌均匀形成混合物。

(2) 在混合物中加入微量的5% PVA粘结剂并混合均匀后，用钢质模具将混合物压制成Φ50m×8 mm圆块形和37m×6.5m×6.5 mm长条形生坯体； 

 (3) 将压制成的生坯块置于80℃电热恒温箱中干燥3～4小时获得干燥坯块；

(4) 将干燥坯块置于箱式节能电阻炉中烧结成复合陶瓷产品，烧结温度为1160～1180℃，烧结保温时间为2小时，升温速率为5℃/min,并在100℃、300℃、500℃、700℃温度下保温30分钟和在800℃、900℃、1000℃、1100℃温度下保温1小时；