[发明专利]一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法

说明书

发明领域

本发明属于功能陶瓷制备技术领域，特别涉及一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法。

背景技术

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Fe、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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温快烧制备钒钛功能陶瓷的方法。

本发明具有制备步骤为：

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。

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匀，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％。

本发明使用硅灰石代替长石、石英，硅灰石熔点(1540℃)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℃，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、均匀性好的陶瓷基体，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；