低成本生產(chǎn)白色中高鋁瓷球
2006-01-01 00:00:00黎忠乾王利濤劉海燕
佛山陶瓷 2006年2期
摘 要 本文針對目前市場上純氧化鋁粉原料價格昂貴的問題，研究了利用工業(yè)廢料制備白色中高鋁瓷球的工藝，不僅大大降低了生產(chǎn)成本，而且有利于環(huán)境保護。
關(guān)鍵詞 氧化鋁瓷球，磨損率，密度，市場前景
1前言
研磨介質(zhì)是用來對原材料進行粉碎和加工的一種介質(zhì)，主要為球狀或圓柱狀等。目前我國市場上所售的研磨介質(zhì)主要包括氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅等系列。氧化鋁瓷球由于其合適的硬度、密度，耐磨、耐腐蝕、價格低等優(yōu)點，以及可避免金屬球的金屬雜質(zhì)引入，被廣泛應(yīng)用于白色水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料以及涂料、油漆等行業(yè)的原材料的粉磨和加工，是一種性能優(yōu)良的研磨介質(zhì)。
雖然氧化鋁瓷球有著優(yōu)良的性能，但氧化鋁粉價格上漲較快，目前仍居高不下，而激烈的市場競爭又使得氧化鋁瓷球的價格一降再降，所以尋求低價格原料是目前生產(chǎn)氧化鋁瓷球亟待解決的問題。
2實驗
2.1 原 料
氧化鋁主要由輥棒廢料和其它工業(yè)廢料引入，再加以高嶺土、方解石、燒滑石等作為輔助原料，以達到降低燒成溫度的目的。實驗主要原料的化學(xué)成分如表1所示；實驗配方的化學(xué)組成見表2。
2.2 實驗過程
為了提高實驗的準確性和可靠性，本實驗采用與工業(yè)生產(chǎn)相同的工藝。先將原料、分散劑（水玻璃或三聚磷酸鈉等）和粘結(jié)劑（CMC或PVA）按一定比例混合，放進球磨罐內(nèi)，以料:球:水=1:2:1球磨48h，烘干漿料，研細過40目篩；把造粒后的粉料裝進橡膠模具，然后用濕袋法等靜壓成形，壓力為70MPa、保壓時間為60s。將成形后的瓷球放進硅鉬爐進行常壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度1360℃、保溫2h，然后自然冷卻。實驗工藝過程如圖1所示；燒成曲線見圖2。
2.3 性能測試方法
測試瓷球的吸水率、磨損率和比重，以表征瓷球的燒結(jié)情況和性能。
2.3.1 瓷球吸水率的測定
實驗以吸水率來表征瓷球的燒結(jié)情況，其計算公式如下：
N =(W1 -W0)/W0×100%（1）
式中：
N —— 瓷球的吸水率（100%）
W0 —— 瓷球在空氣中的干重
W1—— 瓷球在沸水中煮2h后的重量
2.3.2 瓷球磨損率的測試
根據(jù)JC/T848.1-1999，把4kg同規(guī)格的瓷球與4kg水在不外加料的情況下先自磨2h，然后將瓷球烘干，再自磨24h，轉(zhuǎn)速為80r/min。瓷球磨損率的計算公式如式（2）：
EWT=4.17×10-4×D×（M1-M2）/M1 （2）
式中：
M1 —— 磨皮2h后的干重
M2 —— 磨24h后的干重
D —— 瓷球的平均直徑
EWT —— 瓷球的磨損率
2.3.3 瓷球比重（密度）的測試
本實驗利用排水法測定比重。其計算公式為：
ρ =(m1 ρ1) /(m3-m2)（3）
式中：
ρ1 —— 水的密度
m1 —— 樣品在空氣中的質(zhì)量
m2 —— 樣品在水中的質(zhì)量
m3 —— 樣品吸飽水后的質(zhì)量
3實驗結(jié)果
3.1 樣品的性能測試
樣品的性能測試結(jié)果如表3所示。
3.2 樣品的x射線衍射分析
樣品的x射線衍射圖如圖3所示。
由圖3看出，樣品的主晶相為剛玉、莫來石，還有鈣長石、鎂鋁尖晶石和斜鋯石等晶相。
4結(jié)果討論
4.1 原 料
隨著自然資源的日益短缺，氧化鋁粉由原來的2000元/t左右飛速上漲到現(xiàn)在的5000元/t以上，這無疑大大增加了瓷球或者氧化鋁陶瓷的生產(chǎn)成本。因此，尋求低價格的原料是今后工業(yè)發(fā)展的方向。
本試驗所用的輥棒廢料和其它工業(yè)廢料（包括邊角料等）來源豐富、價格低廉，與用純氧化鋁生產(chǎn)瓷球相比，原料成本最少可降低三分之一。
4.2 配 方
傳統(tǒng)的氧化鋁陶瓷，一般是利用CaO-Al2O3-SiO2或MgO-Al2O3-SiO2體系燒成。但有資料報道，利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系燒成，降溫效果更好。本實驗研究的目的是利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系燒成，形成了多元低共熔物，從而降低產(chǎn)品的燒成溫度。
廢料的引入不僅降低了原料成本，而且因輥棒廢料中含有ZrO2，它與CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系一起夠成了五元體系或多元體系，進一步降低了燒成溫度；另外，ZrO2也起到一定的增韌作用，使產(chǎn)品的磨耗有所下降。
MgO在高溫下會與Al2O3反應(yīng)，形成鎂鋁尖晶石（MgO·Al2O3），可以阻礙Al2O3晶粒的迅速長大，使氣體可以充分排出，從而獲得細晶、致密的產(chǎn)品，增強產(chǎn)品的耐磨性。但MgO的加入量不能過大，否則，會由于MgO的蒸發(fā)，使表面與內(nèi)部晶粒發(fā)育不均勻，反而增大瓷球的磨耗。又如，TiO2是促進Al23陶瓷燒結(jié)的常用外加劑。有資料表明：在Al2O3陶瓷中加入0.5%～1.0%的TiO2，可使燒結(jié)溫度降低100～150℃[5]。此外，實驗表明：分別加入含B2O3ZnO、MnO、Li2O、BaO等成分的原料，在燒成過程中與Al2O3成玻璃相或固溶體，降溫效果也很好。但當引入的TiO2量較多時，必須嚴格控制燒成氣氛，否則產(chǎn)品容易泛黃。
5市場前景[6]
隨著陶瓷廠家對瓷球質(zhì)量的要求越來越高，中鋁球由于價廉而質(zhì)不優(yōu)，其市場前景不容樂觀。事實也說明，很多瓷球廠家正準備向高檔次的產(chǎn)品看齊。就江西來說，已有不少廠家準備改用等靜壓成形，生產(chǎn)高檔次瓷球。
高鋁球的銷路十分樂觀，但由于氧化鋁粉原料昂貴，其生產(chǎn)受到很大的限制。據(jù)統(tǒng)計，純氧化鋁原料價格在
5 000元/t以上、加工成本近2 500元/t甚至更高，加上運費等其它費用，生產(chǎn)成本近8000元/t。而高鋁球（含鋁92%）目前的市場價只有8000元/t左右，因此利潤空間很小。
中高鋁瓷球，其性能比中鋁球好且接近高鋁球，并且價格適中，很受廠家的青睞。目前，市場上的中鋁瓷球多使用鋁礬土為原料，產(chǎn)品不僅磨耗大，而且顏色也偏黃。本實驗所研究的瓷球，顏色為白色、比重約3.4、燒成溫度在1350～1400℃之間、磨耗達到了行業(yè)標準。產(chǎn)品經(jīng)過多次小試和中試，該配方已在佛山市的一家瓷球廠投產(chǎn)一年多，效果良好。
6結(jié)論
（1） 本文研究了利用工業(yè)廢料來生產(chǎn)白色中高鋁瓷球，不僅降低了生產(chǎn)成本，還有利于環(huán)境保護；
（2） 實驗利用CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系燒成瓷球，降低了燒成溫度；
（3） 本實驗產(chǎn)品主晶相為剛玉、莫來石，其白度、吸水率和磨耗等性能達到行業(yè)標準；
（4） 質(zhì)優(yōu)價廉的白色中高鋁瓷球市場前景樂觀。
參考文獻
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3 宋杰光，吳柏麟，鐘蓮云.用輥棒廢料制備中鋁瓷球的燒結(jié)機理研究[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2004（4）：3～6
4 蔡曉峰.氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)[J].佛山陶瓷，2003（11）：1～3
5 苗赫濯.Al2O3陶瓷生產(chǎn)工藝中的若干問題[J].真空電子技術(shù)，2002（3）：1～5
6 劉永先.我國氧化鋁瓷球的生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場前景[J].陶瓷，2000（1）：18～20
