尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷及其制备方法和用途

本发明属于陶瓷，涉及一种尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷及其制备方法和用途。

背景技术：

1、现有制备堇青石陶瓷的技术中，大多为利用纯氧化物进行合成制备，该方法的烧结温度较高(1280℃左右)，原料和制造成本高?；褂猩偈际趵么垦趸锖涂笪镄饔弥票篙狼嗍沾?，这种技术中，制备工艺较复杂且红外发射率有待提高。

2、远红外陶瓷是一种能辐射出特定波长远红外线的特种陶瓷材料，发射率通常介于0-1之间，当其远红外发射率大于0.9时，可以将其归为高远红外发射率陶瓷材料，一般，其抗弯强度均大于35mpa。

3、cn101538151公开了一种高红外辐射率堇青石陶瓷基片及高红外辐射率电热复合陶瓷发热片，其主要原料为al2o3、sio2、mg(oh)2和zno，其制备方法为：将原料按配比混合后进行球磨、干燥、造粒、成型，而后经1280℃-1350℃烧结，得到zn掺杂的高红外辐射率堇青石陶瓷基片。该陶瓷极片在8μm-14μm波段内红外发射率高达95％以上。但是，其主要原料均为纯化学试剂，而且烧成温度高，因此原料和制造的成本高，不适合工业化生产。

4、cn109095911a公开了一种堇青石红外辐射复相陶瓷的制备方法，其先通过凝胶法制备铁氧体，再与87％堇青石、煅烧高岭土一起配料，经1200℃烧结后制得堇青石复相红外陶瓷。其制备的红外辐射陶瓷具有较低的热膨胀系数，良好的抗热震性能，较高的红外辐射性能。但是，其直接采用堇青石作为原料，利用溶胶法制备的铁氧体进行掺杂，以提高远红外发射率，这种工艺复杂，不合适大规模生产。

5、因此，提供一种远红外发射陶瓷的简易、低成本制备方法，并使制备得到的远红外发射陶瓷具有高的红外发射率，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷及其制备方法和用途。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷，所述尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的原料组分包括尾矿、sio2、mgo和al2o3；

4、其中，所述尾矿中包括钒钛磁铁矿尾矿和钼尾矿中的至少一种。

5、本发明以廉价易得的尾矿作为主要成分之一，与氧化硅、氧化镁和氧化铝复合来调控堇青石的晶体分子式。其原理如下：由于堇青石晶体中[mgo6]八面体内部结构不紧密，离子振动易出现不对称性，表现为远红外发射性能，且其松散的结构为堇青石的掺杂提供了良好的条件。钒钛磁铁矿尾矿和/或钼尾矿中的一些过渡金属离子与mg2+的半径(0.066nm)相近，如fe3+的半径为0.0645nm，很容易进入晶体结构中替代其中的mg2+，从而引起晶格畸变和晶格缺陷，造成离子振动对称性降低，可以使陶瓷内多晶相共存，提高堇青石红外发射率和力学性能，其8μm-14μm范围内的远红外发射率可达0.867以上，抗折强度可达49.2mpa以上，通过优化原料中矿物的种类和用量，8μm-14μm范围内的远红外发射率可达0.95以上，抗折强度可达67mpa以上。

6、本发明将堆积的尾矿资源再利用，变废为宝，降低了制备成本。而且，由于钒钛磁铁矿尾矿和钼尾矿包含助熔成分(例如k2o和na2o)，可以显著降低烧结温度，本发明可在较低的烧结温度下得到高性能的远红外发射陶瓷，大幅降低了生产能耗。本发明的制备工艺简单，生产成本低，适合工业化生产。

7、本发明中，对尾矿的来源不作具体限定，例如可以是承德地区的钼尾矿和钒钛磁铁矿尾矿。

8、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

9、优选地，以所述尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的原料总质量为100％计，各组分的质量分数为：

10、

11、本发明中，钼尾矿的质量分数为0-30wt.％，例如可以是1wt.％、3wt.％、5wt.％、10wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％或30wt.％等。

12、本发明中，钒钛磁铁矿尾矿的质量分数为0-40wt.％，例如1wt.％、3wt.％、5wt.％、10wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％、30wt.％、35wt.％或40wt.％等。

13、本发明中，sio2的质量分数为20wt.％-28wt.％，例如20wt.％、22wt.％、24wt.％、26wt.％或28wt.％等。

14、本发明中，mgo的质量分数为6wt.％-12wt.％，例如6wt.％、8wt.％、10wt.％或12wt.％等。

15、本发明中，al2o3的质量分数为25wt.％-28wt.％，例如25wt.％、26wt.％、27wt.％或28wt.％等。

16、需要说明的是，由于钼尾矿和所述钒钛磁铁矿尾矿中含有合成堇青石的有效成分，因此当上述尾矿的含量确定后，可根据堇青石的分子结构式来计算出sio2、mgo和al2o3的添加量。

17、优选地，所述钼尾矿和所述钒钛磁铁矿尾矿的总的质量分数≤40％，例如40％、30％、20％或10％等。若含量过大，由于助熔成分的影响，有可能导致过烧问题。

18、作为本发明所述尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的优选技术方案，所述钼尾矿和所述钒钛磁铁矿尾矿的质量比为1:(1.2-5)，例如1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5等。当钼尾矿和钒钛磁铁矿尾矿同时使用，且二者的质量比在上述范围时，可以更好地调控堇青石的分子结构，使远红外发射陶瓷具有更优异的综合性能。

19、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

20、(1)将尾矿进行球磨混合，得到尾矿物料；

21、(2)将所述尾矿物料与其他原料组分混合，得到陶瓷料；

22、(3)对所述陶瓷料进行成型和烧结，得到所述的尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷。

23、本发明对球磨的设备不作具体限定，例如可以是行星球磨机。

24、本发明的方法工艺简单，适合工业化生产。同时，由于尾矿中含有助熔成分，可显著降低能耗成本，原料中使用了废弃物尾矿来替代常规的化学试剂，大幅降低了生产成本。

25、优选地，步骤(1)尾矿通过对尾矿细泥烘干后得到；

26、优选地，步骤(1)所述球磨的转速为1000r/min-2000r/min，例如1000r/min、1200r/min、1300r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min等。

27、优选地，步骤(1)所述球磨的时间为1h-3h，例如1h、1.5h、2h、2.5h或3h等。

28、优选地，步骤(1)所述球磨的过程中，料球比为1:(1.5-3)，例如1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等。

29、优选地，步骤(1)所述球磨的过程中，对于钼尾矿，球磨后的物料的粒度d50为5μm-8μm，例如5μm、6μm、7μm或8μm等。

30、优选地，步骤(1)中，对于钒钛磁铁矿尾矿，球磨后的物料的粒度d50为10μm-12μm，例如10μm、11μm或12μm等。

31、优选地，步骤(1)所述球磨混合后，对球磨后的物料进行过筛，取筛下粉。在一个实施方式中，过筛采用的筛网的目数为200目。

32、优选地，步骤(2)所述混合的方式为球磨，所述球磨的转速为800r/min-1200r/min，例如800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min或1200r/min等；所述球磨的时间为20min-50min，例如20min、30min、40min或50min等。

33、优选地，步骤(2)中，所述球磨后，对球磨后的物料进行过筛，取筛下粉。在一个实施方式中，过筛采用的筛网的目数为200目。

34、优选地，步骤(3)所述成型的压力为15mpa-25mpa，例如15mpa、16mpa、17mpa、18mpa、19mpa、20mpa、21mpa、22mpa、23mpa、24mpa或25mpa等。成型压力增大，可以提升陶瓷的致密度，进而增强强度。

35、在一个实施方式中，成型过程中，每次称量的粉料质量为2.5g，得到的陶瓷体的尺寸为40mm×6mm×4mm。

36、优选地，步骤(3)所述烧结的压力为常压。

37、优选地，步骤(3)所述烧结的温度为1160℃～1200℃，例如1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃等。

38、优选地，步骤(3)中，在所述烧结的温度保温的时间为1h-3h，例如1h、1.5h、2h、2.5h或3h等。

39、优选地，步骤(3)所述烧结的过程中，先从室温升温至1000℃，而后再继续升温至烧结的温度。

40、优选地，从室温升温至1000℃的升温速率为5℃/min-7℃/min，例如5℃/min、6℃/min或7℃/min等。

41、优选地，继续升温的升温速率为1℃/min-3℃/min，例如1℃/min、2℃/min或3℃/min等。

42、本发明中，烧结的升温速率不宜过快，否则有可能导致裂纹的产生。

43、在一个实施方式中，烧结过后的降温过程为：随炉冷却至室温。

44、本发明对烧结的设备不作限定，例如可以是马弗炉。

45、作为本发明所述尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：

46、(1)首先，将钼尾矿和钒钛磁铁矿尾矿送入行星球磨机，以1000r/min-2000r/min的转速进行1h-3h的球磨，尾矿与氧化锆球的质量比为1:(1.5-3)，球磨后的尾矿筛分200目；

47、(2)按照远红外发射陶瓷的配方量，将相应质量的尾矿和其他原料组分在球磨机中以800r/min-1200r/min的转速混合20min-50min，经200目筛分，得到混合均匀的陶瓷粉末；

48、(3)将陶瓷粉末放入模具中，用15mpa-25mpa的压力干压制成陶瓷体；

49、(4)最后在马弗炉中常压烧结，得到尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷；

50、其中，常压烧结的过程包括：先从室温以5℃/min-7℃/min的升温速率升温到1000℃，而后以1℃/min-3℃/min的升温速率升温到1160℃～1200℃，保温1h-3h。

51、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷的用途，所述尾矿复合的堇青石基远红外发射陶瓷用作发热片。

52、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

53、与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

54、(1)本发明以廉价易得的尾矿作为主要成分之一，与氧化硅、氧化镁和氧化铝复合来调控堇青石的晶体分子式，钒钛磁铁矿尾矿和/或钼尾矿中的一些过渡金属离子与mg2+的半径相近，很容易进入晶体结构中替代其中的mg2+，从而引起晶格畸变和晶格缺陷，造成离子振动对称性降低，可以使陶瓷内多晶相共存，提高堇青石红外发射率和力学性能，其8μm-14μm范围内的远红外发射率可达0.867以上，抗折强度可达49.2mpa以上，通过优化原料中矿物的种类和用量，8μm-14μm范围内的远红外发射率可达0.95以上，抗折强度可达67mpa以上。

55、(2)本发明将堆积的尾矿资源再利用，变废为宝，降低了制备成本。而且，由于钒钛磁铁矿尾矿包含助熔成分(例如k2o和na2o)，可以显著降低烧结温度，本发明可在较低的烧结温度下得到高性能的远红外发射陶瓷，大幅降低了生产能耗。本发明的制备工艺简单，生产成本低，适合工业化生产。