專利名稱：一種利用金礦尾礦制備Ca－α－SiAlON材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種用金礦尾礦制備Ca-α-SiAlON材料的方法，具有較強(qiáng)的可行性。
背景技術(shù)：
在黃金生產(chǎn)過(guò)程中，尾礦一般以廢水和固體礦渣混合物的形式存放于尾礦庫(kù)中，在占用大量土地的同時(shí)，浪費(fèi)了寶貴的礦產(chǎn)資源，嚴(yán)重影響生產(chǎn)環(huán)境；尾礦庫(kù)還存在著極大的安全隱患，尾礦中的殘液對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害更大。黃金礦石有價(jià)元素含量很少，經(jīng)選冶后產(chǎn)生比其它金屬礦石更多的尾礦。隨著“十一五”國(guó)家提倡國(guó)民經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境以來(lái)，黃金尾礦綜合利用技術(shù)近年得到進(jìn)一步重視。
Ca-α-SiAlON材料具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、高硬度、高韌性及高溫機(jī)械性能，這些綜合技術(shù)性能優(yōu)于大多數(shù)鋼及合金，因而在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。比如可用作研磨介質(zhì)、金屬切削刀具、非鐵合金管或絲的控制磨具、引擎及透平材料、耐火材料的結(jié)合劑等，目前Ca-α-SiAlON材料的制備方法主要為碳熱還原氮化法，該方法是以碳(如碳黑、石墨等)作為還原劑，加入硅鋁鈣原料等，經(jīng)充分混合，在1350℃到1800℃(溫度因原料和成品不同而異)常壓流動(dòng)氮?dú)庀聼Y(jié)，制備Ca-α-SiAlON材料。這種方法，適合純度較高的原料，因此成本較高，難以適應(yīng)大批量材料的生產(chǎn)。本發(fā)明工藝是以金礦尾礦為原料，進(jìn)行Ca-α-SiAlON材料的制備，成本較低，有很強(qiáng)的實(shí)用性。
本發(fā)明原理是基于J.W.T.Van Rutten等人對(duì)使用CaO或CaSiO3、SiO2和Al2O3碳熱還原氮化合成Ca-α-Sialon的反應(yīng)機(jī)理的研究，他認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過(guò)程分為兩步第一步，形成低Z值的β-Sialon4.6SiO2+0.7Al2O3+9.9C＝Si4.6Al1.4O1.4N6.6第二步，固溶Ca和更多的N0.8CaO+2Si4.6Al1.4O1.4N6.6+2.4C+0.8N2＝Ca0.8Si9.2Al2.8O1.2N14.8本發(fā)明在這個(gè)原理的基礎(chǔ)上通過(guò)控制適當(dāng)?shù)臈l件，最終制備出了Ca-α-Sialon材料。
雖然國(guó)內(nèi)在Ca-α-SiAlON材料的制備方法上已有專利申請(qǐng)，但以金礦尾礦為原料的碳熱還原氮化法來(lái)制備Ca-α-SiAlON材料的專利還沒(méi)有，因此本工藝在SiAlON陶瓷材料的制備中是一項(xiàng)新的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
(1)粉粹將金礦尾礦經(jīng)磨礦，過(guò)篩，使尾礦粒度小于0.074mm，尾礦成分SiO248-52％；Al2O315-20％；CaO12-15％，K2O3-4％，Na2O2-3％，其他余量。
(2)配料、球磨混合將金礦尾礦、硅砂、莫來(lái)石、碳粉按照10∶(30～34)∶(13～16)∶(30～32)質(zhì)量百分比混合，將配制好的混合料放入氧化鋁球磨罐中，用無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，在常溫下球磨22～26小時(shí)，以達(dá)到細(xì)化粉體和混勻配料的目的。
(3)烘料、制樣將上述料將在50～70℃的條件下烘干，再進(jìn)行干燥混合3～5小時(shí)，以確定混合物料的性質(zhì)均勻。將混合好的物料放入鋼膜中，于130-150MPa下單軸向機(jī)壓成小圓坯。
(4)燒結(jié)將上述圓坯裝入氧化鋁坩堝中，采用BN埋粉，置于爐身恒溫帶中，由爐體一側(cè)通入高純氮?dú)?N2％＞99.999％)，并控制氮?dú)饬髁繛?.7～0.9l/min，在1450～1600℃的溫度下燒結(jié)，保溫6～8小時(shí)，以實(shí)現(xiàn)試樣的充分燒結(jié)。
(5)去除殘?zhí)紝⑸鲜鰺Y(jié)后的試樣在550～600℃的條件下保溫5～7小時(shí)，以去除殘余的游離碳。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)適合鈣、硅和鋁含量高的原料，對(duì)尾礦和其他一些低附加值的礦物有較強(qiáng)的可行性。
(2)產(chǎn)物純度較高。通過(guò)XRD分析，產(chǎn)物中的物相基本上都是以氮氧化物的形態(tài)存在。
(3)工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)實(shí)現(xiàn)尾礦的綜合利用有很重要的意義。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所得粉體的XRD圖譜。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中所得粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述來(lái)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
實(shí)施例1粉粹金礦尾礦在至200目以下，將金礦尾礦、硅砂、莫來(lái)石、碳粉按照10∶34∶14∶32質(zhì)量百分比混合，將配合的混合料置于氧化鋁球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)濕混24h，然后將料漿放入烘箱中于60℃下烘干。待混合料充分干燥后再干混4h，以促進(jìn)混合料充分混合均勻。稱取一定量坯料放入鋼模中，于140MPa下單軸向機(jī)壓成直徑為15mm的小圓坯。將素坯裝入氧化鋁坩堝中，采用BN埋粉，置于爐身恒溫帶中，由爐體一側(cè)通入高純氮?dú)?N2％＞99.999％)，控制氮?dú)饬髁繛?.7L/min，在1500℃的溫度下燒結(jié)，保溫6小時(shí)，然后將燒成后的試樣于550℃空氣中恒溫6h，以去除殘余的游離碳。得到的最終制品中主晶相為Ca-α-SiAlON的前驅(qū)體Si3N4/SiC。
實(shí)施例2粉粹金礦尾礦在至200目以下，將金礦尾礦、硅砂、莫來(lái)石、碳粉按照10∶34∶14∶32質(zhì)量百分比混合，將配合的混合料置于氧化鋁球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)濕混24h，然后將料漿放入烘箱中于60℃下烘干。待混合料充分干燥后再干混4h，以促進(jìn)混合料充分混合均勻。稱取一定量坯料放入鋼模中，于140MPa下單軸向機(jī)壓成直徑為15mm的小圓坯。將素坯裝入氧化鋁坩堝中，采用BN埋粉，置于爐身恒溫帶中，由爐體一側(cè)通入高純氮?dú)?N2％＞99.999％)，控制氮?dú)饬髁繛?.9L/min，在1600℃的溫度下燒結(jié)，保溫7小時(shí)，然后將燒成后的試樣于600℃空氣中恒溫6h，以去除殘余的游離碳。得到的最終制品中主晶相為Ca-α-SiAlON，并含有10％SiC相。
權(quán)利要求
1.一種用金礦尾礦制備Ca-α-SiAlON材料的方法，其特征在于工藝步驟為a、粉粹將金礦尾礦經(jīng)磨礦，過(guò)篩，使尾礦粒度小于0.074mm；b、配料、球磨混合將金礦尾礦、硅砂、莫來(lái)石、碳粉按照10∶(30～34)∶(13～16)∶(30～32)質(zhì)量百分比混合，將配制好的混合料放入氧化鋁球磨罐中，用無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，球磨22～26小時(shí)，以達(dá)到細(xì)化粉體和混勻配料的目的；c、烘料、制樣將上述料將在50～70℃的條件下烘干，再進(jìn)行干燥混合3～5小時(shí)，以確定混合物料的性質(zhì)均勻，將混合好的物料放入鋼膜中，于130-150MPa下單軸向機(jī)壓成小圓坯；d、燒結(jié)將上述圓坯裝入氧化鋁坩堝中，采用BN埋粉，置于爐身恒溫帶中，由爐體一側(cè)通入高純氮?dú)?，并控制氮?dú)饬髁繛?.7～0.9l/min，在1450～1600℃的溫度下燒結(jié)，保溫6～8小時(shí)；e、去除殘?zhí)紝⑸鲜鰺Y(jié)后的試樣在550～600℃的條件下保溫5～7小時(shí)，去除殘余的游離碳；
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，金礦尾礦成分SiO248-52％；Al2O315-20％；CaO12-15％， K2O3-4％，Na2O2-3％，其他余量。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高純氮?dú)獾腘2％＞99.999％。
全文摘要
一種利用金礦尾礦制備Ca－α－SiAlON材料的方法，屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。工藝為粉碎、配料、混合球磨、干燥制樣、燒結(jié)和去除殘留碳元素。最終得到主晶相為Ca－α－SiAlON，次晶相為SiC的陶瓷粉體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于得到純度較高的Ca－α－SiAlON陶瓷粉體，可廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、能源等工業(yè)領(lǐng)域，工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)實(shí)現(xiàn)尾礦的綜合利用有很重要的意義。
文檔編號(hào)C04B35/597GK101054296SQ20071009882
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者徐利華, 畢松梅, 姚云 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)