一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料，以紅層泥巖、氧化鐵為原料，外加礦化劑，經(jīng)粗碎、配料、混合、過篩、機械力化學(xué)球磨、焙燒獲得的制品，本發(fā)明以廉價的紅層泥巖為主要原料，僅需要加入少量的Fe2O3化工原料，結(jié)合機械力化學(xué)法，制備出呈色良好的陶瓷硅鐵紅色料，與目前硅鐵紅色料的制備方法相比，具有工藝簡便、對環(huán)境無污染、產(chǎn)率高、能耗少、成本較低、發(fā)色純正等優(yōu)點，因此具有廣闊的市場前景。
【專利說明】—種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機非金屬材料(陶瓷)領(lǐng)域，具體涉及一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料。
【背景技術(shù)】
[0002]硅鐵紅色料是一種能在坯體中呈現(xiàn)鮮艷的類似于沙漠紅色調(diào)且耐高溫的陶瓷包裹色料，其主要化學(xué)成分SiO2在色料中起載體作用，類似于鋯鐵紅色料中ZrSiO4晶體的作用。它以SiO2S包裹相，是利用SiO2微晶相和SiO2玻璃相對著色劑Fe2O3進行包裹從而起到高溫穩(wěn)定作用。而Fe2O3作為著色劑，是色料呈色的主要成分。天然硅鐵紅色料的主要成分是硅和鐵，也含有少量的鋁等。其呈色機理是:石英發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生裂紋，高活性的發(fā)色鐵離子向裂紋中擴散，同時在石英向P-石英二次晶型轉(zhuǎn)變過程中被包裹而形成耐高溫的發(fā)色晶體。硅鐵紅色料是一種用途廣泛的坯用色料，它主要用于?；u坯體呈色，在坯料中加入4~9%，于1250°C以下燒成時，能夠呈穩(wěn)定、鮮艷的桃紅色。目前，國內(nèi)使用的硅鐵紅色料主要依賴于進口。由于天然原料含有其它雜質(zhì)以及含鐵量較低，故這種色料往往只能用于陶瓷坯料。
[0003]紅層是指侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和第三紀(jì)沉積的一套紫紅色、雜色的砂巖、泥巖、粉砂巖和頁巖建造，是陸相沉積為主的碎屑沉積巖層，多為軟巖與硬巖相間，呈互層狀產(chǎn)出，層間結(jié)合力弱。受區(qū)域構(gòu)造影響，巖層扭曲褶皺強烈，多中高傾角，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，有泥化現(xiàn)象。紅層在我國分布非常廣泛，特別是四川盆地，是我國有名的“紫色盆地”，盆地及其邊緣地區(qū)紅層分布極為廣泛，具有一定的代表性。在巖體力學(xué)、工程力學(xué)以及公路、水電等工程方面涉及紅層泥巖的研究較多，未見其用作陶瓷材料的研究報道。
[0004]機械力化學(xué)又稱力化學(xué)，機械化學(xué)，它是研究在給固體施加機械能量時固體形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，并誘導(dǎo)`物理化學(xué)變化的一門學(xué)問。機械力化學(xué)過程一般通過高能球磨來實現(xiàn)，其超細粉碎不同于一般的物質(zhì)細化過程，而是伴隨有能量轉(zhuǎn)化的機械力化學(xué)過程，具有工藝簡單，成本低，易于工業(yè)化等優(yōu)點。傳統(tǒng)上，新物質(zhì)的生成、晶型轉(zhuǎn)化或晶格變形都是通過高溫(熱能)或化學(xué)變化來實現(xiàn)的。機械能直接參與或引發(fā)了化學(xué)反應(yīng)是一種新思路。機械力化學(xué)法的基本原理是利用機械能來誘導(dǎo)產(chǎn)生微裂紋、晶格崎變、表面能升高、反應(yīng)能力增強，反應(yīng)溫度降低等，從而誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)或誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化，以此來制備新材料。作為一種新技術(shù)，它具有明顯降低反應(yīng)活化能、細化晶粒、極大提高粉末活性和改善顆粒分布均勻性及增強體與基體之間界面的結(jié)合，促進固態(tài)離子擴散，誘發(fā)低溫化學(xué)反應(yīng)，從而提高了材料的密實度、電、熱學(xué)等性能，是一種節(jié)能、高效的材料制備技術(shù)。它的研究必將推動新材料研究及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。就材料科學(xué)而言，機械力化學(xué)是一個有較寬廣研究空間的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:以紅層泥巖、氧化鐵為原料，外加礦化劑，經(jīng)粗碎、配料、混合、過篩、機械力化學(xué)球磨、焙燒獲得的制品，其中焙燒溫度為1150°C、保溫時間為2小時。
[0007]所述紅層泥巖、氧化鐵的質(zhì)量百分比為96.2:3.8。
[0008]所述紅層泥巖的化學(xué)組成的質(zhì)量百分比為SiO2:40.89%、Al2O3:10.73%、Fe2O3:
8.81%、TiO2:1.12%、CaO:17.76%、MgO:2.05%、K2O:3.40%、Na2O:0.98%、1.L:14.26%。
[0009]所述礦化劑為硼砂、硼酸、NaF中的一種。
[0010]所述礦化劑的添加量為原料總質(zhì)量的3%。
[0011]所述機械力化學(xué)球磨的工藝參數(shù)為:球磨子為直徑I~5mm的氧化錯磨球,球料的質(zhì)量比為20~40:1，球磨機的轉(zhuǎn)速為300~450轉(zhuǎn)/分，球磨時間為10~30小時。
[0012]所述制得色料的色度值范圍為L*:44~52、a*:24~29、b*:13~16。
[0013]所述過篩的篩網(wǎng)目數(shù)為180目。
[0014]機械力化學(xué)活化對本發(fā)明制備硅鐵紅色料作用原理為:
通過控制球磨工藝參數(shù)，經(jīng)過長時間的機械力化學(xué)球磨，產(chǎn)生強烈的機械力化學(xué)作用，使得紅層泥巖顆粒細化，比表面積增大，產(chǎn)生微裂紋，晶格缺陷增多，反應(yīng)能力增強，使得紅層泥巖中的礦物結(jié)合鐵和SiO2的活性增大，在色料焙燒過程中，這種經(jīng)活化的礦物結(jié)合鐵極易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成紅色的C1-Fe2O3，此新生成的C1-Fe2O3具有高活性，進一步與紅層泥巖中所含的SiO2反應(yīng)，從而制得呈色良好的硅鐵紅色料。另外，紅層泥巖中存在的Al、T1、Ca、K、Na等元素可促進硅鐵紅色料的生成。
[0015]本發(fā)明采用廉價的紅層泥巖為主要原料，同時利用了紅層泥巖中的礦物結(jié)合鐵和氧化硅，僅需要加入少量的Fe2O3化工原料，結(jié)合機械力化學(xué)球磨工藝，制備出呈色良好的陶瓷硅鐵紅色料，與目前硅鐵紅色料的制備方法相比，具有工藝簡便、對環(huán)境無污染、產(chǎn)率高、能耗少、成本較低、發(fā)色純正等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
配方:紅層泥巖96.2%，氧化鐵3.8%，外加3%的硼砂作為礦化劑
(1)對紅層泥巖進行粗碎，過180目篩；
(2)按照配方稱量配料，干法混勻，過180目篩；
(3)球子為直徑5mm的氧化鋯球，球料質(zhì)量比為20:1，球磨機的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，用高能球磨機干法球磨10小時；
(4)取出(3)所得粉料，裝入剛玉坩堝，放入電爐內(nèi)焙燒，初始溫度為室溫，6小時升溫至1150°C，保溫2小時，自然冷卻即得到粉末狀色料產(chǎn)品。
[0017]實施例2
配方:紅層泥巖96.2%，氧化鐵3.8%，外加3%的硼酸作為礦化劑
(1)對紅層泥巖進行粗碎，過180目篩；
(2)按照配方稱量配料，干法混勻，過180目篩；
(3)球子為直徑3mm的氧化鋯球，球料質(zhì)量比為30:1，球磨機的轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，用高能球磨機干法球磨20小時；
(4)取出(3)所得粉料，裝入剛玉坩堝，放入電爐內(nèi)焙燒，初始溫度為室溫，6小時升溫至1150°C，保溫2小時，自然冷卻即得到粉末狀色料產(chǎn)品。
[0018]實施例3
配方:紅層泥巖96.2%，氧化鐵3.8%，外加3%的NaF作為礦化劑
(1)對紅層泥巖進行粗碎，過180目篩；
(2)按照配方稱量配料，干法混勻，過180目篩；
(3)球子為直徑Imm的氧化鋯球，球料質(zhì)量比為40:1，球磨機的轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/分，用高能球磨機干法球磨30小時；
(4)取出(3)所得粉料，裝入剛玉坩堝，放入電爐內(nèi)焙燒，初始溫度為室溫，6小時升溫至1150°C，保溫2小時，自然冷卻即得到粉末狀色料產(chǎn)品。
[0019]對實施例1~3制備的陶瓷硅鐵紅色料進行色度值檢測結(jié)果見下表:
【權(quán)利要求】
1.一種以紅層泥巖為主要原料制備的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:以紅層泥巖、氧化鐵為原料，外加礦化劑，經(jīng)粗碎、配料、混合、過篩、機械力化學(xué)球磨、焙燒獲得的制品，其中焙燒溫度為1150°c、保溫時間為2小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述紅層泥巖、氧化鐵的質(zhì)量百分比為96.2:3.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述紅層泥巖的化學(xué)組成的質(zhì)量百分比為 SiO2:40.89%、Al2O3:10.73%、Fe2O3:8.81%、TiO2:1.12%、CaO:17.76%、MgO:2.05%、K2O:3.40%、Na2O:0.98%、1.L:14.26%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述礦化劑為硼砂、硼酸、NaF中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述礦化劑的添加量為原料總質(zhì)量的3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述機械力化學(xué)球磨的工藝參數(shù)為:球磨子為直徑1~5mm的氧化錯磨球,球料的質(zhì)量比為20~40:1,球磨機的轉(zhuǎn)速為300~450轉(zhuǎn)/分，球磨時間為10~30小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述制得色料的色度值范圍為 L*:44 ~52、a*:24 ~29、b*: 13 ~16。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷硅鐵紅色料，其特征在于:所述過篩的篩網(wǎng)目數(shù)為180目。
【文檔編號】C04B41/85GK103755387SQ201410034725
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】盧希龍, 曹春娥 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院