一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法

摘要

本发明公开了一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法。该方法以自烧氧化铝粉为主要原料，配以外购山东铝业的氧化铝粉，加入焦宝石熟料、高岭土及复合烧结助剂经过三次特殊球磨、喷雾造粒、成球和低温慢烧工艺制得成品。本发明的自烧铝粉拥有98%转化率，D90＜3μm，通过添加复合矿化剂得到均匀、统一氧化铝粉，此铝粉为片状结构和柱状结构混合；通过自烧铝粉与外购市售铝粉合理配比球磨，避免了使用昂贵原料达到提高抗冲击强度的目的。本发明通过三次特殊球磨工艺，达到调整氧化铝干磨球的微观结构达到优化性能、降低成本的目的。本发明的氧化铝干磨瓷球拥有磨耗低、强度高、密度高、内部缺陷少、抗冲击性能好等特点，综合性能优异。

权利要求

1.一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，

（1）原料及重量份

主料：自烧氧化铝粉50～70份，市售氧化铝粉 30-40份，高岭土3-5份，焦宝石熟料

2-3份；

复合烧结助剂：透辉石0.5-5份，滑石0.5-5份，白云石0.5-5份；

所述自烧氧化铝粉的转化率＞98%，原晶粒径D90＜3μm，属于柱状和片状混合晶型结构，其中柱状占60±5%，片状40±5%；

所述市售氧化铝粉的转化率＞98%，原晶粒径D90＜3.5μm，为片状结构；

（2）将自烧氧化铝粉、市售氧化铝粉、高岭土、焦宝石熟料和复合烧结助剂分别称量一起加入间歇式球磨机中进行湿法球磨，浆料水分控制在40-45%；球磨至浆料细度D90≤10μm后过40目筛，用柱塞泵将浆料泵入卧式砂磨机中球磨，球磨至浆料细度D90≤2.5μm后过180目筛放入中转浆池；再用柱塞泵将浆料泵入间歇式球磨机中球磨，球磨至浆料细度D90≤2.2μm过180目筛，电磁除铁后得到陶瓷泥浆；

（3）将步骤（2）得到的陶瓷泥浆采用离心式喷雾造粒塔干燥，在双层回转筛中过40目和140目筛，得到40-140目之间的陶瓷造粒粉；

（4）将步骤（3）得到的陶瓷造粒粉在自动成球机中压制成半成品球坯；

（5）将步骤（4）所得半成品球坯在高温隧道窑采用低温慢烧工艺，以8～25℃/min的加热速度自室温升温至1400～1430℃烧成，保温8-12h，再以15～30℃/min的冷却速度降温，得到干法球磨用氧化铝瓷球。

2.如权利要求1所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述自烧氧化铝粉的制备方法是：γ氧化铝粉添加其质量2-3‰的复合矿化剂装入碳化硅匣钵中在烧制半成品球坯的高温隧道窑顶层烧制而成，烧制温度1400-1430℃；所述复合矿化剂的组分及其重量比为，氟化铝：硼酸：氯化铵=1：0.7：0.5。

3.如权利要求1所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述第1次采用间歇式球磨机球磨时，采用氧化铝球石作为研磨介质，按质量比料：球：水=1：2-3：0.8，球磨机外形尺寸3000*4500mm，球磨机转速13r/min，球磨时间15小时。

4.如权利要求1所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述卧式砂磨机研磨介质采用耐磨氧化铝微珠，按质量比浆：球=1：4，主轴转速1200-1500r/min。

5.如权利要求4所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述卧式砂磨机外形尺寸1600*1000*1700mm，缸筒容积30L，产能0.5-1.2T/h。

6.如权利要求1所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述第2次采用间歇式球磨机球磨时，采用氧化铝球为研磨介质，按质量比浆：球=1：3，球磨机外形尺寸

3000*4500mm，球磨机转速13r/min，球磨时间15小时。

7.如权利要求1所述的一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，所述离心式喷雾干燥塔顶温度为450-750℃，下口温度80-120℃，粉料水分控制在1-3%。

说明书

一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

[0002] 随着科学技术的高速发展，对陶瓷提出了新的挑战。氧化铝瓷球因具有硬度高、密度大、耐磨、耐腐蚀等特点，作为研磨介质被广泛的应用于建筑卫生陶瓷、工业陶瓷、电子陶瓷、高档耐火材料、特种水泥、非金属矿物以及涂料、油漆等行业。

[0003] 氧化铝瓷球的外观质量、理化性能都有严格的要求（参照国家标准JCT848.1-2010耐磨氧化铝球），中国专利CN102491735A公开了一种氧化铝陶瓷球生产方法。具体为：按下述重量比称取陶瓷粉料：89.5%-94.5%α-氧化铝粉，3%-6%苏州土，1.5%-2%白云石，0.5%-1.5%烧滑石，0.5-1%重钙，通过搅拌磨球磨、滚制成型、烧成、抛光得到氧化铝陶瓷球。该发明采用的α-氧化铝粉转化率96%，D90=3.76μm，经滚制成型，在最低温度1490℃温度下烧成，可以满足湿法球磨介质的要求。但是由于使用的铝粉转化率偏低，其中4%的γ-氧化铝粉在烧结过程中晶相转化产生的收缩会在制备内部产生大量的联通气孔，导致产品内部结构变差；同时滚制成型的瓷球抗冲击性能差，并不适合作为干法的研磨介质；
而且单纯的搅拌磨球磨后的浆料晶粒属于不规则形状，其表面产生大量锐利棱角，阻碍烧结与结构致密化，所以该专利的烧成最低温度也在1490℃，造成制造成本与窑具成本增加。

[0004] 氧化铝瓷球用作干法球磨工艺的研磨介质在湿法研磨介质要求的基础上，除了对研磨介质磨耗有严格要求外，最主要的是研磨介质内部必须缺陷少，抗冲击性能好。针对目前市场的需求，有许多专利说明了在氧化铝陶瓷中加入碳化硅、稀土、氧化锆等物质，通过晶粒增韧达到高抗冲击性的效果，其中外加昂贵的原材料和复杂的工艺使生产成本增加太多，不适合大生产应用，同时加入量控制不好将直接导致的产品内部缺陷增大，性能直接恶化。

发明内容

[0005] 本发明克服了现有技术的不足，提供了一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法。该方法以自烧α-氧化铝粉为主要原料，配以外购山东铝业的α-氧化铝粉，采用全新的生产工艺为基础，在较低的原料成本与制造成本下，制备出产品具有低磨耗、高强度、高密度，抗冲击性能好等特点，完全适用各种行业对干法研磨介质的质量要求，同时作为湿磨介质产品性能优异。

[0006] 本发明的技术方案如下：一种干法球磨用氧化铝瓷球制备方法，其特征是，[0007] (1)原料及重量份

[0008] 主料：自烧氧化铝粉50～70份、市售氧化铝粉30-40份，高岭土3-5份，焦宝石熟料2-3份；

[0009] 复合烧结助剂：透辉石0.5-5份，滑石0.5-5份，白云石0.5-5份；

[0010] （2）将自烧氧化铝粉、市售氧化铝粉、高岭土、焦宝石熟料和复合烧结助剂分别称量一起加入间歇式球磨机中（采用氧化铝球石作为研磨介质，按质量比料：球：水=1：2-3：0.8）进行湿法球磨（浆料水分控制在40-45%）；细度合格后过40目筛，用柱塞泵将泥浆泵入卧式砂磨机中球磨（此步骤不需要加水；研磨介质采用耐磨氧化铝微珠，按质量比浆：球=1：4，主轴转速1200-1500r/min），细度合格后过180目筛放入中转浆池；再用柱塞泵将泥浆泵入间歇式球磨机中球磨（采用氧化铝球为研磨介质，按质量比浆：球=1：3），细度合格后过180目筛，电磁除铁后得到陶瓷泥浆；

[0011] （3）将步骤（2）得到的陶瓷泥浆采用离心式喷雾造粒塔干燥，在双层回转筛中过40目和140目筛，得到40-140目之间的陶瓷造粒粉；

[0012] （4）将步骤（3）得到的陶瓷造粒粉在自动成球机中压制成半成品球坯；

[0013] （5）将步骤（4）所得到半成品球坯在高温隧道窑采用低温慢烧工艺，以8～25℃/min的加热速度自室温升温至1400～1430℃烧成，保温8-12h，再以15～30℃/min的冷却速度降温，得到干法球磨用氧化铝瓷球。

[0014] 传统工艺与本发明工艺流程对比见图1-图2。

[0015] 本发明步骤（1）的自烧氧化铝粉的制备方法是：γ氧化铝粉添加其质量2-3‰的复合矿化剂（所述复合矿化剂的组分及其重量比为，氟化铝：硼酸：氯化铵=1：0.7：0.5）装入碳化硅匣钵中在烧制半成品球坯的高温隧道窑顶层烧制而成，烧制温度1400-1430℃。所制备的氧化铝转化率＞98%，原晶粒径D90＜3μm，属于柱状和片状混合晶型结构，其中柱状占60±5%，片状40±5%（见图6）。本发明步骤（1）的市售氧化铝粉由山东铝业股份有限公司生产，其转化率＞98%，原晶粒径D90＜3.5μm，为片状结构（见图3）。使用转化率较高、原晶粒径小的铝粉可以减少收缩过程中导致的内部缺陷，同时提高球磨效率。各种铝粉性能对比见表1，外观结构见图3-6。

[0016] 表1铝粉性能对比

[0017]

[0018] 其中魏桥铝粉转化率98%，但是铝粉原晶粒度偏粗，难磨细；澳洲的一种铝粉细度很细，但是转化率94%偏低，浆性能差。通过综合考虑各种铝粉的性能与工艺控制难易情况，本发明采用自烧铝粉和山东铝业铝粉作为原料。

[0019] 本发明步骤（2）的间歇式球磨第一组工艺参数为：外形尺寸3000*4500mm，转速13r/min,球磨时间15小时，浆料水分控制在40-45%，浆料细度D90≤10μm（浆料细度合格后再过40目筛，除去小球石和未研磨细的粗物料）；卧式砂磨机工艺参数：外形尺寸1600*1000*1700mm，缸筒容积30L，主轴转速0-1500r/min（本发明中要求的转速为1200-1300r/min），产能0.5-1.2T/h，浆料细度D90≤2.5μm（浆料细度合格后再过180目筛，除去小球石和未研磨细的粗物料）；间歇式球磨第二组工艺参数为：外形尺寸
3000*4500mm，转速13r/min，球磨时间15小时，浆料细度D90≤2.2μm（浆料细度合格后再过180目筛，除去小球石和未研磨细的粗物料）。前期的间歇式球磨目的是将配方料制备成较粗的、具有流动性的泥浆；然后进入卧式砂磨机球磨可以得到比搅拌磨更细的泥浆，泥浆晶粒表面同样不够圆滑，存在很多缺陷，在烧结过程中晶粒结合不够致密，直接生产的产品作为研磨介质时长时间球磨过程中出现裂纹等缺陷；为了修整晶粒表面、均化晶粒细度再在间歇式球磨机中球磨，以便提高干磨球性能。

[0020] 本发明步骤（3）的离心式喷雾干燥塔顶温度为450-750℃，下口温度80-120℃，粉料水分控制在1-3%，本发明过双重筛40-140目取得中间颗粒解决颗粒造成的缺陷问题，同时半成品破损率下降2%；压力式喷塔的造粒粉属于空心或者苹果状，在半成品内部存在大量的联通气孔缺陷，不适宜做干磨球。

[0021] 本发明步骤（5）的高温隧道窑顶层装自烧氧化铝粉，底层装半成品球坯，采取低温长时间保温烧成工艺。其目的达到铝粉方面达到原晶小、转化率高、转化率均匀；产品方面达到充分排气、结构细晶化、致密的目的。

[0022] 所述的焦宝石熟料是轻烧熟料（温度为900-1100℃），主要特点是：杂质含量少、烧结易生成莫来石相，提高抗压强度；高岭土有助于半成品成型。

[0023] 本发明在配方中添加由透辉石、滑石和白云石构成的复合助烧剂，通过固相烧结达到降低烧成温度的目的。

[0024] 本发明与现有的技术相比，具有以下显著的特点：

[0025] (1)本发明的自烧铝粉拥有98%转化率，D90＜3μm，最主要特点通过添加复合矿化剂得到均匀、统一氧化铝粉，此铝粉为片状结构和柱状结构混合，其中柱状占60±5%，片状40±5%；通过自烧铝粉与外购市售铝粉合理配比球磨，避免了使用昂贵原料达到提高抗冲击强度的目的。

[0026] (2)本发明通过三次球磨的特殊球磨工艺，从通过提高砂磨机球磨效率、修整浆料晶粒表面缺陷等因素入手，达到调整氧化铝干磨球的微观结构达到优化性能、降低成本的目的。

[0027] (3)本发明制粉工序创造性的添加了一个双层回转筛，取得40-140目的粉料颗粒压制半成品，半成品破损率下降2%，在其他条件相同的情况下，制的成品经性能检测抗压提高5%。

[0028] (4)本发明的氧化铝干磨瓷球拥有磨耗低、强度高、密度高、内部缺陷少、抗冲击性能好等特点（氧化铝干磨瓷球当量磨耗≤0.015‰，二次磨耗≤0.003‰，φ30抗压达到3
≥350KN/个，密度达到≥3.70g/cm，磨后表面结构致密无缺陷），综合性能优异，完全满足各种行业对干法研磨介质质量要求。

附图说明

[0029] 图1为传统工艺路线，1a、1b和1c代表3种不同的工艺路线；以上三种传统工艺路线只考虑了如何把浆料磨细的问题，并没有考虑更为细致的浆料晶粒外形问题，也就没有相应的解决措施；同时在喷粉阶段都采取粗放型工艺措施，没有充分考虑粉料颗粒级（过粗或过细）对产品性能的影响。

[0030] 图2为本发明工艺路线；它采取球磨效率更高的卧式砂磨机球磨浆料最难磨的阶段，间歇式球磨机第一组目的将原料球磨成浆方便砂磨机球磨，间歇式球磨机第二组目的是修正浆料晶粒表面缺陷，以便更易烧结得到致密晶型结构；同时在喷粉阶段通过双层回转筛将颗粒进行优化选取，以便颗粒更紧密堆积，促进烧结，减少内部缺陷。

[0031] 图3为本发明使用的市售山铝（由山东铝业股份有限公司生产）电镜照片，从图片可以看出该铝粉结构为片状，晶粒在3.5微米以下；

[0032] 图4为魏桥铝粉电镜照片，从图片可以看出该铝粉细度不均匀，晶粒最大在5.4微米左右；

[0033] 图5为澳粉电镜照片，从图片可以看出该铝粉为柱状结构，晶粒在2.4微米左右；

[0034] 图6为自烧铝粉电镜照片，从图片可以看出该铝粉晶型为片状和柱状混合型，晶粒细度3微米以下。

具体实施方式

[0035] 实施例对本发明仅作进一步说明，但不仅限于此。自烧氧化铝粉和外购市售氧化铝粉的性能指标如表1所示，其他原料的化学成分见表2。

[0036] 表2其他原料的化学组成及重量份

[0037]

[0038] 实施例1：

[0039] （1）原料及重量份

[0040] 主料：自烧氧化铝粉52份，市售氧化铝粉37份，高岭土3份，焦宝石熟料3份；

[0041] 复合烧结助剂：透辉石2份，滑石1.5份，白云石1.5份；

[0042] （2）将自烧氧化铝粉、市售氧化铝粉、高岭土、焦宝石熟料和复合烧结助剂放入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为10μm，水分控制在43%，采用氧化铝球石作为研磨介质，按质量比料：球：水=1：3：0.8，过40目筛后，用柱塞泵将泥浆泵入卧式砂磨机中球磨，主轴转速1200r/min，浆料细度为2.5μm，研磨介质采用耐磨氧化铝微珠，按质量比浆：球=1：4，过180目筛放入中转浆池，在用柱塞泵将泥浆泵入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为2.2μm，采用氧化铝球为研磨介质，按质量比浆：球=1：3，过180目筛，电磁除铁后得到陶瓷泥浆。

[0043] （3）将步骤（2）得到的陶瓷泥浆采用离心式喷雾造粒塔干燥，在双层回转筛中过40目和140目筛，得到40-140目之间的造粒粉，塔顶温度为550℃，下口温度90℃，造粒粉水分控制在3%。

[0044] （4）将步骤（3）得到的陶瓷造粒粉在自动成球机中压制成半成品球坯。

[0045] （5）将步骤（4）所得到半成品球坯在高温隧道窑采用低温慢烧工艺，以8～25℃/min的加热速度自室温升温至1400～1410℃烧成，保温12h，再以15～30℃/min的冷却速度降温，得到氧化铝干磨瓷球。

[0046] 产品性能见表3。

[0047] 实施例2：

[0048] （1）原料及重量份

[0049] 主料：自烧氧化铝粉60份，市售氧化铝粉30份，高岭土3份，焦宝石熟料3份；

[0050] 复合烧结助剂：透辉石2份，滑石1.5份，白云石1.5份；

[0051] （2）将自烧氧化铝粉、市售氧化铝粉、高岭土、焦宝石熟料和复合烧结助剂放入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为9μm，水分控制在43%，采用氧化铝球石作为研磨介质，按质量比料：球：水=1：2.8：0.8，过40目筛后，用柱塞泵将泥浆泵入卧式砂磨机中球磨，主轴转速为1250r/min，浆料细度为2.3μm，研磨介质采用耐磨氧化铝微珠，按质量比浆：球=1：4，过180目筛放入中转浆池，在用柱塞泵将泥浆泵入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为2.1μm，采用氧化铝球为研磨介质，按质量比浆：球=1：3，过180目筛，电磁除铁后得到陶瓷泥浆。

[0052] （3）将步骤（2）得到的陶瓷泥浆采用离心式喷雾造粒塔干燥，在双层回转筛中过40目和140目筛，得到40-140目之间的造粒粉，塔顶温度为550℃，下口温度95℃，造粒粉水分控制在2%。

[0053] （4）将步骤（3）得到的陶瓷造粒粉在自动成球机中压制成半成品球坯。

[0054] （5）将步骤（4）所得到半成品球坯在高温隧道窑采用低温慢烧工艺，以8～25℃/min的加热速度自室温升温至1400～1430℃烧成，保温10h，再以15～30℃/min的冷却速度降温，得到氧化铝干磨瓷球。

[0055] 产品性能见表3。

[0056] 实施例3：

[0057] （1）原料及重量份

[0058] 主料：自烧氧化铝粉54份，氧化铝粉34份，高岭土4份，焦宝石2份；

[0059] 复合烧结助剂：透辉石3份，滑石2份，白云石1份；

[0060] （2）将自烧氧化铝粉、市售氧化铝粉、高岭土、焦宝石和复合烧结助剂放入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为8μm，水分控制在43%，采用氧化铝球石作为研磨介质，按质量比料：球：水=1：2.5：0.8，过40目筛后，用柱塞泵将泥浆泵入卧式砂磨机中球磨，主轴转速1230r/min，浆料细度为2.3μm，研磨介质采用耐磨氧化铝微珠，按质量比浆：球=1：4，过180目筛放入中转浆池，在用柱塞泵将泥浆泵入间歇式球磨机中球磨15h，浆料细度为1.9μm，采用氧化铝球为研磨介质，按质量比浆：球=1：3，过180目筛，电磁除铁后得到陶瓷泥浆。

[0061] （3）将步骤（2）得到的陶瓷泥浆采用离心式喷雾造粒塔干燥，在双层回转筛中过40目和140目筛，得到40-140目之间的造粒粉，塔顶温度为540℃，下口温度100℃，造粒粉水分控制在1%。

[0062] （4）将步骤（3）得到的陶瓷造粒粉在自动成球机中压制成半成品球坯。

[0063] （5）将步骤（4）所得到半成品球坯在高温隧道窑采用低温慢烧工艺，以8～25℃/min的加热速度自室温升温至1405～1415℃烧成，保温12h，再以15～30℃/min的冷却速度降温，得到氧化铝干磨瓷球。产品性能见表3。

[0064] 表3实施例1-3产品的性能指标

[0065]当量磨耗‰ 二次磨耗‰ 比重g/cm3 抗压KN 磨后外观
实施例1 0.012 0.002 3.72 400 无缺陷
实施例2 0.015 0.003 3.73 360 无缺陷
实施例3 0.011 0.003 3.78 390 无缺陷