摘 要 本文針對(duì)目前市場(chǎng)上純氧化鋁粉原料價(jià)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(hù)。

關(guān)鍵詞 氧化鋁瓷球，磨損率，密度，市場(chǎng)前景

1前言

研磨介質(zhì)是用來對(duì)原材料進(jìn)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(chǎng)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(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，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(jià)格上漲較快，目前仍居高不下，而激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)又使得氧化鋁瓷球的價(jià)格一降再降，所以尋求低價(jià)格原料是目前生產(chǎn)氧化鋁瓷球亟待解決的問題。

2實(shí)驗(yàn)

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(dá)到降低燒成溫度的目的。實(shí)驗(yàn)主要原料的化學(xué)成分如表1所示；實(shí)驗(yàn)配方的化學(xué)組成見表2。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，本實(shí)驗(yàn)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(jìn)球磨罐內(nèi)，以料:球:水=1:2:1球磨48h，烘干漿料，研細(xì)過40目篩；把造粒后的粉料裝進(jìn)橡膠模具，然后用濕袋法等靜壓成形，壓力為70MPa、保壓時(shí)間為60s。將成形后的瓷球放進(jìn)硅鉬爐進(jìn)行常壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度1360℃、保溫2h，然后自然冷卻。實(shí)驗(yàn)工藝過程如圖1所示；燒成曲線見圖2。

2.3 性能測(cè)試方法

測(cè)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(cè)定

實(shí)驗(yàn)以吸水率來表征瓷球的燒結(jié)情況，其計(jì)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(cè)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(jì)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(cè)試

本實(shí)驗(yàn)利用排水法測(cè)定比重。其計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 樣品的性能測(cè)試

樣品的性能測(cè)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(jià)格的原料是今后工業(yè)發(fā)展的方向。

本試驗(yàn)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(jià)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(bào)道，利用CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂體系燒成，降溫效果更好。本實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(huì)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(xì)晶、致密的產(chǎn)品，增強(qiáng)產(chǎn)品的耐磨性。但MgO的加入量不能過大，否則，會(huì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)引入的TiO₂量較多時(shí)，必須嚴(yán)格控制燒成氣氛，否則產(chǎn)品容易泛黃。

5市場(chǎng)前景^[6]

隨著陶瓷廠家對(duì)瓷球質(zhì)量的要求越來越高，中鋁球由于價(jià)廉而質(zhì)不優(yōu)，其市場(chǎng)前景不容樂觀。事實(shí)也說明，很多瓷球廠家正準(zhǔn)備向高檔次的產(chǎn)品看齊。就江西來說，已有不少廠家準(zhǔn)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(jì)，純氧化鋁原料價(jià)格在

5 000元/t以上、加工成本近2 500元/t甚至更高，加上運(yùn)費(fèi)等其它費(fèi)用，生產(chǎn)成本近8000元/t。而高鋁球（含鋁92%）目前的市場(chǎng)價(jià)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(jià)格適中，很受廠家的青睞。目前，市場(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)；

（2） 實(shí)驗(yàn)利用CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂體系燒成瓷球，降低了燒成溫度；

（3） 本實(shí)驗(yàn)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(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

（4） 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的白色中高鋁瓷球市場(chǎng)前景樂觀。

參考文獻(xiàn)

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6 劉永先.我國氧化鋁瓷球的生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景[J].陶瓷，2000（1）：18～20