一种金属陶瓷复合耐磨材料的制备方法与流程

2021-01-30 00:01:59|

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本发明涉及一种金属陶瓷复合材料的制备方法，属于工业固废资源回收再利用和环境保护领域。

背景技术：

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随着社会经济的不断发展，我国对铜矿资源的需求日益增加，铜矿资源的开采规模不断扩大，产生大量炼铜尾渣。炼铜尾渣不仅占用空间大，存在较大的安全隐患，还对环境造成严重的损害。在铜矿资源不断消耗的情况下,炼铜尾渣资源的二次利用是当前实现资源循环利用的重要举措，如何对炼铜尾渣加以综合利用和实现环境保护是各国共同关心的问题。
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炼铜尾渣既是工业固废,也是一种特殊的资源。目前国内外尚未研究出利用炼铜尾渣制备金属陶瓷复合材料的技术方案，也没有出现相关的论文报道。利用工业固废炼铜尾渣制造出高价值的陶瓷复合材料，既可以减轻铜生产工业处理尾矿的负担，又可以拓展获取陶瓷原料的渠道，真正实现了炼铜尾渣的废料循环利用。

技术实现要素：

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本发明的目的就是要解决以上问题，提供一种金属陶瓷复合耐磨材料的制备方法，利用工业固废炼铜尾渣经过特殊工艺的处理提炼出金属铁粉，再由金属铁粉制备成金属陶瓷复合材料，实现工业固废循环利用，解决工业固废造成的资源浪费，环境污染的问题。
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本发明的技术方案是这样得以实现的：一种金属陶瓷复合耐磨材料的制备方法，其特点是：包括下述步骤：
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步骤一：在炼铜尾矿渣中加入：氧化钙、颗粒度0.7－3mm的还原剂焦粉、氟化镁、氟化钾、氟化钙；还原温度1100度，还原时间为2小时，烘炉转速每分钟20一80转，还原出金属铁粉；
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原料的质量比配方：氧化钙：0.6－8％，还原剂焦粉：8－20％，氟化镁：0.3－5％，氟化钾：0.4－6％，氟化钙：0.03－3％，炼铜尾矿渣：余量；原料的质量百分比之和为100％；
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步骤二：将步骤一所得的金属铁粉放入中频炉中，温度设定为1580度，待金属铁粉变为溶液后放入碳化硅、碳化硼、硼砂、棕刚玉粉、石墨，搅拌5分钟最后加入纳米二氧化硅、二氧化钛、氟化铵、稀土镁、铌，搅拌十分钟；再进行900－1100度水淬，200度回火处理，铸造出金属陶瓷复合耐磨材料；
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原料的质量比配方：碳化硅：1.5-3％，碳化硼：1-3％，硼砂：0.5-1.5％，棕刚玉粉：2-5％，石墨：2.4-6％，纳米二氧化硅：0.5-3％，二氧化钛：0.5-3％，氟化铵：0.3-1.5％，稀土镁：0.3-1.5％，铌：0.3-1.5％，金属铁粉：余量；原料的质量百分比之和为100％。
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进一步的：所述的炼铜尾矿渣为炼铜过程中产生的工业固废。
[0011]
进一步的：所述的还原出金属铁粉之后的反应物渣还可以再次利用，用作水泥材
料。
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本发明的有益效果：
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(1)本发明利用炼铜尾矿渣制备金属陶瓷复合材料，减少尾矿渣的废石占地，优化环境，可以实现废弃物资源化利用，提高资源利用率，同时具有显著的经济效益和社会效益。
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(2)本发明制成的金属陶瓷复合材料，整体硬度hrc55一65，表面硼化物，碳化物，硬度为hv1400－1800，韧性大于10j/cm2，动态断裂韧性大于30mpa.m1/2。耐磨性能高于高铬铸铁，成本低于高络铸铁三分之一。
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(3)本发明在铸造金属陶瓷复合耐磨材料中添加碳化硅，使石墨(c)形态发生变粗变短间距较大，增加铸铁共晶团数量及碳化物产物，硬度提高10％以上，加碳纤维抗拉强提高20－30mpa。
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(4)本发明提炼铁粉过程中产生的废渣可以再次利用，作为水泥材料。所产生的废气可以低温发电进行水处理，多次循环使用。所产生的废水可再次循环使用，节约水资源。在制备复合陶瓷工艺流程中，不仅废料被循环利用，保护了环境，节约了资源，同时真正做到无灰尘、无废气、无废渣。
具体实施方式
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实施例1：
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本发明的一种金属陶瓷复合耐磨材料的制备方法，其步骤为：
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步骤一：原料为炼铜过程中产生的炼铜尾矿渣，加入：0.6％氧化钙、8％的颗粒度0.7－3mm的还原剂焦粉、0.3％的氟化镁、0.4％的氟化钾、0.03％的氟化钙；质量百分比之和为100％，剩下90.67％均为炼铜尾矿渣；还原温度为1100度，还原时间为2小时，烘炉转速每分钟20一80转，还原铁粉。还原回收可获品位为98％以上的金属铁粉，产品量可达原尾矿渣的3分之一；
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步骤二：将步骤一所得的金属铁粉放入中频炉中，温度设定为1580度，待金属变为溶液后放入1.5％的碳化硅、1％的碳化硼、0.5％的硼砂、2％的棕刚玉粉、2.4％的石墨，搅拌5分钟最后加入0.5％的纳米二氧化硅、0.5％的二氧化钛、0.3％的氟化铵、0.3％的稀土镁、0.3％的铌；质量百分比之和为100％，剩下90.7％均为金属铁粉，搅拌十分钟；再进行900－1100度水淬，200度回火处理，铸造出钢球及衬板，铸造出金属陶瓷复合耐磨材料。
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实施例2：
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步骤一：原料为炼铜过程中产生的炼铜尾矿渣，加入：4％氧化钙、14％的颗粒度0.7－3mm的还原剂焦粉、2.5％的氟化镁、3.5％的氟化钾、1.6％的氟化钙；质量百分比之和为100％，剩下74.4％均为炼铜尾矿渣；还原温度为1100度，还原时间为2小时，烘炉转速每分钟20一80转，还原铁粉。还原回收可获品位为98％以上的金属铁粉，产品量可达原尾矿渣的3分之一；
[0023]
步骤二：将步骤一所得的金属铁粉放入中频炉中，温度设定为1580度，待金属变为溶液后放入2.3％的碳化硅、2％的碳化硼、1％的硼砂、3.5％的棕刚玉粉、4.2％的石墨，搅拌5分钟最后加入1.8％的纳米二氧化硅、1.8％的二氧化钛、0.9％的氟化铵、0.9％的稀土镁、0.9％的铌；质量百分比之和为100％，剩下80.7％均为金属铁粉，搅拌十分钟；再进行
900－1100度水淬，200度回火处理，铸造出钢球及衬板，铸造出金属陶瓷复合耐磨材料。
[0024]
实施例3：
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步骤一：原料为炼铜过程中产生的炼铜尾矿渣，加入：8％氧化钙、20％的颗粒度0.7－3mm的还原剂焦粉、5％的氟化镁、6％的氟化钾、3％的氟化钙；质量百分比之和为100％，剩下58％均为炼铜尾矿渣；还原温度为1100度，还原时间为2小时，烘炉转速每分钟20一80转，还原铁粉。还原回收可获品位为98％以上的金属铁粉，产品量可达原尾矿渣的3分之一；
[0026]
步骤二：将步骤一所得的金属铁粉放入中频炉中，温度设定为1580度，待金属变为溶液后放入3％的碳化硅、3％的碳化硼、1.5％的硼砂、5％的棕刚玉粉、6％的石墨，搅拌5分钟最后加入3％的纳米二氧化硅、3％的二氧化钛、1.5％的氟化铵、1.5％的稀土镁、1.5％的铌；质量百分比之和为100％，剩下71％均为金属铁粉，搅拌十分钟；再进行900－1100度水淬，200度回火处理，铸造出钢球及衬板，铸造出金属陶瓷复合耐磨材料。

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