[發明專利]利用廢棄陶粒砂制備的3D打印用陶粒砂及其制備方法

在審

• 申請號: 202110277803.1
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112960967A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李茂輝;楊少林;陸有軍;韓鳳蘭;邢質冰
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: C04B33/132
• 分類號: C04B33/132;C04B33/13;C04B33/135;C04B33/16;C04B33/24;C04B33/32;B33Y70/00
• 代理公司: 銀川瑞海陳知識產權代理事務所(普通合伙) 64104
• 代理人: 贠天娥

本發明公開了一種利用廢棄陶粒砂制備的3D打印用陶粒砂及其制備方法，以廢陶粒、含鋁礦石、含硅廢料作為原料，溶液中的硅酸鈉可作為粘結劑，通過噴霧促進材料之間黏連形成規則的球形，同時，加入氫氧化鈉和硅酸鈉，為混合材料提供堿性環境，打破物料中的的玻璃體，促使廢陶粒砂中的氧化硅，氧化鋁等成分發生反應，提高產品強度。首先在500℃下預燒，然后在1200℃高溫下燒結，各有效成分之間迅速反應結晶，形成晶體結構完善的陶粒砂，增加產品的力學性能和耐火性能。本發明實現多種工礦廢料的再生利用，制備工藝簡單，節能環保，降低了陶粒砂的成本。制備所得的陶粒砂結構均勻、密實度高、形態完整、力學性能優異、耐高溫及耐腐蝕性強。

技術領域

本發明涉及陶粒砂制備技術領域，具體地，涉及一種利用廢棄陶粒砂制備的3D打印用陶粒砂及其制備方法。

背景技術

3D打印是一種或幾種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印過程中材料容易破碎產生粉塵等微小顆粒，容易將3D打印機的打印頭堵塞，從而導致打印頭壽命變短，增加了設備維護成本，3D打印材料的研發和突破是3D打印技術推廣應用的基礎，也是滿足打印的根本保障。

陶粒砂是一種或幾種以莫來石相為主的耐火材料，由于其在鑄造方面表現出的優良的高溫穩定性、良好的流動性、細顆粒物含量低、角形系數低的特點，能夠在鑄造中替代硅砂。但是，由于陶粒砂存在成本高、浪費大等問題，制約了其在鑄造3D打印技術中的應用與發展。因此，在某種程度上，陶粒砂作為3D打印技術發展的重要基礎材料，對其進行循環利用決定其在3D打印技術中能否有更廣闊的應用。

近年來對廢砂及鋁土礦作為原材料制備陶粒砂的技術研究越來越多，廢砂循環利用技術能有效利用廢砂這種固體廢棄物、減輕環境壓力。但是現有技術中利用廢砂制備陶粒砂過程中，高溫焙燒環節多、焙燒時間長，能源耗費嚴重，同時化學試劑及其他輔助原料使用較多且制備工藝繁瑣，因此，在另一種程度上提高了陶粒砂的制備成本，不利于廢舊陶粒砂的工業應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供了一種利用廢棄陶粒砂制備3D打印用陶粒砂的方法，解決3D打印用砂成本高、循環利用能耗嚴重、輔料多及工藝繁瑣的問題，解決鑄造行業產業化推廣受制于砂子限制的問題，使3D打印用砂滿足在鑄造行業產業化推廣的條件。

本發明提供了一種利用廢棄陶粒砂制備的3D打印用陶粒砂，其特征在于，陶粒砂包括以下重量份的組分：廢陶粒砂50～80份、含鋁礦石10～20份、含硅廢料10～40份。

本發明還提供了一種利用廢棄陶粒砂制備3D打印用陶粒砂的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)稱取以下重量份原料：廢陶粒砂50～80份、含鋁礦石10～20份、含硅廢料10～40份，通過研磨、混料和篩選得到混合粉料A；

(2)按照質量比硅酸鈉：氫氧化鈉：水＝(305～455)：(61～91)：(100～140)的量，將硅酸鈉、氫氧化鈉加入水中，充分攪拌溶解形成溶液B；

(3)將溶液B通過噴霧形式加入到混合粉料A中同時造粒得到陶粒砂生球；

(4)將陶粒砂生球置于馬弗爐中，先在500℃下燒結30min，然后在1200℃下燒結60min，隨爐冷卻后進行篩分，得到不同粒徑區間的陶粒砂。

優選的，步驟(1)中所述研磨過程是在攪拌磨中進行，研磨時間為2h；所述混料過程是在三維混料機中進行，混料時間為3h；所述篩選過程是用200目篩網進行篩選。

優選的，步驟(3)中利用噴霧器將溶液B噴入造粒機中，制備成粒度為20～80目的陶粒砂生球。