[发明专利]利用废弃陶粒砂制备的3D打印用陶粒砂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用废弃陶粒砂制备的3D打印用陶粒砂及其制备方法，以废陶粒、含铝矿石、含硅废料作为原料，溶液中的硅酸钠可作为粘结剂，通过喷雾促进材料之间黏连形成规则的球形，同时，加入氢氧化钠和硅酸钠，为混合材料提供碱性环境，打破物料中的的玻璃体，促使废陶粒砂中的氧化硅，氧化铝等成分发生反应，提高产品强度。首先在500℃下预烧，然后在1200℃高温下烧结，各有效成分之间迅速反应结晶，形成晶体结构完善的陶粒砂，增加产品的力学性能和耐火性能。本发明实现多种工矿废料的再生利用，制备工艺简单，节能环保，降低了陶粒砂的成本。制备所得的陶粒砂结构均匀、密实度高、形态完整、力学性能优异、耐高温及耐腐蚀性强。

技术领域

本发明涉及陶粒砂制备技术领域，具体地，涉及一种利用废弃陶粒砂制备的3D打印用陶粒砂及其制备方法。

背景技术

3D打印是一种或几种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印过程中材料容易破碎产生粉尘等微小颗粒，容易将3D打印机的打印头堵塞，从而导致打印头寿命变短，增加了设备维护成本，3D打印材料的研发和突破是3D打印技术推广应用的基础，也是满足打印的根本保障。

陶粒砂是一种或几种以莫来石相为主的耐火材料，由于其在铸造方面表现出的优良的高温稳定性、良好的流动性、细颗粒物含量低、角形系数低的特点，能够在铸造中替代硅砂。但是，由于陶粒砂存在成本高、浪费大等问题，制约了其在铸造3D打印技术中的应用与发展。因此，在某种程度上，陶粒砂作为3D打印技术发展的重要基础材料，对其进行循环利用决定其在3D打印技术中能否有更广阔的应用。

近年来对废砂及铝土矿作为原材料制备陶粒砂的技术研究越来越多，废砂循环利用技术能有效利用废砂这种固体废弃物、减轻环境压力。但是现有技术中利用废砂制备陶粒砂过程中，高温焙烧环节多、焙烧时间长，能源耗费严重，同时化学试剂及其他辅助原料使用较多且制备工艺繁琐，因此，在另一种程度上提高了陶粒砂的制备成本，不利于废旧陶粒砂的工业应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供了一种利用废弃陶粒砂制备3D打印用陶粒砂的方法，解决3D打印用砂成本高、循环利用能耗严重、辅料多及工艺繁琐的问题，解决铸造行业产业化推广受制于砂子限制的问题，使3D打印用砂满足在铸造行业产业化推广的条件。

本发明提供了一种利用废弃陶粒砂制备的3D打印用陶粒砂，其特征在于，陶粒砂包括以下重量份的组分：废陶粒砂50～80份、含铝矿石10～20份、含硅废料10～40份。

本发明还提供了一种利用废弃陶粒砂制备3D打印用陶粒砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)称取以下重量份原料：废陶粒砂50～80份、含铝矿石10～20份、含硅废料10～40份，通过研磨、混料和筛选得到混合粉料A；

(2)按照质量比硅酸钠：氢氧化钠：水＝(305～455)：(61～91)：(100～140)的量，将硅酸钠、氢氧化钠加入水中，充分搅拌溶解形成溶液B；

(3)将溶液B通过喷雾形式加入到混合粉料A中同时造粒得到陶粒砂生球；

(4)将陶粒砂生球置于马弗炉中，先在500℃下烧结30min，然后在1200℃下烧结60min，随炉冷却后进行筛分，得到不同粒径区间的陶粒砂。

优选的，步骤(1)中所述研磨过程是在搅拌磨中进行，研磨时间为2h；所述混料过程是在三维混料机中进行，混料时间为3h；所述筛选过程是用200目筛网进行筛选。

优选的，步骤(3)中利用喷雾器将溶液B喷入造粒机中，制备成粒度为20～80目的陶粒砂生球。