CN110183206A - 一种铸造用陶粒砂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铸造材料领域，尤其涉及一种铸造用陶粒砂。本发明的陶粒砂原料由以下组分组成：铸造废灰、烧结除尘灰份、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉、聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、膨润土、三氧化二铬、轻烧氧化镁粉、硅微粉、石墨烯改性活性炭。本发明通过各原料的添加及相互之间的协同作用，制备的铸造用陶粒砂具有较强的耐高温能力以及较低的破碎率，可有效提高产品的铸造质量。

Description

一种铸造用陶粒砂
技术领域
本发明涉及铸造材料领域，尤其涉及一种铸造用陶粒砂。
背景技术
铸造业属于国民基础行业，铸造常用砂以硅砂、锆砂、宝珠砂、陶粒砂等为主。陶粒砂是利用各类粘土、板岩、页岩、煤矸石及工业固体废弃物等多种原料，经过陶瓷烧结而成，一般是用来取代混凝土中的碎石和卵石。陶粒砂具有密度低、保温隔热、抗渗性优异、抗碱集料反应性优异、吸水率低、抗冻性能和耐久性能好等众多优点。目前铸造用陶粒砂主要是用高铝矿石为原料制备，如公开号为CN101560382A的中国发明专利公开了一种高强度陶粒支撑剂及其制备方法，它是由铝土矿粉、锰矿粉、钛精矿粉、膨润土和氧化镁制备而成，经过混合均匀、造粒、干燥、焙烧等工艺制备而成。但采用该专利制备陶粒砂存在生产成本高、陶粒强度低等缺点。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种铸造用陶粒砂，以固体废弃物为主要原料，降低生产成本，且制得的陶粒砂具有较高的抗压强度和耐高温性能。
本发明采用以下技术方案：
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰30-50份、烧结除尘灰20-30份、锆英砂16-30份、凹凸棒石粘土尾矿粉10-20份、铝渣粉8-18份、聚四氟乙烯4-12份、木质素磺酸钙5-10份、超细氧化铝粉末4-10份、膨润土2-6份、三氧化二铬3-9份、轻烧氧化镁粉4-12份、硅微粉5-10份、石墨烯改性活性炭6-16份。
烧结除尘灰是烧结厂中烧结过程产生的灰尘，由于烧结原料中含有大量的细微物料，这些物料经过抽风进入主管道成为粉尘，大部分被除尘系统收集获得；还有部分是烧结机上烧成的烧结矿在卸矿、破碎、冷却过程中产生的粉尘，经过除尘系统收集获得；还包括冷却机尾部卸矿时产生的粉尘，烧结矿进入筛分系统筛分过程中产生的粉尘，筛分烧结矿过程中产生的粉尘，以及烧结返矿运输过程中产生的粉尘。
进一步的，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰35份、烧结除尘灰20份、锆英砂28份、凹凸棒石粘土尾矿粉12份、铝渣粉15份、聚四氟乙烯8份、木质素磺酸钙8份、超细氧化铝粉末7份、膨润土4份、三氧化二铬6份、轻烧氧化镁粉8份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭11份。
进一步的，陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
进一步的，步骤(1)中搅拌速率为2000-3000转/分，搅拌时间为15-25min，雾化时间为8-10min。
进一步的，步骤(2)中混炼温度为180-200℃。
进一步的，步骤(4)中焙烧温度为550-700℃，焙烧升温时间为50-70min，之后再恒温100min。
本发明的铸造用陶粒砂，以铸造废灰、烧结除尘灰等固体废弃物为原料，既降低了陶粒砂制备成本又实现了固废资源的二次利用，节能环保。添加的超细氧化铝粉末，具有超细粉末的性质，具有高强度、高硬度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优异的特性，有助于增强陶粒砂的强度和耐热性能。聚四氟乙烯在高温烧结时，会分散出产物氟光气，具有超强活性，能够部分氟原子替换氧化铝中的铝，增加晶格的空穴量提高陶粒砂的活性；同时木质素磺酸钙在混合过程中具有很好的分散性，在高温条件下分解成活性硫元素和氧化钙，硫元素掺杂到利用聚四氟乙烯分解产生的氧化铝的晶格中的活性空穴中，形成空间电子云可以有效提高晶格层之间的稳定性，降低陶粒砂的热膨胀系数。添加的轻烧氧化镁粉具有耐热、阻燃的性能，还可进一步提高陶粒砂的抗压强度。添加的石墨烯改性活性炭具有优异的光学、电学、力学特性，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，增加了陶粒砂的韧性。添加的三氧化二铬对酸碱都有很好的稳定性。本发明通过各种原料的添加及相互的混合作用，制得的陶粒砂具有较低的破碎率和较高的耐火度，同时具有强度高、质量稳定、耐腐蚀和抗震性能好的特点，可有效提高产品的铸造质量。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰45份、烧结除尘灰25份、锆英砂16份、凹凸棒石粘土尾矿粉10份、铝渣粉18份、聚四氟乙烯12份、木质素磺酸钙5份、超细氧化铝粉末10份、膨润土2份、三氧化二铬6份、轻烧氧化镁粉4份、硅微粉5份、石墨烯改性活性炭8份。
本实施例中的陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌速率为2000转/分，搅拌时间为15min，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，雾化时间为9min，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，混炼温度为180℃，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，焙烧温度为625℃，焙烧升温时间为50min，之后再恒温100min，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
实施例2
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰30份、烧结除尘灰22份、锆英砂23份、凹凸棒石粘土尾矿粉20份、铝渣粉8份、聚四氟乙烯4份、木质素磺酸钙10份、超细氧化铝粉末9份、膨润土6份、三氧化二铬9份、轻烧氧化镁粉12份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭16份。
本实施例中的陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌速率为3000转/分，搅拌时间为25min，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，雾化时间为9min，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，混炼温度为200℃，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，焙烧温度为700℃，焙烧升温时间为70min，之后再恒温100min，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
实施例3
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰50份、烧结除尘灰30份、锆英砂30份、凹凸棒石粘土尾矿粉12份、铝渣粉15份、聚四氟乙烯6份、木质素磺酸钙6份、超细氧化铝粉末4份、膨润土4份、三氧化二铬3份、轻烧氧化镁粉6份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭6份。
本实施例中的陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌速率为2500转/分，搅拌时间为18min，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，雾化时间为8min，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，混炼温度为185℃，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧升温时间为55min，之后再恒温100min，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
实施例4
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰35份、烧结除尘灰28份、锆英砂18份、凹凸棒石粘土尾矿粉12份、铝渣粉15份、聚四氟乙烯10份、木质素磺酸钙9份、超细氧化铝粉末5份、膨润土4份、三氧化二铬6份、轻烧氧化镁粉10份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭14份。
本实施例中的陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌速率为2500转/分，搅拌时间为22min，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，雾化时间为10min，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，混炼温度为195℃，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，焙烧温度为680℃，焙烧升温时间为70min，之后再恒温100min，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
实施例5
一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰35份、烧结除尘灰20份、锆英砂28份、凹凸棒石粘土尾矿粉12份、铝渣粉15份、聚四氟乙烯8份、木质素磺酸钙8份、超细氧化铝粉末7份、膨润土4份、三氧化二铬6份、轻烧氧化镁粉8份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭11份。
本实施例中的陶粒砂采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌速率为2500转/分，搅拌时间为20min，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，雾化时间为9min，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，混炼温度为180℃，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧升温时间为60min，之后再恒温100min，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
对比例1
本对比例原料中不包括聚四氟乙烯和木质素磺酸钙，其余原料和制备方法与实施例1一致。
对比例2
本对比例原料中不包括超细氧化铝粉末，其余原料和制备方法与实施例1一致。
对比例3
本对比例原料中不包括轻烧氧化镁粉，其余原料和制备方法与实施例1一致。
对比例4
本对比例原料中不包括石墨烯改性活性炭，其余原料和制备方法与实施例1一致。
表1陶粒砂性能测试结果
由表1可知，本申请各实施例中制得的铸造用陶粒砂可承受1250℃以上高温，且在闭合压力52MPa下破碎率小于4％，得到了具有较高耐温能力和较低破碎率的铸造用陶粒砂，有效的提高了产品铸造质量，适宜广泛应用。且通过与对比例的比对可知本发明通过聚四氟乙烯、木质素磺酸钙等原料的添加及协同作用，对陶粒砂的耐高温能力和强度等都有一定程度的提高。同时本发明实现了对铸造废灰、烧结除尘灰等固废资源的二次利用，节能环保，降低成本，具有良好的经济效益。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种铸造用陶粒砂，其特征在于，所述陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰30-50份、烧结除尘灰20-30份、锆英砂16-30份、凹凸棒石粘土尾矿粉10-20份、铝渣粉8-18份、聚四氟乙烯4-12份、木质素磺酸钙5-10份、超细氧化铝粉末4-10份、膨润土2-6份、三氧化二铬3-9份、轻烧氧化镁粉4-12份、硅微粉5-10份、石墨烯改性活性炭6-16份。
2.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂，其特征在于，所述陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造废灰35份、烧结除尘灰20份、锆英砂28份、凹凸棒石粘土尾矿粉12份、铝渣粉15份、聚四氟乙烯8份、木质素磺酸钙8份、超细氧化铝粉末7份、膨润土4份、三氧化二铬6份、轻烧氧化镁粉8份、硅微粉10份、石墨烯改性活性炭11份。
3.根据权利要求1或2所述的铸造用陶粒砂，其特征在于，采用以下步骤制备：
(1)将铸造废灰、烧结除尘灰、锆英砂、凹凸棒石粘土尾矿粉、铝渣粉按配比混合后加入搅拌釜中搅拌混合，搅拌过程中对混合物进行雾化处理，边搅拌边雾化，得到混合物A；
(2)将聚四氟乙烯、木质素磺酸钙、超细氧化铝粉末、轻烧氧化镁粉、硅微粉混合后加入混炼机中混炼，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，再在混合物中加入膨润土、三氧化二铬和石墨烯改性活性炭，在常温下充分搅拌混合，得到混合物C；
(4)将混合物C加入造粒机中造粒，得到陶粒球，再将陶粒球加入回转窑中焙烧，将焙烧后的颗粒置于冷却机中冷却，即得到陶粒砂。
4.根据权利要求3所述的铸造用陶粒砂，其特征在于，步骤(1)中搅拌速率为2000-3000转/分，搅拌时间为15-25min，雾化时间为8-10min。
5.根据权利要求3所述的铸造用陶粒砂，其特征在于，步骤(2)中混炼温度为180-200℃。
6.根据权利要求3所述的铸造用陶粒砂，其特征在于，步骤(4)中焙烧温度为550-700℃，焙烧升温时间为50-70min，之后再恒温100min。
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