CN113213858A - 煤气化渣制备铝酸盐基3d打印材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明针对常规水泥基3D打印材料生产成本高、工艺复杂、配料过程中需要大量添加剂等问题，公开一种以煤气化渣为主要原材料制备高流动性3D打印材料的方法。其特征是：以煤气化渣为主要原料，通过添加铝酸盐水泥、除尘灰、硅灰、纳米粘土、缓凝剂、减水剂等，制备一种高流动性、环保无毒、易施工的3D打印材料。该打印材料具有一定流动性和形状保持性、保水性高、泌水性低、物料均一、打印流畅，打印产品层间密实，表观光滑无裂缝，具有良好的产业化应用前景。

Description

煤气化渣制备铝酸盐基3D打印材料的方法
技术领域
本发明涉及一种利用煤基固废制备3D打印材料的方法，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化利用技术，尤其适用于煤气化渣高附加值资源化利用。
背景技术
煤气化渣是煤炭在煤气化过程中产生一种残渣。我国煤气化渣的年排放量超过3000万吨，且逐年迅速增加，存在占地、污染环境等问题。目前国内关于煤气化渣资源循环利用技术欠缺，利用率低，途径少，尚未形成大规模资源化利用方案。为实现洁净煤技术的零排放，解决和开发气化渣副产品的环境安全利用途径，亟需开发煤气化渣的高值化利用技术。煤气化渣的主要成分为氧化硅和氧化铝等；质地较轻，颗粒粒径较小，结构多孔保水率较高；由于激冷而具有一定火山灰活性，但具有高含量的残碳，不能直接作为辅助胶凝材料和细集料，是制约建材化利用的一个重要因素。
3D打印主要通过数字化系统将3D图形或者模型的切片信息传递到控制系统，以逐层打印的方式自下到上将所需的产品打印成型，能将开发人员与设计产品直接联系起来，具有灵活性高、生产建造时间短、资源浪费少的特点。迄今尽管已经提出了几种用于建筑领域的3D打印材料，如申请号201610307917.5公开了一种3D打印砂浆的制备方法，申请号201711418643.8公开了一种用于3D打印建筑的防水保温砂浆。但是以固体废弃物为主要胶凝材料的3D打印材料的尝试和研究相对尚比较少见。本发明以煤气化渣为主要原料，以纳米粘土为触变剂对铝酸盐水泥进行改性，确定了一种操作简便、成本低廉的制备3D打印材料的方法。本发明可实现煤气化渣的资源化利用，节约填埋煤气化渣的土地，解决煤气化渣存储带来的环境污染问题，推动煤炭资源的清洁利用，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对现有的水泥基3D打印材料的生产成本高，工艺复杂，在配料过程中需要大量添加剂等问题，提出一种以煤气化渣为主要原材料制备高流动性3D打印材料的方法。其特征是：以工业废弃物为主要原料，以纳米粘土为触变性调节剂的，得到一种高流动性、环保无毒、易施工的3D打印砂浆。该打印材料具有一定流动性和形状保持性，保水性高，泌水性低，物料均一性高，降低了打印难度；打印产品层间粘结面积大、层间粘结性好；适用于水泥基3D打印。该制备方法使用脱碳后煤气化渣作为的辅助胶凝材料和细集料，能够改善3D打印材料流动性、形状保持性、保水性，有效降低3D打印材料的成本，还能拓展煤气化渣高价值利用途径。
本发明通过以下技术方案实现：
S1，将煤气化渣烘干、研磨后过100目筛；
S2，将上述煤气化渣在600℃高温处理2h，制备成辅助胶凝材料；
S3，将减水剂、硅灰、纳米粘土和除尘灰混合，搅拌均匀，配置成干粉A；
S4，将3中的干粉A与S2得到的辅助胶凝材料、铝酸盐水泥混合均匀，得到干粉B，然后向干粉B中加入缓凝剂与水，低速搅拌2分钟后再高速搅拌2分钟装料打印。其中辅助胶凝材料、水泥、除尘灰、硅灰、纳米粘土、缓凝剂、减水剂和水的质量百分比含量的份数比为：辅助胶凝材料40-70，铝酸盐水泥30-60，除尘灰5-15，硅灰1-2，纳米粘土0.5-1.5，缓凝剂0.01-0.03，减水剂1-2，水32-38,。
按上述方案，所述的缓凝剂为一水合柠檬酸、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠中的一种或几种混合体；
按上述方案，所述的减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。
本方法具备的以下特点：
1、采用工业废弃物为原料，工艺简单，成本低廉，具有良好的环境效益；
2、可以消纳煤气化渣，提高资源利用效率，为煤气化渣高价值回收利用开辟一条新的途径；3、利用煤气化渣改善3D打印材料的流动性、形状保持性和保水性，能够保证打印的顺利进行。
下面结合说明书附图和实施方案进一步阐述本发明的内容。
附图说明
为进一步了解本发明，下面以附图描述本发明的工艺流程，以及制备的材料打印后产品的具体形貌特征。
图1是煤气化渣制备3D打印材料的工艺流程图。
图2是制备打印砂浆经打印后的形貌特征，所打印产品层间密实，表观光滑无裂缝。
具体实施方式：
下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1：
根据图1流程图，将煤气化渣烘干研磨过100目筛，600℃处理2h，制成辅助胶凝材料。先将先将1份减水剂、1份硅灰、1份纳米粘土、5份除尘灰混合，作为干粉A备用。将干粉A、48份水泥和52份辅助胶凝材料混合作为干粉B备用。将0.02份三聚磷酸钠与35份水搅拌均匀后缓慢加入到混合均匀的干粉B中，搅拌均匀后装料打印。该砂浆流动度161mm。砂浆在3D打印机的打印参数喷头直径为6.3mm，采用0.1MPa泵压，打印速度为1800mm/s的条件下能持续地、连续地、打印长度为200mm的细丝，无中断和堵塞发生。打印长丝具有在没有明显变形甚至塌陷的情况下承受随后堆叠的层的自重的能力。其单位平均打印高度与平均水平宽度的比值0.819。所打印产品层间无缝隙，表观光滑无裂缝(图2)。
实施例2：
根据图1流程图，将煤气化渣烘干研磨过100目筛，600℃处理2h，制成辅助胶凝材料。先将先将1.5份减水剂、2份硅灰、1.5份纳米粘土、10份除尘灰混合，作为干粉A备用。将干粉A、40份水泥和60份辅助胶凝材料混合作为干粉B备用。将0.03份缓凝剂与32.5份水搅拌均匀后缓慢加入到混合均匀的干粉B中，搅拌均匀后装料打印。该砂浆流动度155mm。砂浆在3D打印机的打印参数喷头直径为6.3mm，采用0.2MPa泵压，打印速度为1800mm/s的条件下能持续地、连续地、打印长度为200mm的细丝，无中断和堵塞发生。打印长丝具有在没有明显变形甚至塌陷的情况下承受随后堆叠的层的自重的能力。其单位平均打印高度与平均水平宽度的比值0.851。所打印产品层间无缝隙，表观光滑无裂缝。
实施例3：
根据图1流程图，将煤气化渣烘干研磨过100目筛，600℃处理2h，制成辅助胶凝材料。先将先将1.2份减水剂、1份硅灰、0.5份纳米粘土、15份除尘灰混合，作为干粉A备用。将干粉A、35份水泥和65份辅助胶凝材料混合作为干粉B备用。将0.02份一水合柠檬酸与36.5份水搅拌均匀后缓慢加入到混合均匀的干粉B中，搅拌均匀后装料打印。该砂浆流动度155mm，在3D打印机的打印参数喷头直径为6.3mm，采用0.1MPa泵压，打印速度为1800mm/s的条件下能持续地、连续地、打印长度为200mm的细丝，无中断和堵塞发生。打印长丝具有在没有明显变形甚至塌陷的情况下承受随后堆叠的层的自重的能力。其单位平均打印高度与平均水平宽度的比值0.825。所打印产品层间无缝隙，表观光滑无裂缝。
上述实例中，所用煤气化渣由宁东煤化工基地一家煤气化企业提供。本发明不限于上述实施例，所述内容均可实施，并具有良好的效果。

Claims (3)

1.煤气化渣制备铝酸盐基3D打印材料的方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
S1，将煤气化渣烘干、研磨后过筛，粒度小于150微米；
S2，将上述煤气化渣在600℃高温处理2小时，制成辅助胶凝材料；
S3，将减水剂、硅灰、纳米粘土和除尘灰混合，搅拌均匀，配置成干粉A；
S4，然后与铝酸盐水泥和步骤S2中得到的辅助胶凝材料混合搅拌均匀得到干粉B，然后向干粉B中加入缓凝剂和水，搅拌均匀制成铝酸盐基3D打印材料。
2.根据权利1所述的煤气化渣制备铝酸盐基3D打印材料的方法，其特征在于，步骤S3中所述煤气化渣制成的辅助胶凝材料、铝酸盐水泥、除尘灰、硅灰、纳米粘土、缓凝剂、减水剂和水的质量百分比含量按份数比为：辅助胶凝材料40-70，铝酸盐水泥30-60，除尘灰5-15，硅灰1-2，纳米粘土0.5-2，缓凝剂0.01-0.03，减水剂1-2，水32-38。
3.根据权利1所述的煤气化渣制备铝酸盐基3D打印材料的方法，其特征在于，步骤S4中所述的缓凝剂为一水合柠檬酸、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠中的一种或几种混合体；所述的减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。
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