CN113563102A - 一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法 - Google Patents

一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于固废绿色处置与资源化利用技术领域的一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法。包括如下步骤：在铝灰渣或铝灰渣和陶瓷粉体的混合物中，加入分散剂、粘结剂、烧结助剂和水，混合均匀得到固液混合相浆料；浆料于模具中加热固化，成型后脱模、干燥烧结得到多孔陶瓷；浆料在固化过程中，含Al成分材料发生水解反应，发挥双重作用；水解反应生成的氢氧化铝溶胶将原料成分中的陶瓷颗粒固定其中；反应生成的气体在坯体中形成多孔结构，实现原位固化及自发泡。本发明利用铝灰渣的成分特性有效解决了铝灰渣的绿色处置与资源化难题，具有低成本、工艺简单、可调控性强、无需高昂设备、易于工业化生产的特点。

Description

一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法
技术领域
本发明属于固废绿色处置与资源化利用技术领域，尤其涉及一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法。
背景技术
铝灰渣是有色金属铝生产、消费和再利用过程中产生的固体废弃物。随着我国铝工业生产规模的不断扩大，铝产量的不断提高，铝灰渣的产生量也不断增加。目前，大部分生产企业仅将金属铝含量较高的一次铝灰回收利用，而回收后剩余的铝渣、二次铝灰等多以废渣的形式进行堆积或填埋处理，不仅造成了铝资源的浪费，而且还会对周围环境造成严重污染。目前，铝灰渣的处理主要包括堆存、填埋和资源化等。回收金属铝处理后的剩余铝渣和二次铝灰等由于金属铝含量较低，铝的主要存在形态为氧化铝，继续进行回收金属铝，难以实现较高回收率和经济效益，这些铝灰渣尚未实现有效的资源化利用。铝灰渣的综合利用技术主要包括生产化工原料、新材料以及建筑材料等。这些综合利用材料虽然具有良好的应用前景，但由于成分调控及生产工艺较复杂、生产成本高、利用率低、环境负担重等原因尚未实现大规模生产，并存在市场推广利用难等问题，使得研发新工艺以满足高效利用铝灰渣制备高附加值产品、节能降耗成为关注热点。
多孔陶瓷因将多孔结构引入到陶瓷材料中而具备体积密度低、比表面积高、导热系数低、耐高温、耐腐蚀等特点，在催化过滤、生物支架、保温隔热、轻质结构部件等方面具有广泛的应用。考虑到铝灰渣的污染性及资源性双重属性，结合铝灰渣的成分特点，针对铝灰渣为原料在制备过程中出现的水解严重产生有毒气体等问题，本发明提出了利用铝灰渣的成分特征并将其作为主要原料，通过自发水解辅助固化成型，实现自发泡与固化过程一体化并制备多孔坯体，进一步高温烧结获得轻质多孔陶瓷。
中国专利CN108689695A公开了一种铝灰在高铝陶瓷中的应用方法，其中铝灰未经漂洗、煅烧等方法处理，作为复合造孔剂加入到高铝陶瓷配方中，经配料、干法球磨、干压成型、烧成后获得抗热震性优良的多孔高铝陶瓷产品。然而该发明中主要原料为氧化铝粉85-99.8wt.％，铝灰添加量为0.2-15wt.％，其造孔原理为铝灰中金属铝、氮化物、碳化物等成分在高温下成孔，并且成型方式采用干压成型，整体工艺流程都避免了水的使用。
中国专利CN109704722B公开了一种铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法，将分离金属铝及脱氮处理之后的铝灰作为主要原料，通过添加辅助原料、增塑剂、粘结剂、流变剂、分散剂等，制备适合于有机泡沫浸渍工艺的具有良好稳定性和触变性的陶瓷浆料。该发明中主要原料铝灰已经过灰/铝分离及脱氮处理，所得浆料已经过消泡处理，主要为后续挂浆工序提供流变性能良好的浆料。
中国专利CN109970456A公开了一种铝灰渣回收及再利用方法，首先将铝灰渣进行铁杂质及金属铝的分离、水洗除氮化铝及盐类的预处理过程，进一步与高岭土、膨润土及滑石混合湿磨化浆，进而添加稳定剂、表面活性剂，经过挂浆、干燥、排胶、烧成获得泡沫陶瓷。然而该发明中铝灰渣的金属铝、氮化铝成分已去除，造孔及成型方式依靠有机泡沫浸渍工艺实现。
中国专利CN108996930A公开了一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，将铝灰渣进行预处理以去除盐类熔剂杂质，进而与高炉矿粉、粉煤灰混合后，引入稳泡剂和碱性激发剂，经发泡、成型、养护得到泡沫地质聚合物胶凝材料。但是该发明铝灰渣利用率仅为50wt.％-60wt.％，并且利用铝灰渣中金属铝成分作为发泡剂，成型方式主要为碱激发获得胶凝物质成型、养护实现。
目前，氮化铝陶瓷的制备主要通过热压烧结(中国专利CN112811909A)、或基于有机溶剂的胶态成型，包括中国专利CN113200747A及CN112939607A中的流延成型、CN112830793A中的凝胶注模成型、CN110981528B中的冷冻干燥工艺等。斯洛文尼亚的Kosmac提出在悬浮体中引入少量的氮化铝(1wt.％)，利用其热活化或热加速水解反应消耗悬浮体中的自由水，生成NH3改变悬浮体的pH值进而减少zeta电位；同时形成非晶态的氢氧化铝溶胶，最终提高悬浮体粘度，称为水解辅助固化成型。然而以氮化铝作为原料具有成本高的特点，该方法主要用于高固相含量陶瓷悬浮体的固化成型，且氮化铝添加量很低(1wt.％-5wt.％)，基于水解反应的造孔作用不明显。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，包括如下步骤：在铝灰渣或铝灰渣和陶瓷粉体的混合物中，加入分散剂、粘结剂、烧结助剂和水，混合均匀得到固液混合相浆料；浆料于模具中加热固化，成型后脱模、干燥烧结得到多孔陶瓷；固液混合相浆料在固化过程中，含Al成分材料发生水解反应，发挥双重作用；水解反应生成的氢氧化铝溶胶将原料成分中的陶瓷颗粒固定其中；反应生成的H2和NH3等作为气源在坯体中形成多孔结构，实现浆料的原位固化及自发泡。
添加的铝灰渣中成分包括：
AlN和单质铝；
或
AlN和单质铝以及Al4C3、AlP、Al2S3中的一种或几种；
上述发生水解反应Al基材料含量控制在5wt.％以上。
进一步的，添加的铝灰渣中还含有Al2O3和MgAl2O4、Si、SiO2、CaO、MgO、TiO2、Fe2O3、Na3AlF6、NaCl、KCl、NaAlCl4、KAlCl4中的一种或多种。
浆料在固化过程中，AlN、金属Al等Al基材料发生水解反应，发挥双重作用；水解反应生成的氢氧化铝溶胶将原料成分中的陶瓷颗粒固定其中；反应生成的H2和NH3等气体作为气源在坯体中形成多孔结构，实现浆料的原位固化及自发泡；此外，铝灰渣成分中的单质铝及其他铝质化合物也可与水发生水解反应生成固化过程关键物质Al(OH)3及发泡过程气体来源。
反应过程包含但不限于以下反应：
AlN+3H2O→AlOOH+NH3↑
NH3+H2O→NH4 ++OH-
AlOOH+H2O→Al(OH)3
2Al*+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
AlP+3H2O→Al(OH)3+PH3↑
Al2S3+6H2O→2Al(OH)3+3H2S↑
Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4↑
在固化成型过程中，铝灰渣中的Al、AlN等成分经水解转化为Al(OH)3溶胶，形成三维网络结构将陶瓷颗粒固定到其中，同时生成气体原位发泡得到多孔坯体；在后续烧结过程中，氢氧化铝及铝质成分转化为Al2O3，铝灰渣中原料成分的氧化物颗粒如Fe2O3、SiO2、CaO等能固溶到晶格中，还能起到助熔剂的作用，最终获得高附加值的轻质多孔陶瓷，实现了铝灰渣的资源化处置。
固液混合相浆料的固相含量为30-85wt.％；
原料固体为铝灰渣或铝灰渣和陶瓷粉体的混合物，总量为100％；其中，铝灰渣占原料固体总质量的15-100％；余量为陶瓷粉体。
分散剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％；
粘结剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％；
烧结助剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％。
所述铝灰渣包括电解铝灰、再生铝灰中的一种或两种。
铝灰渣在使用前进行预处理，具体步骤如下：
1)破碎和筛分：采用挤压式破碎装置破碎铝灰渣10-120min，破碎后的铝灰渣经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例≥90％，收集备用；
2)球磨和筛分：将破碎和筛分得到的物料在球磨机中干磨或酒精湿磨15min-72h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例≥98％，收集得到预处理完成后的铝灰渣原料。
所述陶瓷粉体为无机非金属材料粉体，包括氧化物和/或非氧化物陶瓷粉体，具体包括：氧化铝、石英、氮化硅、碳化硅、粉煤灰、煤矸石、高岭土、粘土、尾矿、冶金渣、废玻璃或其他硅铝质废渣均可。
鉴于铝灰渣中陶瓷成分包括Al2O3，利用铝灰渣的成型及发泡效果，铝灰渣作为氧化铝来源与其他硅铝质废渣或固废材料复合制备复相陶瓷或氧化铝陶瓷。
铝灰渣能以添加剂的方式与其他陶瓷粉体基质混合制备复合多孔陶瓷。
所述分散剂为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、Dolapix CE 64中的一种或几种；
所述粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、硅溶胶、Lithopix P 15中的一种或几种；
所述烧结助剂为CaO、MgO、SiO2、TiO2、SrO、V2O5、MnO、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Lu2O3、H3BO3中的一种或几种。
固液混合相浆料经球磨10min-48h得以分散均匀，注入无孔模具后密封，随后转移到烘箱中加热固化，脱模得到多孔坯体，随后在空气中干燥，最后在高温下烧结得到多孔陶瓷。所述模具材料为无孔金属、塑料、橡胶、玻璃中的任意一种。
进一步的，所述烘箱加热过程中烘箱温度为30-100℃，加热时间为1min-48h。
进一步的，干燥过程中干燥温度为30-100℃，保温1min-48h。
进一步的，高温烧结过程中烧结温度为800-2100℃，保温5min-48h。
所得轻质泡沫陶瓷具有孔分布均匀、低体积密度、高抗压强度、低导热系数的特点。
本发明的有益效果在于：
1.本申请中铝灰渣中的主要成分金属铝及AlN发生原位水解反应同时生成气体，发挥固化剂及发泡剂双重作用；水解反应生成的氢氧化铝溶胶将原料成分中的陶瓷颗粒固定到三维网络结构中的同时，利用反应生成的NH3、H2等作为气源在坯体中形成多孔结构，实现浆料的原位固化及自发泡联合效果。
2.本申请利用自发泡及原位水解固化成型制备多孔陶瓷坯体的方法，使得多孔陶瓷具有轻质、低体积密度的优点以及优异的机械性能及隔热性能，能广泛用作轻质保温隔热材料、过滤材料、催化剂载体以及轻质结构件等，且生产过程成本低廉，能够实现固体废弃物的处理回收，有利于环保，实现了铝灰渣的资源化处置。
附图说明
图1为本发明一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的流程图。
具体实施方式
以下结合附图1和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎10min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例为90％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中干磨72h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例98％。
原料固体为质量含量为100％二次铝灰渣，并添加占原料固体总质量0.05％的分散剂柠檬酸铵、占原料固体总质量0.01％的粘结剂聚乙烯醇、占原料固体总质量1％的烧结助剂SiO2后与水混合，球磨10min制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为85wt.％。
将固液混合相浆料注入无孔金属模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为30℃，加热时间为4h后浆料固化后，脱模，随后置于温度为100℃的烘箱中干燥10min得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在1500℃下保温30min烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为1.3mm、气孔率为82％、体积密度为0.71g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例2
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎100min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例98％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中酒精湿磨36h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例99％。
原料固体为铝灰渣和氧化铝陶瓷粉体的混合物，其中，铝灰渣的质量含量为15％，余量为氧化铝；并添加占原料固体总质量1％的分散剂聚丙烯酸铵、占原料固体总质量8％的粘结剂羧甲基纤维素钠、占原料固体总质量0.01％的烧结助剂CaO后与水混合，球磨3h制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为50wt.％。
将固液混合相浆料注入塑料模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为65℃，加热时间为48h后浆料固化，脱模，随后置于温度为70℃的烘箱中干燥48h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在1600℃下保温3h烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为65μm、气孔率为39％、体积密度为2.43g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例3
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎60min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例95％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中酒精湿磨30min，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例98％。
原料固体为铝灰渣和石英陶瓷粉体的混合物，其中铝灰渣的质量含量为50％，余量为石英粉体；添加占原料固体总质量0.5％的分散剂四甲基氢氧化铵、占原料固体总质量10％的粘结剂硅溶胶、占原料固体总质量10％的烧结助剂H3BO3后与水混合，球磨30min制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为30wt.％。
将固液混合相浆料注入橡胶模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为100℃，加热时间为1min后浆料固化，脱模，随后置于温度为60℃的烘箱中干燥6h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在1250℃下保温5min烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为88μm、气孔率为45％、体积密度为1.78g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例4
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎120min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例99％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中干磨65h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例98％。
原料固体为铝灰渣和粉煤灰陶瓷粉体的混合物，其中，铝灰渣的质量分数为80％，余量为粉煤灰；并添加占原料固体总质量5％的分散剂四乙基氢氧化铵、占原料固体总质量5％的粘结剂Lithopix P 15、占原料固体总质量8％的烧结助剂为TiO2后与水混合，球磨6h制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为60wt.％。
将固液混合相浆料注入玻璃模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为50℃，加热时间为6h后浆料固化，脱模，随后置于温度为30℃的烘箱中干燥24h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在1400℃下保温10h烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为320μm、气孔率为89％、体积密度为0.41g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例5
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎30min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例93％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中干磨50h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例98％。
原料固体为铝灰渣和氮化硅陶瓷粉体的混合物，其中铝灰渣的质量含量为30％，余量为氮化硅；添加占原料固体总质量2％的分散剂四丙基氢氧化铵、占原料固体总质量2％的粘结剂为羧甲基纤维素钠、占原料固体总质量5％的烧结助剂为Y2O3后与水混合，球磨48h制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为70wt.％。
将固液混合相浆料注入塑料模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为80℃，加热时间为50min后浆料固化，脱模，随后置于温度为50℃的烘箱中干燥10h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在1800℃下保温5h烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为560μm、气孔率为48％、体积密度为1.78g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例6
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎80min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例96％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中酒精湿磨48h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例99％。
原料固体为铝灰渣和碳化硅陶瓷粉体的混合物，其中，铝灰渣的质量含量为20％，余量为碳化硅；添加占原料固体总质量10％的分散剂四乙基氢氧化铵、占原料固体总质量0.5％的粘结剂为羧甲基纤维素钠、占原料固体总质量3％的烧结助剂为Sc2O3后与水混合，球磨12h制得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为45wt.％。
将固液混合相浆料注入无孔金属模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为70℃，加热时间为12h后浆料固化，脱模，随后置于温度为80℃的烘箱中干燥20h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在2100℃下保温48h烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为390μm、气孔率为37％、体积密度为2.10g/cm3的轻质多孔陶瓷。
实施例7
1)铝灰渣采用挤压式破碎装置破碎90min，破碎后的经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例97％。
2)将破碎和筛分得到的物料在球磨机中酒精湿磨12h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例98％。
原料固体为铝灰渣和废玻璃陶瓷粉体的混合物，其中，铝灰渣质量含量为75％，余量为废玻璃；添加占原料固体总质量0.01％的分散剂Dolapix CE 64、占原料固体总质量1％的粘结剂聚乙烯醇、占原料固体总质量6％的烧结助剂MgO后与水混合，球磨24h得均匀的固液混合相浆料，其中固相含量为65wt.％。
将固液混合相浆料注入玻璃模具中后转移至烘箱，烘箱温度设为60℃，加热时间为3h后浆料固化，脱模，随后置于温度为90℃的烘箱中干燥36h得到多孔坯体。
最后，将多孔坯体在800℃下保温20h烧结制得具有孔分布均匀、平均孔径为830μm、气孔率为92％、体积密度为0.33g/cm3的轻质多孔陶瓷。

Claims (10)

1.一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，包括如下步骤：在铝灰渣或铝灰渣和陶瓷粉体的混合物中，加入分散剂、粘结剂、烧结助剂和水，混合均匀得到固液混合相浆料；固液混合相浆料于模具中加热固化，成型后脱模、干燥烧结得到多孔陶瓷；其特征在于，浆料在固化过程中，Al基材料发生水解反应，发挥双重作用；水解反应生成的氢氧化铝溶胶将原料成分中的陶瓷颗粒固定其中；同时，反应生成的气体在坯体中形成多孔结构，实现浆料的原位固化及自发泡。
2.根据权利要求1所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，添加的铝灰渣中成分包括：
AlN和单质铝；
或
AlN和单质铝以及Al4C3、AlP、Al2S3中的一种或几种；
发生水解反应Al基材料含量控制在5wt.％以上。
3.根据权利要求2所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，固液混合相浆料的固相含量为30-85wt.％；
原料固体为铝灰渣或铝灰渣和陶瓷粉体的混合物，总量为100％；其中，铝灰渣占原料固体总质量的15-100％，余量为陶瓷粉体；
分散剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％；
粘结剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％；
烧结助剂加入量占原料固体总质量的0.01-10％。
4.根据权利要求1所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，铝灰渣在使用前进行预处理，具体步骤如下：
1)破碎和筛分：采用挤压式破碎装置破碎铝灰渣10-120min，破碎后的铝灰渣经孔径30目的筛网筛分，筛下物重量占破碎料总重量的比例≥90％，收集备用；
2)球磨和筛分：将破碎和筛分得到的物料在球磨机中干磨或酒精湿磨15min-72h，球磨后的铝灰渣经300目的筛网筛分去除难磨物料，筛下物重量占球磨物料总重量的比例≥98％，收集得到预处理完成后的铝灰渣原料。
5.根据权利要求1所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为无机非金属材料粉体，包括氧化物和/或非氧化物陶瓷粉体，具体包括：氧化铝、石英粉体、氮化硅、碳化硅、粉煤灰、煤矸石、高岭土、粘土、尾矿、冶金渣或废玻璃。
6.根据权利要求1所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，
所述分散剂为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、Dolapix CE 64中的一种或几种；
所述粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、硅溶胶、Lithopix P 15中的一种或几种；
所述烧结助剂为CaO、MgO、SiO2、TiO2、SrO、V2O5、MnO、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Lu2O3、H3BO3中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，固液混合相浆料经球磨10min-48h得以分散均匀，注入无孔模具后密封，随后转移到烘箱中加热固化，脱模得到多孔坯体，在空气中干燥后，高温烧结得到多孔陶瓷。
8.根据权利要求7所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述烘箱加热过程中烘箱温度为30-100℃，加热时间为1min-48h。
9.根据权利要求7所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，干燥过程中干燥温度为30-100℃，保温1min-48h。
10.根据权利要求7所述一种含铝灰渣水基浆料原位固化成型制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，高温烧结过程中烧结温度为800-2100℃，保温5min-48h。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114028758A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 中南大学 一种铝灰渣固化稳定化药剂
CN114085068A (zh) * 2021-12-15 2022-02-25 武汉大学(肇庆)资源与环境技术研究院 一种铝灰轻质砖及其制备方法
CN114105611A (zh) * 2021-12-17 2022-03-01 中国铝业股份有限公司 一种铝基固废多孔材料及其制备方法
CN114276161A (zh) * 2022-01-14 2022-04-05 山东理工大学 一种轻质高强保温耐火砖及其制备方法
CN114309025A (zh) * 2021-11-19 2022-04-12 中南大学 一种铝灰渣资源化利用的方法
CN114804830A (zh) * 2022-02-25 2022-07-29 中南大学 一种地质聚合物基复合材料及其制备方法和在飞行器防热结构中的应用
CN115537556A (zh) * 2022-10-18 2022-12-30 中南大学 一种多孔陶瓷蓄热球及基于二次铝灰制备多孔陶瓷蓄热球的方法
CN115893980A (zh) * 2022-09-30 2023-04-04 安徽华仕新材有限公司 一种利用球化剂微粉制备多孔支撑体陶瓷的工艺
CN116444250A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 北京科技大学 一种水解自发泡-凝胶一体化制备多级孔陶瓷的方法
CN116444251A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 北京科技大学 一种二次铝灰水基浆料发泡制备多级孔陶瓷的方法
CN116693307A (zh) * 2023-08-07 2023-09-05 北京建工环境修复股份有限公司 一种利用铝灰制备轻质耐火材料的方法及制品

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040259718A1 (en) * 2003-01-08 2004-12-23 Aluminium-Salzschlacke Aufbereitungs Gmbh Raw material with a high content of aluminum oxide, and method of manufacturing the raw material
CN101654370A (zh) * 2009-09-18 2010-02-24 中国地质大学（北京） 一种含铝灰的高炉出铁沟浇注料及其制备方法
CN106865586A (zh) * 2017-02-24 2017-06-20 西北农林科技大学 一种制备氧化铝类气凝胶的方法
CN107935501A (zh) * 2017-11-27 2018-04-20 南通大学 用铝灰残灰制备加气块的方法
CN110423135A (zh) * 2019-09-04 2019-11-08 东莞精陶科技有限公司 多孔氧化铝陶瓷及其制作方法
CN112430124A (zh) * 2020-12-28 2021-03-02 郑州中科新兴产业技术研究院 一种利用铝灰制备轻质多孔烧结材料的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040259718A1 (en) * 2003-01-08 2004-12-23 Aluminium-Salzschlacke Aufbereitungs Gmbh Raw material with a high content of aluminum oxide, and method of manufacturing the raw material
CN101654370A (zh) * 2009-09-18 2010-02-24 中国地质大学（北京） 一种含铝灰的高炉出铁沟浇注料及其制备方法
CN106865586A (zh) * 2017-02-24 2017-06-20 西北农林科技大学 一种制备氧化铝类气凝胶的方法
CN107935501A (zh) * 2017-11-27 2018-04-20 南通大学 用铝灰残灰制备加气块的方法
CN110423135A (zh) * 2019-09-04 2019-11-08 东莞精陶科技有限公司 多孔氧化铝陶瓷及其制作方法
CN112430124A (zh) * 2020-12-28 2021-03-02 郑州中科新兴产业技术研究院 一种利用铝灰制备轻质多孔烧结材料的方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114028758B (zh) * 2021-11-19 2022-11-04 中南大学 一种铝灰渣固化稳定化药剂
CN114028758A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 中南大学 一种铝灰渣固化稳定化药剂
CN114309025A (zh) * 2021-11-19 2022-04-12 中南大学 一种铝灰渣资源化利用的方法
CN114085068A (zh) * 2021-12-15 2022-02-25 武汉大学(肇庆)资源与环境技术研究院 一种铝灰轻质砖及其制备方法
CN114105611A (zh) * 2021-12-17 2022-03-01 中国铝业股份有限公司 一种铝基固废多孔材料及其制备方法
CN114276161A (zh) * 2022-01-14 2022-04-05 山东理工大学 一种轻质高强保温耐火砖及其制备方法
CN114804830A (zh) * 2022-02-25 2022-07-29 中南大学 一种地质聚合物基复合材料及其制备方法和在飞行器防热结构中的应用
CN114804830B (zh) * 2022-02-25 2023-03-14 中南大学 一种地质聚合物基复合材料及其制备方法和在飞行器防热结构中的应用
CN115893980A (zh) * 2022-09-30 2023-04-04 安徽华仕新材有限公司 一种利用球化剂微粉制备多孔支撑体陶瓷的工艺
CN115893980B (zh) * 2022-09-30 2023-08-11 安徽华仕新材有限公司 一种利用球化剂微粉制备多孔支撑体陶瓷的工艺
CN115537556A (zh) * 2022-10-18 2022-12-30 中南大学 一种多孔陶瓷蓄热球及基于二次铝灰制备多孔陶瓷蓄热球的方法
CN116444250A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 北京科技大学 一种水解自发泡-凝胶一体化制备多级孔陶瓷的方法
CN116444251A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 北京科技大学 一种二次铝灰水基浆料发泡制备多级孔陶瓷的方法
CN116693307A (zh) * 2023-08-07 2023-09-05 北京建工环境修复股份有限公司 一种利用铝灰制备轻质耐火材料的方法及制品
CN116693307B (zh) * 2023-08-07 2023-10-27 北京建工环境修复股份有限公司 一种利用铝灰制备轻质耐火材料的方法及制品

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