CN114988851A - 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法 - Google Patents

一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114988851A
CN114988851A CN202210827126.0A CN202210827126A CN114988851A CN 114988851 A CN114988851 A CN 114988851A CN 202210827126 A CN202210827126 A CN 202210827126A CN 114988851 A CN114988851 A CN 114988851A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel slag
porous ceramic
ceramic material
alumina
lightweight porous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210827126.0A
Other languages
English (en)
Inventor
白佳海
朴佳思
高杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN202210827126.0A priority Critical patent/CN114988851A/zh
Publication of CN114988851A publication Critical patent/CN114988851A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13—Compounding ingredients
    • C04B33/132—Waste materials; Refuse; Residues
    • C04B33/138—Waste materials; Refuse; Residues from metallurgical processes, e.g. slag, furnace dust, galvanic waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13—Compounding ingredients
    • C04B33/131—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/24—Manufacture of porcelain or white ware
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C04B2235/3463—Alumino-silicates other than clay, e.g. mullite
    • C04B2235/3481—Alkaline earth metal alumino-silicates other than clay, e.g. cordierite, beryl, micas such as margarite, plagioclase feldspars such as anorthite, zeolites such as chabazite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/447—Phosphates or phosphites, e.g. orthophosphate, hypophosphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于用钢渣与氧化铝作为原料，坯料中钢渣的使用量是70~50 wt%，氧化铝的使用量是30~50 wt%；把钢渣粉和氧化铝粉体进行混合，把混合后的料浆倒入成型模具中，然后在70~90℃条件下进行胶凝与固化；把注凝成型且干燥后坯体加热到1200~1300℃温度下在大气气氛下进行烧成，保温时间为1~3小时；本技术发明制备的轻质多孔陶瓷材料中钢渣与氧化铝用量比例在7:3~5:5之间，对应的开气孔率在60.5~68.1%之间，相应体积密度为1.25~1.03 g/cm3，抗压强度为14.7~10.6 MPa，特别是当钢渣与氧化铝的用量各为50 wt%时，制备的轻质多孔陶瓷的开气孔率最高为68.1%，对应体积密度为1.03 g/cm3，对应抗压强度为10.6 MPa，主晶相为片状的钙铝黄长石。

Description

一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法
技术领域
本技术发明提供的是一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，属于高技术陶瓷材料领域。
背景技术
钢渣是炼钢行业里一种副产品，钢渣的产出量大约是钢产量的15wt%。大量钢渣的堆放占用了大量的土地资源，也对环境和人类健康造成了潜在的威胁。因此，探寻高效利用钢渣并制备出高性能的各种材料是当前材料产业领域的研究热点问题。
钢渣的晶相成分中包含有很多Ca2SiO4，Ca3SiO5和游离的CaO。此外，钢渣还有Al2O3，Fe2O3，MgO等化学成分，说明钢渣的成分与硅酸盐材料的成分是相似的，因此钢渣可用于水泥混凝土、铺设路面、多孔陶瓷以及吸声材料等。目前，利用钢渣作为原料制备多孔陶瓷或者多孔吸音材料的研究较多，但是这些技术大多是使用干压成型的方法，或者有机模版的方法制备的。例如，Sun Peng（Preparation of steel slag porous sound-absorbing material
using coal powder as pore former，J ournal of environmental science， 36 ( 2 0 1 5 ) 6 7 – 7 5）等人用钢渣和粉煤灰为原料、以细煤粉为成孔剂制备了多孔吸音材料，制备出了的最大显气孔率为65.9%的多孔陶瓷材料；Huang Qianxing (Propertiesand pore-forming mechanism of silica sand tailing-steel slag-coal ganguebased permeable ceramics, Construction and Building Materials 253 (2020)118870)等人用石英砂、钢渣和煤矸石等为原料、用干压成型的方法制备了体积密度在1.58-1.72 g /cm3的渗透性能良好的多孔陶瓷材料；Zong Yanbing（Preparation ofanorthite-based porous ceramics using high-alumina fly ash microbeads andsteel slag，Ceramics International 45 (2019) 22445–22451）等人利用钢渣和粉煤灰微球为原料，以细煤粉为造孔剂制备了气孔率为49.21%，抗弯强度为12.88 Mpa的钙长石基多孔陶瓷；Wang Wei等人以钢渣、高岭石为原料，以石墨和NaHCO3为造孔剂、以V2O3和AlF3制备了开气孔率64.7%、抗压强度为6.78 MPa含有莫来石的多孔吸音陶瓷材料；Wu Qisheng（Preparation and performance of lightweight porous ceramics usingmetallurgical steel slag，Ceramics International 47(2021)25169–25176）等以钢渣和高岭石为原料、聚氨酯泡沫为模版制备了轻质多孔陶瓷材料。郭伟（江苏建材. 2020,(01)）等人以钢渣、滑石为主要原料，SiC为发泡剂，制备了透辉石质泡沫陶瓷。为了提高开气孔率，目前大多采用添加造孔剂或者有机模板的方法制备多孔陶瓷，但是造孔剂的燃烧挥发会释放大量的CO2，不符合当前的减少碳排放的发展趋势。因此，有必要开发研究新型的多孔陶瓷的制备工艺与方法，在使用较少的、甚至不使用造孔剂的情况下也能制备出高气孔率的轻质多孔陶瓷材料。此外，还需要进一步加大对钢渣资源化利用的研究，提高钢渣的利用率，减少钢渣堆放对土地的占用以及对环境的潜在威胁。
由于钢渣中含有Ca2SiO4，Ca3SiO5和游离的CaO等胶凝成分，可以在一定的条件下发生水化反应，使得浆体能够胶凝固化成型。因此，本技术发明充分利用钢渣中上述成分的胶凝特点，把钢渣作为凝胶注模成型工艺中的胶凝剂和固化剂以制备多孔陶瓷材料。本技术发明的原理和创新点在于：在钢渣中添加了一定量的氧化铝粉体，利用复合分散剂与注凝成型工艺，让钢渣中的Ca2SiO4，Ca3SiO5和游离的CaO等发生水化反应，生成高活性的产物，如Ca(OH)2， CaO·2SiO2·3H2O等，实现胶凝与固化；这些高活性的物质在本技术发明设定的烧成制度下，能够与Al2O3等发生反应生成大量的片状钙铝黄长石，由于钙铝黄长石是片状的，且片状晶粒之间堆积是随机杂乱的，所以在生成片状钙铝黄长石时会产生大量的空隙，显著增大气孔率，故在不添加任何造（成）孔剂的条件下，通过本技术发明能成功制备了开气孔率高达68.1%、体积密度为1.03 g/cm3、抗压强度达到10.6 MPa的轻质多孔陶瓷材料，因此大量片状钙铝黄长石的生成是本技术发明制备的轻质多孔陶瓷具有高气孔率的主要原因；此外，通过调节氧化铝的用量还可以调剂多孔陶瓷的开气孔率和体积密度，适应不同工业或者民用的应用需求。
综合以上介绍，本技术发明提供了一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，该方法具有操作方便、成型设备简单、安全可靠、经济与社会效益高等优点，最重要优点是能够高效利用钢渣，即在多孔陶瓷原料中可达到50 wt%以上的钢渣使用量，这能有效促进钢渣的资源化利用。此外，本技术发明制备的多孔陶瓷可以根据不同工业应用的要求调节钢渣与氧化铝的使用量，进而调节开气孔率与抗压强度，从而能广泛适应透水材料、过滤材料、吸声材料、保温隔热材料、催化剂载体材料、有毒物质的吸附材料等的性能要求，具有广泛的应用前景。
发明内容
为了减少甚至不使用外加造孔剂而制备出具有高气孔率的轻质多孔陶瓷材料，本技术发明提供了一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷的方法，该方法的原理是把钢渣中的胶凝成分作为胶凝剂与固化剂，利用凝胶注模成型制备轻质多孔陶瓷。该方法具有对钢渣的利用率高、不产生二次环境污染、操作方便、成型设备简单、安全可靠、经济与社会效益高等优点。本技术发明提供了一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其操作方法与步骤如下：
（1）一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于用钢渣与氧化铝作为原料，以钢渣中有效成分Ca2SiO4，Ca3SiO5和游离的CaO作为胶凝剂与固化剂，在不添加任何造孔剂的前提下，利用钢渣与氧化铝反应生成大量的片状钙铝黄长石的方法成功制备了轻质多孔陶瓷材料。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤（1）所使用的钢渣可以是转炉钢渣、平炉钢渣或电炉钢渣。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤（1）所述的钢渣，其典型的化学成分为（wt%）：CaO：41~46；SiO2：15~19；Al2O3：6~8；MgO：5~9；Fe2O3：13~16；MnO2：2~3；其他：2.5~3.5；烧失率：2~4.0。本技术发明使用的钢渣组成并不局限于以上范围，其他组成钢渣也适用于本技术发明。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤（1）所述的钢渣指的是钢渣粉的细度在300目筛~1000目筛范围内；氧化铝粉的细度为100目筛~300目筛范围内。
（2）一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于配料中钢渣的含量是70~50 wt%，氧化铝的含量是30~50 wt%，加水量是干料总质量的60~90%，外加0.1~1wt%的多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵作为分散剂；把钢渣粉和氧化铝粉体、水和分散剂按照上述比例进行配料、混合，混合时间为1~3小时。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤（2）中的混合指的是球磨混合、搅拌混合和振动混合。
（3）一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于把步骤（2）中混合的料浆倒入成型模具中，然后在70~90℃条件下进行胶凝与固化；固化后，在40~60℃下干燥2~5天。
（4）一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于把步骤（3）中注凝成型且干燥后坯体加热到1200~1300 ℃温度下在大气气氛下进行烧成，保温时间为1~3小时；然后自然冷却到室温，制备得到轻质多孔陶瓷材料。
较优的，烧成温度为1250~1300 ℃时，制备的多孔陶瓷的气孔率较高。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于把步骤（4）中所述的加热到1200~1300℃温度指的是升温速度为1~3℃/分钟。
（5）一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤所述的轻质多孔陶瓷材料的开气孔率在60.5~68.1%之间，相应体积密度为1.25~1.03 g/cm3，抗压强度为14.7~10.6 MPa，对应的钢渣与氧化铝用量比例在7:3~5:5之间。
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于步骤（5）中所述的轻质多孔陶瓷材料，其特征在于：当钢渣与氧化铝的用量各为50 wt%、且外加70 wt%水作为分散介质，且分别加入多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵各外加0.1%作为分散剂时，在1250℃下保温2小时烧成制备的轻质多孔陶瓷的开气孔率最高为68.1%，对应体积密度为1.03g/cm3，对应抗压强度为10.6 MPa，主晶相为片状的钙铝黄长石；大量片状钙铝黄长石的生成是轻质多孔陶瓷具有高气孔率、低体积密度的主要原因。
需要说明的是，其他实验条件相同（具体参见实施例1与2），只是钢渣粉和氧化铝粉的配比不同的条件下制备的一系列的多孔陶瓷试样的开气孔率、体积密度、抗压强度、XRD和SEM的结果分别见附图1, 2, 3, 4和5。通过分析讨论发现，生成的钙铝黄长石的数量越多，轻质多孔陶瓷的显气孔率越高，体积密度越小，其中钢渣粉和氧化铝粉的质量比是50:50情况下，制备的轻质多孔陶瓷的性能气孔率最高，体积密度最小，是本技术发明的创新点之一。
附图说明
图1是多孔陶瓷显气孔率与加入氧化铝的质量百分数间的关系曲线。
图2是多孔陶瓷体积密度间与加入氧化铝的质量百分数的关系曲线以及两种方法制备的产品的体积密度的对比。
图3是多孔陶瓷抗压强度与加入氧化铝的质量百分数间关系曲线。
图4是不同配方制备的多孔陶瓷的XRD图谱。
图5是钢渣与氧化铝的质量比为50:50时，1250℃制备的轻质多孔陶瓷的显微结构。
具体实施方式
实施例1
本实施例采用的钢渣的化学成分为（wt%）：CaO：44.99，SiO2：18.63，Al2O3：6.98，MgO：5.83，Fe2O3：13.57，MnO2：2.85，其他：3.23，烧失率：3.92。钢渣粉的粒度小于300目筛。氧化铝粉的粒度小于200目筛。把钢渣粉和氧化铝粉按照质量比为50:50的比例称量配料，外加7 wt%的水作为分散介质，并分别外加0.1 wt%的多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵作为分散剂。然后进行搅拌混合，混合时间为2小时；混合后，把浆料倒入到模具并加热到80℃进行胶凝和固化，时间为10分钟。在40 ℃下干燥固化3天后，在大气气氛下，在高温炉内把干燥后的坯体以2 ℃/分钟的升温速度加热到1250℃并保温2小时进行烧成。然后自然冷却达到室温，即制得轻质多孔陶瓷。经过测试，该轻质多孔陶瓷的吸水率为65.3%，开气孔率为68.1%，体积密度为1.03 g/cm3，对应抗压强度为10.6 MPa。经过XRD和SEM分析发现该陶瓷的主晶相为片状钙铝黄长石。需要说明的是，本技术方面制备的该陶瓷的试样中，通过分析可以发现生成了大量的片状的钙铝黄长石，这些钙铝黄长石之间存在大量气孔；由于片状晶粒更加难以烧结，所以本制品才具有很高的开气孔率和很低的体积密度。具体性能测试结果分别见附图1，附图2，附图3，附图4和附图5。
实施例2
本实验采用的钢渣的化学成分与实施例1想通过，且钢渣粉的粒度小于300目筛，氧化铝粉的粒度小于200目筛。但是钢渣粉和氧化铝粉按照质量比为70%:30%的比例称量配料，外加7 wt%的水作为分散介质，并分别外加0.1 wt%的多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵作为分散剂。然后进行搅拌混合，混合时间为2小时；混合后，把浆料倒入到模具并加热到80℃进行胶凝和固化，时间为10分钟。在40℃下干燥固化3天后，在大气气氛下，在高温炉内把干燥后的坯体以2 ℃/分钟的升温速度加热到1250 ℃并保温2小时进行烧成。然后自然冷却达到室温，即制得轻质多孔陶瓷。经过测试，该轻质多孔陶瓷的吸水率为48.3 %，开气孔率为60.7%，体积密度为1.25 g/cm3，对应抗压强度为12.8 MPa。经过XRD分析发现该陶瓷的主晶相为仍钙铝黄长石。具体性能测试结果分别见附图1，附图2，附图3和附图4。
实施例3
本实施例采用的钢渣的化学成分为（wt%）：CaO：44.99，SiO2：18.63，Al2O3：6.98，MgO：5.83，Fe2O3：14.57，MnO2：2.85，其他：3.23，烧失率：2.92。利用粒度小于600目的钢渣粉和粒度小于100目筛的氧化铝粉作为原料，把钢渣粉和氧化铝粉按照质量比为70%:30%的比例称量配料，外加9 wt%的水作为分散介质，外加0.2 wt%的多聚磷酸钠、0.1 wt%聚丙烯酸铵和0.2 wt%的草酸铵作为分散剂。然后进行球磨混合，混合时间为1小时；混合后，把浆料倒入到模具并加热到90℃进行胶凝和固化，时间为6分钟。在50℃下干燥固化2天后，在大气气氛下，在高温炉内把干燥后的坯体以3 ℃/分钟的升温速度加热到1300 ℃并保温3小时进行烧成。然后自然冷却达到室温，即制得轻质多孔陶瓷。经过测试，该轻质多孔陶瓷的吸水率为58.7 %，开气孔率为65.2%，体积密度为1.12 g/cm3，对应抗压强度为13.6 MPa。该陶瓷试样的主晶相仍为片状的钙铝黄长石。
对比例1
为了对比实验压制成型与本技术发明对用钢渣制备的轻质多孔陶瓷材料的性能的影响，本实例用干压成型制备了多孔陶瓷。具体制备过程是：采用与实施例1相同的钢渣和氧化铝粉，改变钢渣粉与氧化铝粉的质量比，从100:0到30:70，然后把混合干燥后的混合料进一步造粒，加入0.3 wt% PVA溶液作为粘结剂，在30MPa压力成型，然后以2℃/分钟的升温速度加热到1250℃并保温2小时进行烧成。然后自然冷却达到室温，即制得轻质多孔陶瓷。干压成型制备的多孔陶瓷的体积密度列于在图2中。对比本技术发明制备的多孔陶瓷，用干压成型制备多孔陶瓷的体积密度最小在1.8 g/cm3左右，明显大于本技术发明制备的多孔陶瓷的体积密度（1.03~1.25 g/cm3），说明本技术发明适合制备轻质多孔陶瓷材料。
对比例2
为了对比氧化铝的加入对制备的多孔陶瓷性能的影响，本技术发明只用纯钢渣做原料制备了多孔陶瓷，具体的过程如下：选用化学成分与细度都与与实施例1相同的钢渣，外加7 wt%的水作为分散介质，并分别外加0.1 wt%的多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵作为分散剂。然后进行搅拌混合，混合时间为2小时；混合后，把浆料倒入到模具并加热到80℃进行胶凝和固化，时间为10分钟。在40 ℃下干燥固化3天后，在大气气氛下，在高温炉内把干燥后的坯体以2 ℃/分钟的升温速度加热到1250 ℃并保温2小时进行烧成。然后自然冷却达到室温，即制得多孔陶瓷。经过测试，只用钢渣做原料制备的多孔陶瓷的吸水率为28.7%，开气孔率为48.3%，体积密度为1.71 g/cm3，而实施例1中当制备的轻质多孔陶瓷的吸水率为65.3%，开气孔率为68.1%，体积密度为1.03 g/cm3，说明添加50%氧化铝能制备高气孔率的轻质多孔陶瓷。两产品的各种性能和相组成的对比请参考图1，图2和图3和图4。

Claims (8)

1.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于用钢渣与氧化铝作为原料，以钢渣中有效成分Ca2SiO4，Ca3SiO5和游离的CaO作为胶凝剂与固化剂，在不添加任何造孔剂的前提下，利用钢渣与氧化铝反应生成大量的片状钙铝黄长石的方法制备轻质多孔陶瓷材料。
2.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于权利要求1所述的钢渣，其典型的化学成分为（wt%）：CaO：41~46；SiO2：15~19；Al2O3：6~8；MgO：5~9；Fe2O3：13~16；MnO2：2~3；其他：2.5~3.5；烧失率：2~4.0；本技术发明使用的钢渣组成并不局限于以上范围，其他化学组成钢渣也适用于本技术发明。
3.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于权利要求1所述的钢渣指的是钢渣粉的细度在300目筛~1000目筛范围内；氧化铝粉的细度为100目筛~300目筛范围内。
4.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于配料中钢渣的含量是70~50 wt%，氧化铝的含量是30~50 wt%，加水量是干料总质量的60~90%，外加0.1~1 wt%的多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵作为分散剂；把水、钢渣粉、氧化铝粉与分散剂按照所述的比例进行配料、混合，混合时间为1~3小时。
5.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于把权利要求4中混合的料浆倒入成型模具中，然后在70~90℃条件下进行胶凝与固化；固化后，在40~60℃下干燥2~5天。
6.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于把如权利要求3所述的注凝成型且干燥后坯体加热到1200~1300 ℃温度下在大气气氛下进行烧成，保温时间为1~3小时；然后自然冷却到室温，制备得到轻质多孔陶瓷材料。
7.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于如权利要求3所述的轻质多孔陶瓷材料中钢渣与氧化铝用量比在7:3~5:5之间时，对应的开气孔率在60.5~68.1%之间，相应体积密度为1.25~1.03 g/cm3，抗压强度为14.7~10.6 MPa。
8.一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法，其特征在于如权利要求8中所述的轻质多孔陶瓷材料，其突出的特征在于：当钢渣与氧化铝的用量各为50 wt%、且外加70wt%水作为分散介质，且分别加入多聚磷酸钠、聚丙烯酸铵和草酸铵各外加0.1%作为分散剂时，在1250 ℃下保温2小时烧成制备的轻质多孔陶瓷的开气孔率最高为68.1%，对应体积密度为1.03 g/cm3，对应抗压强度为10.6 MPa，主晶相为片状的钙铝黄长石；大量片状钙铝黄长石的生成是多孔陶瓷具有高气孔率、低体积密度的主要原因。
CN202210827126.0A 2022-07-14 2022-07-14 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法 Pending CN114988851A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210827126.0A CN114988851A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210827126.0A CN114988851A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114988851A true CN114988851A (zh) 2022-09-02

Family

ID=83021174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210827126.0A Pending CN114988851A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114988851A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070003750A1 (en) * 2004-08-07 2007-01-04 Changhee Kim Porous ceramic heating element and method of manufacturing thereof
US20070105705A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-10 Entec Co., Ltd. Porous ceramic and method for manufacturing the same
CN106146027A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 盐城工学院 以钢渣为原料的泡沫陶瓷墙材及其制备方法
CN106167396A (zh) * 2016-07-04 2016-11-30 盐城工学院 一种轻质高强发泡陶瓷的制备方法
CN108751968A (zh) * 2018-06-13 2018-11-06 北京科技大学 一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法
CN110028337A (zh) * 2019-03-27 2019-07-19 辽宁科技大学 一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法
CN112028662A (zh) * 2020-07-28 2020-12-04 盐城工学院 一种复合多级孔结构陶瓷及其制备方法
CN112679195A (zh) * 2020-12-29 2021-04-20 咸阳陶瓷研究设计院有限公司 一种钢渣制备的黑色道路砖及其制备方法
CN113149624A (zh) * 2020-12-29 2021-07-23 咸阳陶瓷研究设计院有限公司 利用钢渣制备的轻质闭孔陶瓷材料及其制备方法
CN114735936A (zh) * 2022-05-17 2022-07-12 山东理工大学 一种钢渣基陶瓷釉乳浊剂及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070003750A1 (en) * 2004-08-07 2007-01-04 Changhee Kim Porous ceramic heating element and method of manufacturing thereof
US20070105705A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-10 Entec Co., Ltd. Porous ceramic and method for manufacturing the same
CN106146027A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 盐城工学院 以钢渣为原料的泡沫陶瓷墙材及其制备方法
CN106167396A (zh) * 2016-07-04 2016-11-30 盐城工学院 一种轻质高强发泡陶瓷的制备方法
CN108751968A (zh) * 2018-06-13 2018-11-06 北京科技大学 一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法
CN110028337A (zh) * 2019-03-27 2019-07-19 辽宁科技大学 一种多级开孔泡沫陶瓷的制备方法
CN112028662A (zh) * 2020-07-28 2020-12-04 盐城工学院 一种复合多级孔结构陶瓷及其制备方法
CN112679195A (zh) * 2020-12-29 2021-04-20 咸阳陶瓷研究设计院有限公司 一种钢渣制备的黑色道路砖及其制备方法
CN113149624A (zh) * 2020-12-29 2021-07-23 咸阳陶瓷研究设计院有限公司 利用钢渣制备的轻质闭孔陶瓷材料及其制备方法
CN114735936A (zh) * 2022-05-17 2022-07-12 山东理工大学 一种钢渣基陶瓷釉乳浊剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Microstructure and properties of mullite-based porous ceramics produced from coal fly ash with added Al 2 O 3
CN101955371B (zh) 一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法
CN114149276B (zh) 一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法
US8871676B2 (en) Method for making porous acicular mullite-containing composites
CN108178658B (zh) 一种粉煤灰为原料制备钛酸铝莫来石复合多孔陶瓷的方法
JPS61286278A (ja) 低密度セラミツク回転だ円体、及び製造方法
JPS61501908A (ja) 建築用の軽量セラミック材、その製造方法およびその用途
Jiang et al. Formation mechanism of high apparent porosity ceramics prepared from fly ash cenosphere
AU2020102254A4 (en) Raw material for preparing porous ceramic material and preparation method of porous ceramic material
CN109503197B (zh) 一种六铝酸钙多孔陶瓷的制备方法
Kramar et al. Mechanical and microstructural characterization of geopolymer synthesized from low calcium fly ash
CN108751968B (zh) 一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法
CN107337453A (zh) 一种结合气固反应法制备重结晶碳化硅多孔陶瓷的方法
CN109320257B (zh) 一种高强度高孔隙率多孔氮化硅陶瓷的制备方法
CN110668828A (zh) 一种无水泥浇注料用镁质结合剂及其制备方法
KR20200090268A (ko) 모르타르와 그 제조 방법
Chen et al. Novel porous ceramic with high strength and thermal performance using MA hollow spheres
Ibrahim et al. Influence of foaming agent/water ratio and foam/geopolymer paste ratio to the properties of fly ash-based lightweight geopolymer for brick application
CN114988851A (zh) 一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法
US3990901A (en) Method for the production of foam ceramics and shaped articles thereof
CN111393156A (zh) 堇青石多孔陶瓷的制备方法
AU2007200076A1 (en) An Improved Process for the Production of Geopolymeric Material from Fly Ash
JP2880002B2 (ja) セラミックス多孔体
JP4967111B2 (ja) アルミナ基多孔質セラミックス及びその製造方法
JP2004250307A (ja) アルミナ多孔質セラミックス及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination