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；本技术发明专利技术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。的钙铝黄长石。的钙铝黄长石。
【技术实现步骤摘要】
一种高效利用钢渣制备轻质多孔陶瓷材料的方法
[0001]本技术专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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
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absorbing materialusing coal powder as pore former，J ournal ofenvironmental science， 3 6 ( 2 0 1 5 ) 6 7
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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 (Properties and pore
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forming mechanism of silica sand tailing
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steel slag
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coal gangue based 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
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1.72 g /cm3的渗透性能良好的多孔陶瓷材料；Zong Yanbing（Preparation of anorthite
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based porous ceramics using high
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alumina fly ash microbeads and steel slag，Ceramics International 45 (2019) 22445
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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 using metallurgical steel slag，Ceramics International 47(2021)25169
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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。
[0004]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，本技术专利技术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。本技术专利技术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
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2SiO2
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3H2O等，实现胶凝与固化；这些高活性的物质在本技术专利技术设定的烧成制度下，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，通过本技术专利技术能成功制备了开气孔率高达68.1%、体积密度为1.03g/cm3、抗压强度达到10.6MPa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专利技术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。
[0005]综合以上介绍，本技术专利技术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50wt%以上的钢渣使用量，这能有效促进钢渣的资源化利用。此外，本技术专利技术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。
技术实现思路
[0006]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，本技术专利技术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。本技术专利技术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。
[0007]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。
[0008]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：4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：白佳海，朴佳思，高杰，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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