[发明专利]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

说明书

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。

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。