S1、制备混合料：将废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂分别研磨粉碎至粒
径≥800目，混合得干粉料；其中，所述复合添加剂包含预先混合均匀的锰矿粉、熟料、氧化
废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂的混合质量比为4‑6:2‑4:8‑12:2‑3：
所述复合添加剂中，锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化硅和氧化钛的质量比为1‑50：50‑100：1‑50：
S2、陈腐均化：将干粉料加水拌和得湿料，控制湿料中含水量为16‑20%，将拌和好的湿
S3、制粒：将陈化后的湿料打碎成粉末状，打碎过程中掺入干粉料，一起送入旋转制粒
在制粒过程中，每间隔30‑60min检测一次颗粒的水分含量和圆度，根据检验测试的水分含
S4、煅烧：将陶粒砂初品进行干燥和高温煅烧，煅烧温度为1350‑1550℃，烧结时间为
2.根据权利要求1所述的制备方法，S3中，制粒完成后，对陶粒砂初品进行分级筛分，得
目前，80％以上铸件都是砂型铸造完成。铸造用砂主要有硅砂、日本CB砂等。铸造
(3D打印)砂与固化剂混合后，送入3D打印设备的铺粉器中，每铺设一层混有固化剂的砂粒
就向铺设层面上喷射树脂，依此循环直至完成待打印产品的所有层，从而制成3D打印产品。
硅砂由于其耐火度低、热膨胀率大、透气性差，内部因强大的热辐射作用而产生大量的气体
无法及时排出，从而会发生呛火现象，在铸件中产生气孔、冷隔等缺陷，甚至报废，因而不能
应用于高端铸造。日本CB砂依赖进口，经济成本高，严重制约了高端铸造的发展。
法，具有耐火度高、强度高、热膨胀率低、角形系数低、破碎率低、堆积密度低等优点，其解决
第一方面，本发明提供一种高端铸造用陶粒砂，采用如下原料制成：废弃粉煤灰、
优选地，所述复合添加剂中，锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化硅和氧化钛的质量比为1‑
优选地，所述原料组分中，废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂的混合
S1、制备混合料：将废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂分别研磨粉碎
至粒径≥800目，混合得干粉料；其中，所述复合添加剂包含预先混合均匀的锰矿粉、熟料、
S2、陈腐均化：将干粉料加水拌和得湿料，控制湿料中含水量为16‑20％，将拌和好
S3、制粒：将陈化后的湿料打碎成粉末状，打碎过程中掺入干粉料，一起送入旋转
S4、煅烧：将陶粒砂初品进行干燥和高温煅烧，煅烧温度为1350‑1550℃，烧结时间
在煅烧过程中，陶粒砂内部组织架构发生相变，形成大量的莫来石相、以及石英相
及玻璃相混合组织，为高端铸造用(3D打印)陶粒砂良好的工艺性能奠定了基础。
根据本发明的较佳实施例，S1中，废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂
根据本发明的较佳实施例，S1中，所述复合添加剂中，锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化
根据本发明的较佳实施例，S1中，得到所述干粉料后，进一步通过超细风选机风
选，对干粉料的粒径进行均化和细化，目数达到500‑800目，再用于陈腐均化。
根据本发明的较佳实施例，S3中，在制粒过程中，每间隔30‑60min检测一次颗粒的
水分含量和圆度，根据检验测试的水分含量和圆度加水或调节旋转制粒机的工作参数，以制备
根据本发明的较佳实施例，S3中，制粒完成后，对陶粒砂初品进行分级筛分，得到
1、本发明制备陶粒砂的原料包括废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土及复合添加
剂，特别是通过添加复合添加剂，可以大幅改善陶粒砂的性能，包括：(1)高耐火度(耐火度
1790‑1900℃)，减少铸件粘砂、提高溃散性；使清砂更容易；(2)低膨胀率、降低了铸件缺陷、
提高尺寸精度；(3)角形系数低、粒型圆整、提高了铸件透气性和铸件表面精度；(4)强度高、
破碎率低、重复再生使用，节能绿色环保，降低固态废料的排放；(5)堆积密度低、降低了树
2、本发明制备的陶粒砂与硅砂的对比，本发明制备的陶粒砂在破碎磨损率、抗压
力、铸件抗拉、抗弯折强度等方面，性能显著优于传统硅砂。因此是一种远优于硅砂的替代
品，可用于取代进口CB砂在铸造领域中的应用。具体地：(1)经GMS5‑2罐磨机研磨1小时，硅
砂的破碎磨损率2.47％，而本发明制备的陶粒砂破碎磨损率只有0.06％，抗破碎磨损性能
明显优于硅砂。(2)放入压力试验机2分钟升压至69Mpa保压2min，硅砂的AFS细度由47.2变
化到54.8，细度变化范围大；而本发明制备的陶粒砂AFS由66.5变化到66.8，基本不变，砂子
的粒度基本保持不变，可见本发明陶粒砂的抗压性能明显优于硅砂。(3)使用硅砂/本发明
的陶粒砂进行3D打印试件，在相同固化剂、粘结剂和添加量的情况下，本发明陶粒砂制备的
综上所述，本发明提供了一种高端铸造用(3D打印)陶粒砂，具有耐火度高、强度
高、破碎率低、热膨胀率低、铸件精度高、再生使用率高、球型砂，角型系数小于1.1(铸造流
砂、进口CB砂在铸造领域中进行应用，满足铸造需要，还能够大大降低铸造企业经济成本。
本发明制备的陶粒砂适用于自硬呋喃树脂砂、碱性酚醛树脂砂、覆膜砂、冷芯盒树脂砂、3D
打印等各种砂型铸造工艺领域，应用于航空、船舶、3D打印等高端精密铸件的制造。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描
本发明的高端铸造用陶粒砂使用的原料如下：废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土
和复合添加剂；所述复合添加剂包含预先混合均匀的锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化硅和氧化
钛。优选其中，废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土、复合添加剂的混合质量比为4‑6:2‑4:8‑
其中，复合添加剂只要含有锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化硅和氧化钛这些组分即可
起到很好的技术效果，可大幅改善制备的陶粒砂的耐火度、提高抗压力强度，降低破碎率，
减小膨胀率等，改善铸件的抗拉和抗弯强度。优选地，锰矿粉、熟料、氧化铁、氧化硅和氧化
适应高温环境，主要起到提高陶粒砂耐火度的作用。废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、复合添加
剂可以制备含有大量莫来石相、石英相及玻璃相混合组织的陶粒砂，使用废弃粉煤灰、含铝
尾矿废料代替优质铝矾土、减少优质铝矾土的用量，保护铝矾土资源。对废弃粉煤灰进行资
源化利用还可减少环境污染。对废弃的含铝尾矿进行减量化和无害化处理，避免堆积带来
废弃粉煤灰4份、含铝尾矿废料4份、铝矾土12份和复合添加剂2份。复合添加剂由锰矿粉、熟
(1)将废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土和复合添加剂混合均匀，接着进行风选
(2)将干粉料加水混合均匀得到湿料，湿料含水率为20％，进行充分拌和，进行造
粒，造粒过程中加入一定量的干粉料。造粒过程中造粒机的初始转速为5000r/min，混合
2min，然后调整转速至4000/min,混合3min，造粒完成后进行整形2h，然后从整形后的陶粒
(3)将陶粒砂初品在120℃下烘干0.5h，然后在1400℃下焙烧10h，最后冷却，即得
废弃粉煤灰4份、含铝尾矿废料4份、铝矾土12份和复合添加剂2份。复合添加剂由锰矿粉、熟
(1)制备混合料：将废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土和复合添加剂混合均匀，然
(2)陈腐均化：将干粉料加水拌和得湿料，控制湿料中含水量为20％，将拌和好的
(3)制粒：将陈化后的湿料打碎成粉末状，打碎过程中掺入干粉料，一起送入旋转
制粒机制粒。在制粒过程中，每间隔60min检测一次颗粒的水分含量和圆度，根据检验测试的水
(4)将陶粒砂初品在120℃下烘干0.5h，然后在1400℃下焙烧12h，最后冷却，即得
废弃粉煤灰6份、含铝尾矿废料3份、铝矾土8份和复合添加剂3份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按5:60：2：10:2的质量比混合得到。制备方法参见实施例2。
废弃粉煤灰5份、含铝尾矿废料3份、铝矾土10份和复合添加剂2份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按10:80：10：20:10的质量比混合得到。制备方法参见实施例2。
废弃粉煤灰5份、含铝尾矿废料3份、铝矾土10份和复合添加剂2份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按5:80：10：20:10的质量比混合得到。
(1)制备混合料：将废弃粉煤灰、含铝尾矿废料、铝矾土和复合添加剂混合均匀，然
(2)陈腐均化：将干粉料加水拌和得湿料，控制湿料中含水量为18％，将拌和好的
(3)制粒：将陈化后的湿料打碎成粉末状，打碎过程中掺入干粉料，一起送入旋转
制粒机制粒。在制粒过程中，每间隔60min检测一次颗粒的水分含量和圆度，根据检验测试的水
(4)将陶粒砂初品在120℃下烘干1h，然后在1550℃下焙烧10h，最后冷却，即得到
废弃粉煤灰6份、含铝尾矿废料4份、铝矾土12份和复合添加剂3份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按1:80：20：20:1的质量比混合得到。制备方法参见实施例5。
废弃粉煤灰4份、含铝尾矿废料2份、铝矾土8份和复合添加剂2份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按50:100：20：50:20的质量比混合得到。制备方法参见实施例
废弃粉煤灰6份、含铝尾矿废料2份、铝矾土10份和复合添加剂3份。复合添加剂由锰矿粉、熟
料、氧化铁、氧化硅和氧化钛按10:100：50：1:50的质量比混合得到。制备方法参见实施例5。
废弃粉煤灰4份、含铝尾矿废料4份、铝矾土12份和2份熟料。本例未使用复合添加剂。制备方
本对比例是在实施例2的基础上，改变复合添加剂的组成为：锰矿粉、熟料、氧化铁
本对比例是在实施例2的基础上，改变复合添加剂的组成为：熟料、氧化铁、氧化硅
本对比例是在实施例2的基础上，改变复合添加剂的组成为：锰矿粉、熟料、氧化硅
本对比例是在实施例2的基础上，改变复合添加剂的组成为：锰矿粉、熟料、氧化铁
对上述实施例1‑8和对比例1‑5及传统的硅砂进行性能测试，测试项目及方法如
(1)破碎磨损率实验：将一定量待测试的砂粒放入磨罐中1小时(GMS5‑2罐磨机)，
(2)抗压力实验：将一定量待测试的砂粒放入压力试验机，2分钟升压至69Mpa保压
磺酸固化剂与陶粒砂预先混合，固化剂用量为树脂加入量的38％；固化剂和呋喃
树脂组成粘结剂；粘结剂用于增加陶粒砂间的粘结强度。分别使粘结剂占砂质量的0.1％和
1.05％，铸造得到两种试件。测试试件24h抗拉和抗弯强度。将测试结果汇总如下表：
由以上实施例看出，实施例1采用了本发明的配料，但采用传统工艺制备。实施例
2‑8采用本发明的制备方法和条件制备。最终，实施例1制备的陶粒砂优于对比例1‑5和硅
砂，但实施例2‑8制备的陶粒砂又优于实施例1。其中，实施例5所制备的陶粒砂各方面的性
能最优，与传统的硅砂相比，抗破碎磨损性能明显优于硅砂。抗压力性能上，实施例5制备的
陶粒砂AFS由66.5变化到66.8，基本不变，砂子的粒度基本保持不变，高端铸造用(3D打印)
陶粒砂的抗压性能明显优于硅砂。本发明制备的陶粒砂铸造的铸件，其抗拉和弯折性是硅
此外，本发明制备的陶粒砂的耐火度为1790‑1900℃，堆积密度为1 .4‑1 .6g/cm
对比例1中制备陶粒砂时只添加了熟料作为粘结剂，而未加入复合添加剂，导致铸件的抗
拉、抗弯强度大幅度降低,粉化率很高；对比例2的复合添加剂中缺少了氧化钛而导致陶粒
砂及铸件耐火温度下降。对比例3的复合添加剂中缺少了锰矿粉而导致陶粒砂耐火温度下
降，铸件抗住压力的强度降低(砂的粉化率增加)；对比例4的复合添加剂缺少了氧化铁而导致陶粒
砂粉化率增加，铸件抗压强度和抗弯强度下降；对比例5的复合添加剂中缺少了氧化硅导致
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案做修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术