CN101003431A - 用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒及其制造工艺 - Google Patents

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朱平儿
钱自勇
胡涌
虞克夫
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Abstract

本发明公开了一种用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒的制造工艺，以矿山采矿废弃的粘土质页岩，经破碎后作原料，不加副料或添加剂，不用制球成球工艺，直接烧制陶粒，优化工艺条件，运用瞬间膨胀技术，缩短、降低预热、烧胀时间、温度，节约能源，废物得以消纳，变废为宝，资源开发循环利用，为建筑业提供超轻、高强混凝土轻集料，是建筑节能迫切需求的产品。

Description

用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒及其制造工艺
技术领域：
本发明涉及一种混凝土建筑材料，尤其是涉及一种混凝土轻集料的制造工艺。
背景技术：
目前我国每年建成的楼房面积高达16亿-21亿m2，但新建建筑中95％以上仍属于高耗能建筑，单位建筑面积采暖能耗为气候相近发达国家的3倍左右，我国建筑能耗已占全国能源消耗的近30％。建筑节能成为重大难题。
近年来，我国城市建筑物趋向高层，城市交通向立体交通发展，以节约占地面积和改善交通路口拥挤状况。国内外大量土木建筑工程实践证明，采用轻质高强轻集料和工程优化设计两项措施，可使桥梁及高层建筑物的基础设施、建设资金降低，建筑节能效益显著，但是，我国目前应用于轻质高强混凝土的轻集料，尤其是轻质高强陶粒的制造技术尚处于开发阶段，产品性能，质量技术指标，满足不了发展中的需要。
党中央、国务院提出加快建设节约型社会，这对我国建材工业来说，即是机遇，更是挑战，节约土地资源，节约能源成为建材工业为加快建设节约型社会的重要环节，特别是建筑节能；推广节能建筑，降低建筑能耗的基础条件是建筑工业必须围绕“建筑节能”这个主题，满足新形势下建筑业的发展要求；大力发展节能建材制品的比重的同时为建筑业提供标准化、部品化、集成化的建材产品。
提供大量轻质高强混凝土轻集料是加快建设节约型社会和市场经济发展的迫切需要。
发明内容：
本发明基于上述的社会实际需要，本发明的目的在于提供一种用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒。
本发明的目的在于利用矿山开采时，作为废料排弃的粘土质页岩为原料，不加副料或粘结剂、膨胀剂，直接生产用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒。其制造工艺流程包括原料破碎，筛选、预热、烧胀、冷却成品。
由于将有害废弃的粘土页岩废物利用，消除了页岩废物堆放占地、污染环境，有害生态平衡所带来的隐患；页岩废物利用将有害物质使之有效消纳和利用，转化为可用原料是建材行业成为整个社会实现资源循环关键环节的一个体现，是坚持资源开发与节约并重的发展方针，更是国家发展循环型经济的重点产业。
本发明的目的在于利用粘土质页岩Fe2O3、Cao MgO、Na2O、K2O(含量较高)特有的易溶成分在加热过程中释放的热量，缩短、减少预热、烧胀时间和用煤量为减轻陶粒容重，提高强度，降低成本创造条件。
本发明的另一个目的是通过采用原料的选择，制造工艺的创新，特别是工艺，技术参数的创新以之达到下述目的：
1、工艺简略：节约能源，将经过破碎，筛选后的有效粒径粘土质页岩颗粒，直接送入旋转炉窑进行热工烧制。由于所述制造工艺，省却了已知陶粒的湿球成型工艺，从而节约了因湿球成形所需的人力、与时间，尤为重要的是节约了因湿球成球采用的圆盘成球机耗费的动力能源。
2、寻求最佳预热、烧胀温度、节时、节能
由于生产实践中积累的丰富经验，正确撑握碎石型页岩陶粒受热膨胀的机理与之相应的热工技术参数，及受热膨胀过程中较佳的预热所需温度和持续时间，较佳的烧胀温度及持续时间。采用瞬间烧胀技术，经几十次的试烧，终于研究成功；预热温度400-500℃，时间20-40分钟，烧胀温度1090-1190℃，这个温度和时间控制的研究成功是目前同类产品生产技术最低、最短的温度与时间控制参数，是较为节约时间和能源的碎石型页岩陶粒制造工艺。
在所述的温度、时间的区域内，可予以相应调整，使之不同的预热温度、时间和烧胀温度、时间烧制成不同堆积密度，不同的吸水率和筒压强度的碎石型页岩陶粒，用于不同要求的混凝土轻集料。
实现上述所述的瞬间烧胀技术，其所述的预热，与烧胀工艺是在旋转炉窑转速、风量与喷管喂煤量控制中进行的。
1)、旋转炉窑的转速控制；是碎石型页岩在炉窑中预热，烧胀(膨胀)中较为重要的工艺参数，炉窑转速的快慢是关系到页岩颗粒体在炉窑面壁接触受热和炉窑空间传热的均容性问题；炉窑转速过慢，会引起碎石颗粒体不能自行滚动，受热不均颗粒体预热脱水和粒体内部结晶水脱水不完善，进入高温段时，烧胀(瞬间膨胀)率不均，有发生结块现象，严重时发生结炉工艺事故；炉窑转速过快，由于物理离心力作用，碎石颗粒体同样不能均容地自行滚动，碎石粒体聚集并相互粘连，进入高温段时同样发生结块，严重时发生结炉停产工艺事故。本发明的目的和任务就是为了拟定正确的炉窑转速控制，适合碎石粒体在炉窑中的正常反滚，使之表面受热均匀，膨胀完善，杜绝结块和结炉的工艺事故。
2)、风量控制：与预热、烧胀工艺密切相关，预热、烧胀的温度，时间确定与风量控制有着利益的关系，适当的送风量有助于预热、烧胀的温度上升速度加快，节约预热、烧胀时间，使之节约能源，由于风量增进了燃烧，使燃烧完善，又能提高燃烧温度，缩短了预热、烧胀时间。研究符合本发明专利申请中预热、烧胀工艺条件所需的风量控制是本发明的目的。
3)、喷管喂煤量控制，与上述所述的预热、烧胀工艺密切相关；合理、适量、稳定的喂煤速度是预热、烧胀所需热度与时间的限制，稳定的喂煤速度是预热、烧胀工艺完善的可靠保证。更是本发明申请研究的目的。
本发明的再一个目的，在于将上述工艺制造的破碎型页岩陶粒应用于超轻混凝土轻集料和高强混泥土轻集料。
本发明申请所述的目的，是通过下述的制造工艺完成的，其工艺流程包括原料破碎、筛选、预热、烧胀、冷却成品。其具体操作及工艺参数如下所述：
1)原料破碎：将粘土质页石用破碎机破碎成碎石，碎石颗粒的粒径为10-15mm。
2)筛选：用标准震动筛筛选原料碎石颗粒，去除泥粉杂物，将合符标准碎石颗粒送入旋转炉窑进行烧制。
3)预热：温度控制在400-450℃，持续时间20-30分钟。
4)烧胀：温度控制在1140-1180℃之间。持续时间3-4分钟，此段时间采用的瞬间膨胀技术使页岩碎粒开始瞬间膨胀，体积增大，自重减轻。
5)冷却：烧胀后的页岩陶粒进入冷却带缓慢冷却至室温，即可制成堆积密度等级为300-600级的碎石型超轻陶粒。
6)改变预热温度为480-500℃，持续时间35-40分钟，烧胀温度1090-1110℃，持续时间5分钟，冷却至室温成品，即可制成堆积密度为700-800的碎石型页岩陶粒。
所述的预热、烧胀是在下述工艺参数控制中进行的；
1)旋转炉窑转速控制：预热段450(48-50秒/转)；烧胀段：600(30-32秒/转)；冷却段800(20-25秒/转)。
2)风量控制：一次风14-18格；二次风40-70％(密切注意蝶阀实际开度)。
3)喷管喂煤量控制：+2--6，喂煤量650-850。
本发明上述所述内容通过以下实施例作进一步说明，需强调指出，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。
附图说明
图1是用于轻质混凝土的破碎型页岩陶粒及其制造工艺流程图。
其制造工艺流程：原料破碎、预热、烧胀、冷却、成品。
实施例1
本发明用于生产高强或超轻陶粒的粘土质页岩的化学成分析结果如表1所示。
成分 SiO2  Al2O3  Fe2O3  CaO  MgO  Na2O  K2O  灼减  塑指
％ 59.76  16.41  6.13  2.28  3.21  2.76  3.52  4.88  14.2
实施1所述的粘土质页岩，该页岩在地质学的概念中，有很多种，本发明所用的粘土质页岩是以用于膨胀陶粒生产的特性角度进行界定的。页岩在膨胀页岩陶粒煅烧的工艺技术条件下，可分为可烧胀页岩和不可烧胀页岩两大类。本发明所用的页岩属可烧胀的粘土质页岩。
实施例2-10
本发明生产超轻类型陶粒的工艺条件及产品，检验结果如表2所示。
    实例编号     预热温度℃     预热时间分   烧胀温度℃   烧胀时间分   堆积密度kg/m3     吸水率％ 密度等级
    1     410     20   1180   3   337     18.7   400
    2     400     20   1190   3   278     22.6   300
    3     420     25   1170   3   384     17.4   400
    4     440     30   1150   4   490     14.4   500
    5     430     25   1160   4   437     14.7   500
    6     460     30   1130   4   596     7.39   600
    7     450     30   1140   4   543     7.41   600
    8     480     35   1110   5   702     7.35   700
    9     470     35   1120   5   649     7.37   700
实施例11-12
本发明生产高强型陶粒的工艺条件及产品检验结果如表3所示。
  实例编号   预热温度℃   预热时间分   烧胀温度℃   烧胀时间分   堆积密度kg/m3   吸水率％ 密度等级   筒压强度MPa
  11   490   40   1100   5   759   7.34 800   6.5
  12   500   40   1090   5   808   7.31 800   6.2

Claims (4)

1、用于轻质混凝土的碎石型页岩陶粒及其制造工艺，包括原料破碎、筛选、预热、烧胀、冷却成品其特征在于：
a、以粘土质页岩为原料，经破碎后的碎石的粒径为10-15mm，将破碎后的页岩碎粒直接送入旋转炉窑热工烧制。
b、预热温度控制在400-450℃，时间20-30分钟，烧胀温度1140-1180℃，时间3-4分钟，冷却至室温，即可制成堆积密度等级为300-600级的碎石型超轻陶粒。
c、预热温度控制在480-500℃，时间35-40分钟，烧胀温度1090-1110℃，时间5分钟，冷却至室温，却可制成堆积密度为700-800级的碎石型高强陶粒。
2、根据权利要求1，所述的碎石型页岩陶粒的制造工艺，其特征在于所述的预热，烧胀是在旋转炉窑转速控制中进行的。
3、根据权利要求1，所述的碎石型页岩陶粒的制造工艺，其特征在于所述的预热、烧胀是在风量控制中进行的。
4、根据权利要求1所述的碎石型页岩陶粒的制造工艺，其特征在于所述的预热、烧胀是在喷管喂煤量控制中进行的。
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