CN102674878A - 一种煤矸石陶砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料制备领域，具体涉及一种利用煤矿开采固体废弃物煤矸石制备轻质、防火的陶砂及其制备方法。本发明所述的煤矸石陶砂是由下述重量份的组分制备而成：煤矸石30-70份；玻璃粉20-70份；发泡剂2-10份；粘结剂10-25份。本发明所述的煤矸石陶砂同时选用玻璃粉作为原料，可以利用玻璃粉的良好分散性能使得发泡处理步骤的发泡温度大幅降低，同时也使得到的煤矸石陶砂具有更为多孔的特性，因而保温效果较好；制备得到的煤矸石陶砂堆积密度小于650kg/m3，具有更为轻质的功效；制备得到的煤矸石陶砂导热系数小于0.15W/（m.K），具有更强的保温效果。

Description

一种煤矸石陶砂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料制备领域，具体涉及一种利用煤矿开采固体废弃物煤矸石制备轻质、防火的陶砂及其制备方法。
背景技术
中国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相当长的一段时期内，中国的能源结构仍是以煤炭为主。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴），每年的排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存45亿吨，是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一。人类在享受着煤炭作为能源所带来工业革新的同时，也遭受着煤矸石自燃、堆放等所带来的空气污染、水体污染以及土壤污染等问题。
煤矸石弃置不用，不仅占用大片土地，而且煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体；矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。因此为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。
中国专利CN1502587A公开了一种高掺量煤矸石膨化轻质高强材料及其制备方法。该方法所述的高强材料包括煤矸石、岩石和发泡剂，并通过将上述各组分破碎、搅拌、研磨、过筛、并进行焙烧发泡处理即可制得。该建筑材料不仅利用了煤矸石这种废弃材料，同时通过发泡处理使得该建筑材料具有重量轻、强度大、硬度高、耐磨性好的优点。然而该方法所述的发泡处理步骤需要在1200℃左右完成，过高的温度一方面会破坏发泡的质量，同时也对发泡设备的要求较高。另外，该高强材料的密度为200-1800kg/m3，依然具有轻质改进的空间。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中利用煤矸石制备轻质材料时发泡温度过高的问题，进而提供一种可在较低温度下实现发泡处理并且密度更小的煤矸石陶砂。
本发明还提供了上述轻质煤矸石陶砂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的煤矸石陶砂，由下述重量份的组分制备而成：
煤矸石 30-70份；
玻璃粉20-70份；
发泡剂2-10份；
粘结剂10-25份。
所述各组分及重量份进一步优选：
煤矸石 30-45份；
玻璃粉50-70份；
发泡剂5-8份；
粘结剂15-20份。
所述煤矸石陶砂还包括分散剂5-10份；
所述分散剂为玻璃粉、粘土、高岭土中的一种或几种的混合物。
所述发泡剂为碳酸钠、碳酸钙、白云石类发泡剂中的一种或几种的混合物；
所述粘结剂为水玻璃。
所述煤矸石陶砂的粒径为0.25-8mm。
所述煤矸石陶砂的堆积密度为185-650kg/m3。
本发明还公开了上述的煤矸石陶砂的方法，包括如下步骤：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉和发泡剂，并混合均匀，粉磨至粒径在400目以上的粉料；
(2)将上述制备好的粉料与粘结剂混合均匀，并造粒形成陶砂坯体；
(3)将制成的陶砂坯体干燥；
(4)将干燥后的陶砂坯体在760-850℃下进行发泡处理，并过筛，即得。
在所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括在形成的陶砂坯体外表面包覆分散剂的步骤，所述分散剂为玻璃粉、粘土、高岭土中的一种或几种的混合物，所述分散剂的重量份为5-10份。
所述步骤(3)中将制成的陶砂坯体干燥至含水率低于0.005%。
所述发泡剂为碳酸钠、碳酸钙、白云石类发泡剂中的一种或几种的混合物；所述粘结剂为水玻璃。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，1、本发明所述的煤矸石陶砂同时选用玻璃粉作为原料，可以利用玻璃粉的良好分散性能使得发泡处理步骤的发泡温度大幅降低，同时也使得到的煤矸石陶砂具有更为多孔的特性，因而保温效果较好；2、制备得到的煤矸石陶砂堆积密度小于650kg/m3，具有更为轻质的功效；3、制备得到的煤矸石陶砂导热系数小于0.15W/（m.K），具有更强的保温效果；4、制备得到的煤矸石陶砂可以通过各种后处理制得建筑领域所需的各种建材，不仅使用方便而且应用范围及广泛；5、将形成的陶砂坯体包覆分散剂后再进行干燥处理，避免了陶砂坯体因含水过高而直接干燥造成的坯体断裂甚至毁坏；6、大量利用煤炭开采领域中的固体废弃物煤矸石，减少煤矸石对环境的多重污染，实现环境保护与节能减排。
具体实施方式
实施例1
本发明所述的煤矸石陶砂是通过以下重量份的组分制备得到的：
煤矸石30份、玻璃粉70份、碳酸钠和碳酸钙的混合物5份、水玻璃10份。
上述煤矸石陶砂是通过下述方法制备得到的：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉和碳酸钠和碳酸钙的混合物混合均匀，并粉磨至粒径在400目以上的粉粒；
(2)将上述制备好的粉粒与水玻璃混合均匀，并在圆盘造粒机器上造粒形成陶砂坯体；
(3)将制成的陶砂坯体烘干干燥至含水率低于0.005%；
(4)将干燥后的陶砂坯体在760-850℃下进行烘焙发泡处理，并分级过筛，即得。
本实施例所制备的到的煤矸石陶砂粒径为0.25-8mm，堆积密度为185-200kg/m3，导热系数为0.07-0.08W/(m.K)。
实施例2
本发明所述的煤矸石陶砂是通过以下重量份的组分制备得到的：
煤矸石70份、玻璃粉20份、白云石类发泡剂10份、水玻璃25份、以及作为分散剂的玻璃粉10份。
上述煤矸石陶砂是通过下述方法制备得到的：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉和白云石类发泡剂混合均匀，并粉磨至粒径在400目以上的粉粒；
(2)将上述制备好的粉粒与水玻璃混合均匀，并在圆盘造粒机器上造粒形成陶砂坯体；并在制成的陶砂坯体外表面分散包覆玻璃粉10份，使得所述陶砂坯体的外表面的含水率进一步降低；
(3)将包覆有分散剂的陶砂坯体烘干干燥至含水率低于0.005%；
(4)将干燥后的陶砂坯体在760-850℃下进行烘焙发泡处理，并分级过筛，即得。
本实施例所制备的到的煤矸石陶砂粒径为0.25-8mm，堆积密度为630-650kg/m3，导热系数为0.14-0.15W/(m.K)。
实施例3
本发明所述的煤矸石陶砂是通过以下重量份的组分制备得到的：
煤矸石45份、玻璃粉50份、碳酸钙8份、水玻璃15份、以及作为分散剂的高岭土5份。
上述煤矸石陶砂是通过下述方法制备得到的：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉和碳酸钠混合均匀，并粉磨至粒径在400目以上的粉粒；
(2)将上述制备好的粉粒与水玻璃混合均匀，并在圆盘造粒机器上造粒形成陶砂坯体；并在制成的陶砂坯体外表面分散包覆高岭土5份，使得所述陶砂坯体的外表面的含水率进一步降低；
(3)将制成的陶砂坯体烘干干燥至含水率低于0.005%；
(4)将干燥后的陶砂坯体在760-850℃下进行烘焙发泡处理，并分级过筛，即得。
本实施例所制备的到的煤矸石陶砂粒径为0.25-8mm，堆积密度为400-420kg/m3，导热系数为0.1-0.12W/(m.K)。
实施例4
本发明所述的煤矸石陶砂是通过以下重量份的组分制备得到的：
煤矸石60份、玻璃粉35份、碳酸纳和白云石类发泡剂的混合物2份、水玻璃20份、以及作为分散剂的粘土7份。
上述煤矸石陶砂是通过下述方法制备得到的：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉、以及碳酸纳和白云石类发泡剂的混合物混合均匀，并粉磨至粒径在400目以上的粉粒；
(2)将上述制备好的粉粒与水玻璃混合均匀，并在圆盘造粒机器上造粒形成陶砂坯体；并在制成的陶砂坯体外表面分散包覆粘土和玻璃粉的混合物7份，使得所述陶砂坯体的外表面的含水率进一步降低；
(3)将制成的陶砂坯体烘干干燥至含水率低于0.005%；
(4)将干燥后的 陶砂坯体在760-850℃下进行烘焙发泡处理，并分级过筛，即得。
本实施例所制备的到的煤矸石陶砂粒径为0.25-8mm，堆积密度为500-550kg/m3，导热系数为0.13-0.14W/(m.K)。
实施例5
  粒径(mm) 堆积密度(kg/m3) 导热系数(W/(m.K))
煤矸石陶砂 0.25-8 185-650 ＜0.15
传统陶砂 ＞8 ＞800 ＞0.2
上表为本发明所述的煤矸石陶砂的性能与现有技术中传统陶砂性能对比。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种煤矸石陶砂，其特征在于，由下述重量份的组分制备而成：
煤矸石 30-70份；
玻璃粉20-70份；
发泡剂2-10份；
粘结剂10-25份。
2.根据权利要求1所述的煤矸石陶砂，其特征在于，由下述重量份的组分制备而成：
煤矸石 30-45份；
玻璃粉50-70份；
发泡剂5-8份；
粘结剂15-20份。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石陶砂，其特征在于：
所述煤矸石陶砂还包括分散剂5-10份；
所述分散剂为玻璃粉、粘土、高岭土中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的煤矸石陶砂，其特征在于：
所述发泡剂为碳酸钠、碳酸钙、白云石类发泡剂中的一种或几种的混合物；
所述粘结剂为水玻璃。
5.根据权利要求4所述的煤矸石陶砂，其特征在于：
所述煤矸石陶砂的粒径为0.25-8mm。
6.根据权利要求4所述的煤矸石陶砂，其特征在于：
所述煤矸石陶砂的堆积密度为185-650kg/m3。
7.制备权利要求1或2所述的煤矸石陶砂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别按照选定的重量份称取煤矸石、玻璃粉和发泡剂，并混合均匀，粉磨至粒径在400目以上的粉料；
(2)将上述制备好的粉料与粘结剂混合均匀，并造粒形成陶砂坯体；
(3)将制成的陶砂坯体干燥；
(4)将干燥后的陶砂坯体在760-850℃下进行发泡处理，并过筛，即得。
8.根据权利要求7所述的煤矸石陶砂的制备方法，其特征在于：
在所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括在形成的陶砂坯体外表面包覆分散剂的步骤，所述分散剂为玻璃粉、粘土、高岭土中的一种或几种的混合物，所述分散剂的重量份为5-10份。
9.根据权利要求7或8所述的煤矸石陶砂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(3)中将制成的陶砂坯体干燥至含水率低于0.005%。
10.根据权利要求8所述的煤矸石陶砂的制备方法，其特征在于：
所述发泡剂为碳酸钠、碳酸钙、白云石类发泡剂中的一种或几种的混合物；所述粘结剂为水玻璃。
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