CN103588466A

CN103588466A - 一种用于制造陶粒的组合物及陶粒制造方法

Info

Publication number: CN103588466A
Application number: CN201210288216.3A
Authority: CN
Inventors: 钟正全
Original assignee: HENAN MEISAIKE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LUOYANG ZHENGQUAN INDUSTRIAL CO., LTD.
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN103588466B

Abstract

本发明是关于一种用于制造陶粒的组合物及陶粒制造方法,其是以20%～50%黄河泥沙、10%～25%污泥、10%～20%页岩和10%～40%粘土为原料，经混合原材料的获取及处理，生料球的制备、筛选及圆化和陶粒烧制过程而成。该方法比一般用粘土、页岩等为原料烧制的陶粒，耗能更少、生产成本更低，而且还节省了粘土的用量，节约用地，更重要是，开辟了一条黄河泥沙、污泥和页岩粉资源化处理的新途径。

Description

一种用于制造陶粒的组合物及陶粒制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造陶粒的组合物及陶粒制造方法,特别是涉及一种以黄河泥沙、污泥、页岩和泥土为原料烧制陶粒的方法。

背景技术

目前，陶粒及其制备方法的专利很多，主要原料是粘土、页岩、污泥、黄土、炉渣、粉煤灰、煤矿剥离物等，并加入粘结剂、外加剂制备而成。但粘土、页岩、污泥、黄土的利用，不仅造成耕地破坏、水土流失、环境污染等，而且所制得的陶粒大都密度偏大、强度偏低、力学性能与热工性能较差，功能较少。

黄河是世界上公认的最复杂难治的河流,难治的症结在于“水少、沙多、水沙异源、水沙关系不协调”,其巨量泥沙造成河道萎缩,“悬河”形势日趋严峻。黄河泥沙的处理和利用已成为事关黄河安危的一项非常现实而又十分紧迫的事情。黄河泥沙资源利用虽然也取得了不少成果,但在对其定位、政策、规划、应用、民生等方面的系统性、协调性与创新性的认识和实践上还存在一些问题。如何安全经济地处理处置河流泥沙是世界共同面临的环境问题，解决这个世界性难题对我国来说更是刻不容缓。由于黄河泥沙的无机矿物成分与粘土的无机矿物成分相近，所以我们尝试使用黄河泥沙作为原料烧制陶料。

污泥是指在废水的处理过程中,产生大量的固体悬浮物质。污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒可以吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。污水处理厂经过机械脱水后的污泥如果处置不当，会对环境造成一定的危害，污泥会散发出难闻的臭味，另外，也可能会导致疾病的传播。由于污泥中含有较多的有机物，可以作为烧制陶粒时的产气成分，增加陶粒的孔隙率，提高陶粒的等级。因此，我们可尝试添加一定量的污泥作为生产陶粒的原料。

页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，页岩形成于静水的环境中，泥沙经过长时间的沉积，所以经常存在于湖泊、河流三角洲地带，在海洋大陆架中也有页岩的形成，页岩中也经常包含有古代动植物的化石。目前国内外，利用页岩陶粒做为轻集骨架料，掺入陶砂、矿渣或煤灰等工业废渣，采用水泥做为胶凝材料，所生产的产品具有体轻、保温、节能等特点。采用该产品做为建筑物墙体材料，可实现建筑节能。据测试，陶粒砌块墙体厚度40cm传热系数相当于1.48m厚度粘土实心砖墙体，节能、保温效果非常显著。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用黄河泥沙、污泥、页岩和粘土为原料烧制陶粒的方法，同时提供一种黄河泥沙的新用途。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的用于制造陶粒的组合物，其组分及其重量百分含量为：20%～50%黄河泥沙、10%～25%污泥和10%～20%页岩和10%～40%粘土。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的组合物，其中：该页岩中包含以下重量百分含量的组分：55~60%SiO₂，15~20%Al₂O₃，7~10%Fe₂O₃，2~5%MgO，2~4%CaO；该黄河泥沙中包含以下重量百分含量的组分：72~76%SiO₂，10~14%Al₂O₃，2~5%Fe₂O₃，1~3%MgO，2~5%CaO；该污泥中包含以下重量百分含量的组分：30~34%SiO₂，0.1~1%Al₂O₃，0.1~0.5%Fe₂O₃，0.5~2%MgO，3~6%CaO。

前述的组合物，其中该页岩中包含以下重量百分含量的组分：57.38%SiO₂，18.8%Al₂O₃，8.53%Fe₂O₃，2.63%MgO和3.27%CaO。

前述的组合物，其中该黄河泥沙中包含以下重量百分含量的组分：74.57%SiO₂，12.51%Al₂O₃，3.73%Fe₂O₃，2.02%MgO和2.51%CaO。

前述的组合物，其中该污泥中包含以下重量百分含量的组分：31.98%SiO₂，0.79%Al₂O₃，0.29%Fe₂O₃，1.08%MgO和4.86%CaO。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的以前述的组合物为原料的陶粒的制造方法，其包括以下步骤：

（1）混合原材料的获取及处理：

采集黄河泥沙，采集后露天放置自然晾干；

采集污泥，并对其进行机械脱水；

采集页岩；

采集粘土；

按前述组合物中各组分的比例取上述原料，经自然风干、破碎机破碎后，将其放入搅拌机充分搅拌均化，并在搅拌时喷洒雾状的水，得混合原料，并控制其所含水分的重量百分含量为20%～30%；

（2）生料球的制备、筛选及圆化：将该混合原料经压机压制成生料球，然后，对该生料球的形状进行筛选，筛选出粒径在10mm～25mm的生料球，最后再通过圆化成球盘进行圆化；

（3）陶粒的烧制：

将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成陶粒的烧制。

前述的陶粒的制造方法，其中将该脱水后的污泥掺到该粘土中使用，使污泥的水分自然渗到粘土中，使其总含水率不大于30%。

前述的陶粒的制造方法，其中该压机工作压力为58.0MPa～62.0MPa

前述的陶粒的制造方法，其中所述的混合原材料的获取及处理步骤中，所述的破碎机破碎是经双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于3mm。

前述的陶粒的制造方法，其中该回转窑利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

前述的陶粒的制造方法，其中制得陶粒的表观密度为1367～2258kg/m³，比表面积为1.127～1.942m²/g，耐压强度为56.00～69.69MPa。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种黄河泥沙的用途，其用作前述的陶粒制造方法的原料成分。

根据黄河泥沙，污泥和页岩无机部分的化学成分与可用于烧制陶粒的化学组成相近的特点，我们发明了用黄河泥沙，污泥和页岩烧制陶粒的方法。陶粒是一种适应现代建筑轻型化、高性能化需要的新型混凝土骨料，它主要可以代替重量质砂石，成为普遍用于轻质建筑材料生产和轻质混凝土的配料。由于陶粒轻质建材不仅可以解决重量、保温、防潮、隔热防火、隔音抗震等技术难题，还可以大大降低建筑成本，随着我国墙改力度的加大，陶粒轻质建材因有众多的优点和综合利用性能将被日益广泛应用，另外，陶粒还可以作为吸附材料，用于污水处理等方面。因此，利用黄河泥沙，污泥和页岩粉烧制的陶粒既能在轻质建筑材料领域上发挥作用，更重要的是，开辟了一条污泥资源化处理的新途径。

本发明与现有技术相比，具有显著的环境和经济效果:

（1）用黄河泥沙、污泥、页岩和粘土为原料烧制陶粒，它比一般用粘土、页岩等为原料烧制的陶粒，耗能更少、生成本更低。

（2）利用黄河泥沙、污泥、页岩和粘土为原料烧制的陶粒，不仅节省了粘土的用量，节约用地，更重要是，开辟了一条黄河泥沙、污泥和页岩粉资源化处理的新途径。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明以黄河泥沙、污泥、页岩和泥土为原料烧制陶粒的方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的以黄河泥沙、污泥、页岩和泥土为原料烧制陶粒的方法其具体实施方式、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，以黄河泥沙、污泥、页岩和泥土为原料烧制陶粒的方法步骤如下:获取黄河泥沙、污泥、页岩和粘土→预处理→配比混合→挤压成型→筛选、圆化→预热烘干→高温焙烧→冷却→入库。具体操作步骤如下所述。

（l）原材料的获取及处理

在一实施例中，黄河泥沙来自河南郑州黄河提灌站沉砂池清淤出来的黄河泥沙。黄河泥沙量大，且易取，价格低廉，可以降低生产成本。清淤出来的黄河泥沙露天放置经过自然晾干后，即可作为生产陶粒的原料。优选包含以下重量百分含量组分的黄河泥沙：72~76%SiO₂，10~14%Al₂O₃，2~5%Fe₂O₃，1~3%MgO，2~5%CaO；更优选包含以下重量百分含量组分的黄河泥沙：74.57%SiO₂，12.51%Al₂O₃，3.73%Fe₂O₃，2.02%MgO和2.51%CaO。

在一实施例中，污泥取自郑州五龙口生活污水处理厂的活性污泥，这些污泥若不及时处理和有效利用，将对环境产生危害。污泥会散发出难闻的臭味，弥漫于空气中，危害人类的身体。取得的污泥经过机械脱水后，可选择地掺到或不掺到粘土中使用，当掺到粘土中时，污泥的水分自然渗到粘土中，使其总含水率不大于30％，粘土取自当地的农田土。优选包含以下重量百分含量组分的污泥：30~34%SiO₂，0.1~1%Al₂O₃，0.1~0.5%Fe₂O₃，0.5~2%MgO，3~6%CaO。更优选包含以下重量百分含量组分的污泥：31.98%SiO₂，0.79%Al₂O₃，0.29%Fe₂O₃，1.08%MgO和4.86%CaO。

在一实施例中，页岩是取自于郑州周围的河流地带。页岩形成于静水的环境中，泥沙经过长时间的沉积。页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由粘土沉积经一定的压力和温度形成的岩石。优选包含以下重量百分含量的组分的页岩：55~60%SiO₂，15~20%Al₂O₃，7~10%Fe₂O₃，2~5%MgO，2~4%CaO；更优选包含以下重量百分含量组分的页岩：57.38%SiO₂，18.8%Al₂O₃，8.53%Fe₂O₃，2.63%MgO和3.27%CaO。采集的页岩经过磨碎处理后，可用于原料配比混合。

当然，黄河泥沙、污泥及页岩还可从其他地域获得，并不局限于以上所述地域。

对比页岩、铝矾土和铁矿石中的主要成分可以发现，各成分的含量有很大的差异，但是仍可以通过合适的配比混合后，使各成分组成在可用于烧制陶粒的化学组成范围内，如表1所示，以制得质量比较好的滤料陶粒。

表1可用于烧制陶粒的化学组成范围

化学组成	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	Mg₂O＋Fe₂O₃
					含量（%）	48~58	12~18	3~8	3~6

研究发现，上述四种原料的重量百分含量可为20%～50%该黄河泥沙、10%～25%该污泥和10%～20%该页岩和10%～40%该粘土。

将上述原料按上述配比混合后，经破碎机破碎后，放入搅拌机充分搅拌均化，并在搅拌时喷洒雾状的水，得混合原料，并控制其所含水分的重量百分含量为20～30%，其有利于挤压成型，含水量太小，成球后容易散开；含水量太大，粘性太大，生料球表面不够光滑。

（2）生料球的制备、筛选及圆化：将该混合原料经压机压制成生料球，可选择压机工作压力为58.0MPa～62.0MPa，然后，对该生料球的形状进行筛选，筛选出粒径在10mm～25mm的生料球，虽然经过仔细筛选，但是大部分的生料球形状还达不到要求，为了使滤料陶粒的外形更加美观，故采用圆化成球盘进行圆化；

（3）陶粒的烧制：

将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成轻质陶粒的烧制。其中，该回转窑可利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为滤料陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

实施例1：

以40%的黄河泥沙、10%的污泥和10%的页岩和40%的粘土，经自然风干、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于2mm，再经两级双轴搅拌机搅拌均化，控制成球水份24%，经成球机成球，筛选出粒径在10mm～25mm的生料球后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为2258kg/m³，耐压强度为56.00MPa，吸水率为6.132%，比表面积为1.127m²/g。

实施例2:

以50%的黄河泥沙、20%的污泥、20%的页岩和10%的粘土，经自然风干、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于2mm，再经两级双轴搅拌机二级搅拌均化，控制成球水份25%，经成球机成球，筛选出粒径在10mm～25mm的生料球后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成陶粒的烧制，可得堆积密度更大，强度也更大的陶粒。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为1526kg/m³，耐压强度为69.69MPa，吸水率为7.892%，比表面积为1.942m²/g。

实施例3:

以20%的黄河泥沙、25%的污泥、15%的页岩和40%的粘土，经干燥、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于2mm再经两级双轴搅拌机搅拌均化，控制成球水份30%，经成球机成球，筛选出粒径在10mm～25mm的生料球后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成陶粒的烧制，可得堆积密度更小的超轻陶粒。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为1367kg/m³，耐压强度为62.28MPa，吸水率为8.230%，比表面积为1.852m²/g。

表2陶粒相关参数的测定结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于制造陶粒的组合物，其特征在于其组分及其重量百分含量为：20%～50%黄河泥沙、10%～25%污泥、10%～20%页岩和10%～40%粘土。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：

该页岩中包含以下重量百分含量的组分：55~60%SiO₂，15~20%Al₂O₃，7~10%Fe₂O₃，2~5%MgO，2~4%CaO；

该黄河泥沙中包含以下重量百分含量的组分：72~76%SiO₂，10~14%Al₂O₃，2~5%Fe₂O₃，1~3%MgO，2~5%CaO；

该污泥中包含以下重量百分含量的组分：30~34%SiO₂，0.1~1%Al₂O₃，0.1~0.5%Fe₂O₃，0.5~2%MgO，3~6%CaO。

3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于该页岩中包含以下重量百分含量的组分：57.38%SiO₂，18.8%Al₂O₃，8.53%Fe₂O₃，2.63%MgO和3.27%CaO。

4.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于该黄河泥沙中包含以下重量百分含量的组分：74.57%SiO₂，12.51%Al₂O₃，3.73%Fe₂O₃，2.02%MgO和2.51%CaO。

5.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于该污泥中包含以下重量百分含量的组分：31.98%SiO₂，0.79%Al₂O₃，0.29%Fe₂O₃，1.08%MgO和4.86%CaO。

6.一种以权利要求1至5任一权利要求所述的组合物为原料的陶粒的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：

（1）混合原材料的获取及处理：

采集黄河泥沙，采集后露天放置自然晾干；

采集污泥，并对其进行机械脱水；

采集页岩；

采集粘土；

按权利要求1所述组合物各组分的比例取上述原料，经自然风干、破碎机破碎后，将其放入搅拌机充分搅拌均化，并在搅拌时喷洒雾状的水，得混合原料，并控制其所含水分的重量百分含量为20%～30%；

（3）陶粒的烧制：

7.根据权利要求6所述的陶粒的制造方法，其特征在于将该脱水后的污泥掺到该粘土中使用，使污泥的水分自然渗到粘土中，使其总含水率不大于30%。

8.根据权利要求6所述的陶粒的制造方法，其特征在于该压机工作压力为58.0MPa～62.0MPa。

9.根据权利要求6所述的陶粒的制造方法，其特征在于所述的混合原材料的获取及处理步骤中，所述的破碎机破碎是经双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于2mm。

10.根据权利要求6所述的陶粒的制造方法，其特征在于该回转窑利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

11.根据权利要求6所述的陶粒的制造方法，其特征在于制得陶粒的表观密度为1367～2258kg/m³，比表面积为1.127～1.942m²/g，耐压强度为56.00～69.69MPa。

12.一种黄河泥沙的用途，其特征在于用作权利要求6至11任一权利要求所述的陶粒制造方法的原料成分。