CN104311125A

CN104311125A - 一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法

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Publication number: CN104311125A
Application number: CN201410513735.4A
Authority: CN
Inventors: 何选盟; 任强; 武秀兰; 刘辉; 李军奇
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: CN104311125B

Abstract

本发明涉及一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法，通过分步喷入5％～25％的硫酸钾溶液，干燥时溶解于水中的钾离子随着水分向表面扩散富集于生料球表面壳层，烧成过程中表面层的钾离子与其它物质反应形成易熔物质，起到助烧结剂的作用，生料球的表面层以下助烧结剂中钾离子含量很低，在表面层烧结温度下烧成的陶粒，吸水率较小，但表面层以下核心区域未烧结密度较低，最终得到吸水率小同时整体密度低的轻质陶粒。本发明解决了陶粒既要求吸水率小、强度高，又要求容重小的问题。本发明硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法工艺简单，操作安全，可大批量生产，且成本低。

Description

一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑新材料技术领域，具体涉及一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法。

背景技术

陶粒是以粘土，工业废渣、废料、尾矿、低质页岩等为原料，添加少量粘结剂和添加剂，经过混合、成球高温烧结等传统工艺过程而制成轻骨料，其具有容重轻、强度高、导热性低、耐火度较高、保温防冻抗腐蚀、抗冲击、抗震、耐磨无放射物(无有害物)等特点，是一种优质的绿色建筑材料。由于陶粒的吸水性能严重影响了陶粒混凝土的和易性和胶结能力，所以需要添加易烧结矿物、废渣等烧结助剂来提高陶粒的烧结程度，减小陶粒的吸水率。烧结助剂与原料混合均匀，降低了陶粒的烧结温度，使陶粒致密，同时增大了陶粒比重，降低了陶粒的隔热隔音效果而限制了陶粒的使用。烧胀陶粒虽然解决了陶粒的吸水率和隔热隔音的问题，但是要求其生产原料必须是可烧胀原料，这种原料在自然界中很少，再一方面陶粒生产是在高温下膨化而形成的中空球体，能耗较高、陶粒强度不高，由原料的性能来保证产品性能和尺寸，工艺难控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法，具有表面烧结致密，整体密度低，吸水率小，强度高，制备工艺简单的优点。

为实现上述目的，一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒制备方法，采用以下技术方案：包括以下步骤：

1)取原料以质量百分比计：0％-65％的粉煤灰、35％-95％的粘土、0～65％的陶瓷废料和0～65％的粘土尾矿；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和成孔剂以质量比100：(5～20)混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料进行成球处理获得生料球，且在成球处理中将浓度为5％～25％的硫酸钾水溶液喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的8～15％；

4)将步骤3)得到的生料球进行过筛处理，并干燥，得到干燥生料球；

5)将步骤4)得到的干燥生料球在900～1200℃下进行烧成处理3～5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

所述的步骤2)中成孔剂为煤粉，颗粒度小于0.125mm。

步骤3)中硫酸钾水溶液为间歇式喷洒。

所述的步骤3)中成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料。

所述的步骤3)中成球处理的设备为糖衣机。

所述的步骤5)中烧成处理的设备为回转窑。

一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒：其表面烧结致密，内部未烧结呈多孔状，吸水率小于5％，容重为802.94～1351.72Kg/m³。

一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒制备方法具有以下的有益效果：相比较现有技术，通过将硫酸钾助烧结剂以喷洒的形式加入，且硫酸钾溶液浓度为5％～25％，钾以钾离子的形式存在于溶液中，干燥时湿生料球中溶解于水中的钾离子随水分向生料球表面扩散，水分被蒸发后钾离子富集于生料球表面壳层，烧成过程中表面层的钾离子与其它物质反应形成易熔物质，在900～1200℃熔融，促进表面层烧结，起到助烧结剂的作用。生料球的表面层以下助烧结剂中钾离子含量低，在表面层烧结温度下烧成的陶粒，吸水率较小，但表面层以下核心区域未烧结密度较低，最终得到吸水率小同时整体密度低的硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。所采用的烧结助剂硫酸钾成本低，加入量易控制。本发明硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法具有工艺简单，操作安全，可大批量生产，且成本低等优点。

制得的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒，表面烧结致密，内部未烧结呈多孔状，整体密度低；陶粒强度高，容重小，具有良好的隔热隔音效果。制得的硫酸钾烧结助剂主要在1000℃～1200℃起助烧结作用，且高温硫酸根分解可在陶粒中形成孔洞而降低陶粒密度。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图；

图2为实施例12所制备的陶粒断面微观结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

参见图1和2，一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒制备方法包括以下步骤：

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：(5～20)混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为5％～25％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的8～15％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在900～1200℃下进行烧成处理3～5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒，其表面烧结致密，内部未烧结呈多孔状，吸水率小于5％，容重为802.94～1351.72Kg/m³。

所述的成孔剂为煤粉。

表1为实施例1至实施例12中各个组分的添加含量及烧成时间、温度和制得物质的吸水率和容重。

表1

实施例1：

1)取原料以质量百分比计：65％的粉煤灰和35％的粘土；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：5混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为5％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的8％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1200℃下进行烧成处理3小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率2.98％，容重为1223.47Kg/m³。

实施例2：

1)取原料以质量百分比计：35％的粘土和65％的陶瓷废料的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：6混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为8％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的9％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1150℃下进行烧成处理3.5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率3.62％，容重为1346.51Kg/m³。

实施例3：

1)取原料以质量百分比计：35％的粘土和65％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：7混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为10％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的10％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1100℃下进行烧成处理4小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率3.26％，容重为1185.27Kg/m³。

实施例4：

1)取原料以质量百分比计：20％的粉煤灰、65％的粘土和15％的陶瓷废料的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：9混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为13％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的11％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1000℃下进行烧成处理4.5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率4.16％，容重为976.51Kg/m³。

实施例5：

1)取原料以质量百分比计：20％的粘土、40％的陶瓷废料和40％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：10混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为15％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的12％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在900℃下进行烧成处理5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率4.52％，容重为833.48Kg/m³。

实施例6：

1)取原料以质量百分比计：30％的粉煤灰、35％的粘土和35％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：13混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为18％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的13％；

吸水率1.34％，容重为1351.72Kg/m³。

实施例7：

1)取原料以质量百分比计：1％的粉煤灰、95％的粘土、2％的陶瓷废料和2％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：15混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为20％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的14％；

吸水率4.69％，容重为802.94Kg/m³。

实施例8：

1)取原料以质量百分比计：20％的粉煤灰、40％的粘土、20％的陶瓷废料和20％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：18混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为21％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的15％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1000℃下进行烧成处理5小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率4.29％，容重为1046.12Kg/m³。

实施例9：

1)取原料以质量百分比计：30％的粉煤灰、35％的粘土、20％的陶瓷废料和15％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：20混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为23％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的10％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1170℃下进行烧成处理3.4小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率1.38％，容重为1322.39Kg/m³。

实施例10：

1)取原料以质量百分比计：45％的粉煤灰、50％的粘土、2％的陶瓷废料和3％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：16混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为25％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的11.5％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在950℃下进行烧成处理4.6小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率4.27％，容重为1023.25Kg/m³。

实施例11：

1)取原料以质量百分比计：10％的粉煤灰、70％的粘土、15％的陶瓷废料和5％的粘土尾矿的混合物；将原料混合后进行球磨、干燥和研细处理后得坯料备用；其中颗粒度小于65μm的坯料占坯料总质量的90％以上；

2)将步骤1)制备的坯料和颗粒度小于0.125mm的成孔剂以质量比100：17混合，得到混合料；

3)将步骤2)制备的混合料放入糖衣机中进行成球处理获得生料球，成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料，且在成球处理中将浓度为9％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的8.5％；

5)将步骤4)得到的干燥生料球放入回转窑中在1080℃下进行烧成处理3.7小时，后冷却得到硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率3.65％，容重为1247.28Kg/m³。

实施例12：

称取配比为粉煤灰40％，大同土为60％的原料球磨混合均匀，球磨后干燥研细过80目筛得到坯料备用；将坯料与粒度小于0.125mm的煤粉混合均匀，成孔剂与坯料的比例为20:100；根据设备生产能力将2Kg混合料放入成球机中滚动，用喷雾装置将预先配制好的20％的硫酸钾水溶液间歇式喷至混合料上成球，生料球中硫酸钾水溶液的含量占生料球总质量的14.5％，根据成球状况间歇式加入混合料干粉，成球机继续滚动，微球逐渐长大，生料球达到要求的尺寸(5mm)后成球结束；将生料球过筛，除去粒径大于或小于要求尺寸的生料球，然后将成品放入干燥设备中干燥；将干燥后的生料球放入回转窑在1150℃烧成3.5小时；最后，将烧成后的陶粒进行筛分选，得到符合尺寸要求的硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒。

吸水率2.45％，容重为1307.43Kg/m³。

获得的硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒最后根据需要进行筛分处理，得到最终所需尺寸的产品。

本发明具有以下优点：制得的陶粒表面烧结致密，内部未烧结呈多孔状，整体密度低；陶粒强度高，容重小，具有良好的隔热隔音效果；所采用的烧结助剂硫酸钾成本低，加入量易控制。本发明硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法具有工艺简单，操作安全，可大批量生产，且成本低等优点。制得的硫酸钾烧结助剂主要在1000℃～1200℃起助烧结作用，且高温硫酸根分解可在陶粒中形成孔洞而降低陶粒密度。

Claims

1.一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中成孔剂为煤粉，颗粒度小于0.125mm。

3.根据权利要求1所述的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：步骤3)中硫酸钾水溶液为间歇式喷洒。

4.根据权利要求1所述的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)中成球过程中，根据成球状况以间歇式加入混合料。

5.根据权利要求1所述的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)中成球处理的设备为糖衣机。

6.根据权利要求1所述的一种硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：所述的步骤5)中烧成处理的设备为回转窑。

7.权利要求1所述的制备方法制得的硫酸钾表面助烧结的轻质陶粒，其特征在于：其表面烧结致密，内部未烧结呈多孔状，吸水率小于5％，容重为802.94～1351.72Kg/m³。