CN104311127A - 一种硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法，通过分步喷入5％～25％的硼酸钠溶液，干燥时溶解于水中的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钠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钠离子含量很低，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。本发明硼酸钠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
技术领域
本发明属于建筑新材料技术领域，具体涉及一种硼酸钠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，提供一种硼酸钠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，一种硼酸钠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％的硼酸钠水溶液喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠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，后冷却得到硼酸钠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)中硼酸钠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。
一种硼酸钠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863.71～1395.33Kg/m3。
一种硼酸钠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，通过将硼酸钠助烧结剂以喷洒的形式加入，且硼酸钠溶液浓度为5％～25％，钠以钠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钠离子随水分向生料球表面扩散，水分被蒸发后钠离子富集于生料球表面壳层，烧成过程中表面层的钠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钠离子含量低，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硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。所采用的烧结助剂硼酸钠成本低，加入量易控制。本发明硼酸钠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。
制得的一种硼酸钠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。本发明制得的硼酸钠烧结助剂主要在700℃～900℃起助烧结作用。
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2，一种硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒制备方法包括以下步骤：
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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠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，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
一种硼酸钠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863.71～1395.33Kg/m3。
所述成孔剂为煤粉。
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与容重。
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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的8％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1200℃下进行烧成处理3小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率2.92％，容重为1203.27Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的9％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1150℃下进行烧成处理3.5小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率3.81％，容重为1256.71Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的10％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1100℃下进行烧成处理4小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率3.46％，容重为1186.24Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的11％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1000℃下进行烧成处理4.5小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率4.76％，容重为1059.5Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的12％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在900℃下进行烧成处理5小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率4.52％，容重为903.48Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的13％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1200℃下进行烧成处理3小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率1.23％，容重为1383.21Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的14％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在900℃下进行烧成处理5小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率4.78％，容重为863.71Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1000℃下进行烧成处理5小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率3.84％，容重为1306.12Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的10％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1170℃下进行烧成处理3.4小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率1.48％，容重为1395.33Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的11.5％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在950℃下进行烧成处理4.6小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率4.07％，容重为1227.29Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠水溶液的含量占生料球总质量的8.5％；
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)得到的干燥生料球放入回转窑中在1080℃下进行烧成处理3.7小时，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率3.55％，容重为1247.26Kg/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％的硼酸钠水溶液间歇式喷至混合料上成球，生料球中硼酸钠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硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
吸水率2.15％，容重为1327.30Kg/m3。
获得的硼酸钠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；所采用的烧结助剂硼酸钠成本低，加入量易控制。本发明硼酸钠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。本发明制得的硼酸钠烧结助剂主要在700℃～900℃起助烧结作用。
Claims (7)
1.一种硼酸钠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：
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％的硼酸钠水溶液喷至混合料上，获得的生料球中硼酸钠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，后冷却得到硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种硼酸钠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所述的一种硼酸钠表面助烧结的轻质陶粒的制备方法，其特征在于：步骤3)中硼酸钠水溶液为间歇式喷洒。
4.根据权利要求1所述的一种硼酸钠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所述的一种硼酸钠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所述的一种硼酸钠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硼酸钠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863.71～1395.33Kg/m3。
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