CN105601315B - 一种轻骨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轻骨料，其主要由按重量份计的以下组分制备：污泥35‑52份；粉煤灰14.4‑19.5份；页岩33.6‑45.5份；膨胀剂0.1‑0.2份；其中所述污泥的含水率为60‑75％。本发明还提供了所述轻骨料的制备方法，包括以下步骤：1)对污泥进行自然干化至所需含水率；2)按比例加入步骤1)中干化后的污泥以及粉煤灰、页岩和膨胀剂，搅拌均匀，形成塑性泥料；3)将步骤2)中所述的塑性泥料制成料球并进行干燥；4)对所述的料球进行预热和焙烧，制成轻骨料，其中所述焙烧的最终温度为1160‑1175℃。本发明可以直接使用含水污泥制备轻骨料，节约干化污泥的成本；本发明制备的轻骨料轻质、高强、低吸水。

Description

一种轻骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种轻骨料及其制备方法。
背景技术
根据《中国污泥处理处置市场分析报告(2013版)》，到2015年，全年城镇污水处理厂湿的污泥(含水率80％)产生量将为3359万吨[1]。大部分污泥采用的是填埋或简易填埋，非法倾倒时有发生，污染隐患大，因此污泥资源化利用是当务之急。直接利用湿污泥与粉煤灰-页岩混合制泥料，不仅消纳了污泥，还可以减少用水量和热耗。但出厂污泥含水率一般在80％左右，直接用来制球，其消纳量不足20％。如将污泥稍做干化处理，使含水率降至70％或60％时，其污泥质量就能减少近1/3或1/2，利用这种半干化污泥，仍然可以混合成为塑性泥料，是提高污泥消纳量有效方法。
轻骨料可以使混凝土轻质化，随着建筑业的发展，对高性能轻骨料的需求越来越多，而我国高性能轻骨料的产量较低。国内外已有很多关于利用污泥制备轻骨料的先例，其均为先将污泥干燥后再进行制备，直接使用污泥进行制备的工艺尚未报道。而本领域技术人员知晓，污泥的干燥十分困难，消耗人力物力较大，因此，直接使用具有较高含水量的污泥进行轻骨料的制备可以有效地节约时间和经济成本。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种轻骨料，所述的轻骨料由自然半干化的污泥直接制备，具有强度高、吸水率低等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述轻骨料的制备方法，该方法采用特别的处理工艺，尤其是在预热和焙烧料球时特别注重升温速率的调控，能够制备出高强度、低吸水率的轻骨料。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面涉及一种轻骨料，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为60-75％。
本发明所采用的污泥含水率较高，以该含水率的污泥作为原料，大大提高了污泥的消纳量，而又不会因为需要对污泥进行充分干燥而造成经济和时间成本的浪费。
本发明采用特定的组分配比，利用污泥制备轻骨料，该配比有助于提高成品轻骨料的强度。
使用含水率较高的污泥制备轻骨料时，轻骨料内部孔少，由于烧结不充分，强度较低；而干化程度过高，含水率过低时，污泥烧失量较大，致使轻骨料内部有较大的空洞，且孔分布不均匀，因而强度降低。选取合适含水量的污泥可以使得烧结充分，孔壁较厚，从而得到高强度的轻骨料。
此外污泥的掺量选择也对轻骨料的性质至关重要，掺量提高时，料球组成中熔剂氧化物和烧失量提高，焙烧时产生液体含量高、且粘度低，使烧结性能提高，但污泥掺量过高将会导致轻骨料疏松，强度下降。
优选地，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为65-71％；
所述轻骨料的膨胀率为21.43-21.7％，颗粒强度为8.5-8.9Mpa，1h吸水率1.0-3.0％，颗粒表观密度为970-1090kg/m3。
优选地，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为60-65％；
所述轻骨料的膨胀率为6.3-21.4％，颗粒强度为7.6-8.5Mpa，1h吸水率1.5-2.5％，颗粒表观密度为970-980kg/m3。
优选地，所述膨胀剂为SiC。
优选地，所述页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 45-55％、Al2O3 15-20％、Fe2O3 5-10％、CaO 3-6％、MgO 2-6％，余量为杂质。
页岩的组分及含量与轻骨料的性质息息相关，本发明采用的页岩选自张家口尚义县境内的紫色页岩，其成分特别适宜制备高强度的轻骨料。
本发明的另一个方面涉及所述轻骨料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)对污泥进行自然干化至所需含水率；
2)按比例加入步骤1)中干化后的污泥以及粉煤灰、页岩和膨胀剂，搅拌均匀，形成塑性泥料；
3)将步骤2)中所述的塑性泥料制成料球并进行干燥；
4)对所述的料球进行预热和焙烧，制成轻骨料，其中所述焙烧的最终温度为1165-1175℃。
对污泥进行自然干化有助于在提高污泥消纳量的同时制备高强度的轻骨料。
焙烧温度需要控制在1165-1175℃内。
优选地，所述步骤1)中的自然干化的具体过程为，在露天环境下铺设污泥，铺设厚度为2-8cm，在阳光下自然干化1-36小时，优选地，所述铺设厚度为4-6cm。
自然干化的铺设厚度对于干化进程以及干化效果有着显著的影响，以本申请提供的干化方法进行干化可以得到含水量适中，适于制备轻骨料的污泥。
优选地，所述步骤3)中，在制备料球之前，将所述塑性泥料陈化0.5-1.5小时。
在制备料球前进行陈化可以使得泥料中的水分分布更加均匀，从而提高泥料的可塑性。
优选地，所述步骤4)中，所述预热阶段中，料球被加热至180-220℃，升温速率为8-12℃/min；所述焙烧阶段在预热阶段完成后进行，所述焙烧阶段中，料球首先被以35-45℃/min的升温速率加热至580-630℃，随后再以12-16℃/min的升温速率继续加热至1165-1175℃。
料球的加热升温历程需要严格控制，在焙烧阶段时，应以较快的速度升温，否则在升温过程中可能生成二噁英，造成环境污染，而在加热至580-630℃后，应降低加热速度。使料球均匀的生成熔融体和使熔融体膨胀的气体，从而获得具有分布均匀气孔结构的轻骨料。
优选地，在所述步骤4)中的焙烧过程完成后首先将料球风冷至650-750℃，再于室温条件下自然降温。
冷却时，将料球置于原本的加热装置中，停止加热并先通过鼓风将料球冷却至一定的温度后再于室温条件下自然降温，降温的速度不宜过快，否则料球的表面会开裂，采用上述冷却历程可以确保料球的质量不受到影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明可以直接使用含水污泥制备轻骨料，节约干化污泥的时间和经济成本；
(2)本发明可以通过自然干化处理对污泥进行适度干化，从而提高污泥的消纳量；
(3)本发明制备的轻骨料轻质、高强、低吸水。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
按照以下步骤制备轻骨料
1)对污泥进行自然干化
将原始污泥装入500mm×300mm×300mm铁箱中，污泥厚度为2cm，在露天场地进行自然干化1小时，得到含水率为75％的污泥。
2)按重量分数取以下组分：
粉煤灰19.5份；
页岩45.5份；
膨胀剂0.1份；
其中，页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 45％、Al2O3 20％、Fe2O3 10％、CaO 6％、MgO 6％，余量为杂质。
将以上配方混合在一起，加入水泥净浆搅拌机中搅拌均匀，后取步骤1)中自然干化后的污泥35份，逐渐加入混合料中，期间不断搅拌，直至混合料与污泥成型为塑性泥料。
3)将步骤2)中所述的塑性泥料在手摇制丸机的一区、二区和三区，压饼、成条和成球，料球的直径在10mm左右，后在干燥鼓风机中，在105℃的条件下干燥料球；
4)将干燥后的料球放入1600℃快速升温节能箱式电炉中预热和焙烧，预热阶段中料球被加热至180℃，升温速率为8℃/min；
后进行焙烧，焙烧阶段中料球首被以35/min的升温速率加热至580℃，随后再以12℃/min的升温速率继续加热至1160℃；
保持恒温10min后，自然下降160℃，打开炉门并急速风冷至650℃，后于室温条件下降温至环境温度。
经测定，轻骨料的膨胀率为21.4％，颗粒强度为8.5Mpa，颗粒表观密度为970kg/m3。
实施例2
按照以下步骤制备轻骨料
1)对污泥进行自然干化
将原始污泥装入500mm×300mm×300mm铁箱中，污泥厚度为4cm，在露天场地进行自然干化12小时，得到含水率为70％的污泥。
2)按重量分数取以下组分：
粉煤灰18.3份；
页岩42.7份；
膨胀剂0.12份；
其中，页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 55％、Al2O3 15％、Fe2O3 10％、CaO 6％、MgO 6％，余量为杂质。
将以上配方混合在一起，加入水泥净浆搅拌机中搅拌均匀，后取步骤1)中自然干化后的污泥39份，逐渐加入混合料中，期间不断搅拌，直至混合料与污泥成型为塑性泥料。
3)将步骤2)中所述的塑性泥料在手摇制丸机的一区、二区和三区，压饼、成条和成球，料球的直径在10mm左右，后在干燥鼓风机中，在105℃的条件下干燥料球；
4)将干燥后的料球放入1600℃快速升温节能箱式电炉中预热和焙烧，预热阶段中料球被加热至220℃，升温速率为12℃/min；
后进行焙烧，焙烧阶段中料球首被以45/min的升温速率加热至630℃，随后再以16℃/min的升温速率继续加热至1175℃；
保持恒温10min后，自然下降160℃，打开炉门并急速风冷至750℃，后于室温条件下降温至环境温度。
经测定，轻骨料的膨胀率为6.3％，颗粒强度为7.6Mpa，颗粒表观密度为980kg/m3。
实施例3
按照以下步骤制备轻骨料
1)对污泥进行自然干化
将原始污泥装入500mm×300mm×300mm铁箱中，污泥厚度为6cm，在露天场地进行自然干化24小时，得到含水率为65％的污泥。
2)按重量分数取以下组分：
粉煤灰16.5份；
页岩38.5份；
膨胀剂0.15份；
其中，页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 52％、Al2O3 18％、Fe2O3 5％、CaO 3％、MgO 2％，余量为杂质。
将以上配方混合在一起，加入水泥净浆搅拌机中搅拌均匀，后取步骤1)中自然干化后的污泥45份，逐渐加入混合料中，期间不断搅拌，直至混合料与污泥成型为塑性泥料。
3)将步骤2)中所述的塑性泥料在手摇制丸机的一区、二区和三区，压饼、成条和成球，料球的直径在10mm左右，后在干燥鼓风机中，在105℃的条件下干燥料球；
4)将干燥后的料球放入1600℃快速升温节能箱式电炉中预热和焙烧，预热阶段中料球被加热至200℃，升温速率为10℃/min；
后进行焙烧，焙烧阶段中料球首被以40/min的升温速率加热至600℃，随后再以16℃/min的升温速率继续加热至1160℃；
保持恒温10min后，自然下降160℃，打开炉门并急速风冷至700℃，后于室温条件下降温至环境温度。
经测定，轻骨料的膨胀率为21.4％，颗粒强度为8.9Mpa，颗粒表观密度为1020kg/m3。
实施例4
按照以下步骤制备轻骨料
1)对污泥进行自然干化
将原始污泥装入500mm×300mm×300mm铁箱中，污泥厚度为8cm，在露天场地进行自然干化36小时，得到含水率为60％的污泥。
2)按重量分数取以下组分：
粉煤灰14.4份；
页岩33.6份；
膨胀剂0.2份；
其中，页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 55％、Al2O3 16％、Fe2O3 8％、CaO 5％、MgO 4％，余量为杂质。
将以上配方混合在一起，加入水泥净浆搅拌机中搅拌均匀，后取步骤1)中自然干化后的污泥52份，逐渐加入混合料中，期间不断搅拌，直至混合料与污泥成型为塑性泥料。
3)将步骤2)中所述的塑性泥料在手摇制丸机的一区、二区和三区，压饼、成条和成球，料球的直径在10mm左右，后在干燥鼓风机中，在105℃的条件下干燥料球；
4)将干燥后的料球放入1600℃快速升温节能箱式电炉中预热和焙烧，预热阶段中料球被加热至200℃，升温速率为10℃/min；
后进行焙烧，焙烧阶段中料球首被以40/min的升温速率加热至600℃，随后再以16℃/min的升温速率继续加热至1170℃；
保持恒温10min后，自然下降160℃，打开炉门并急速风冷至700℃，后于室温条件下降温至环境温度。
经测定，轻骨料的膨胀率为21.7％，颗粒强度为8.9Mpa，颗粒表观密度为1090kg/m3。
按照GB/T17431.1-2010的试验方法对实施例1-4中制备的轻骨料进行参数测定并与国标进行对照，测定结果如表1所示：
表1
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种轻骨料，其特征在于，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为60－75％；
所述页岩含有按质量百分比计的以下组分：SiO2 45－55％、Al2O3 15－20％、Fe2O3 5－10％、CaO 3－6％、MgO 2－6％，余量为杂质；
所述轻骨料的膨胀率为6.3－21.7％，颗粒强度为7.6－8.9MPa ，1h吸水率1.0－3.0％，颗粒表观密度为970－1090kg/m3。
2.根据权利要求1所述的轻骨料，其特征在于，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为65－71％；
所述轻骨料的膨胀率为6.3－21.7％，颗粒强度为8.5－8.9MPa ，1h吸水率1.0－3.0％，颗粒表观密度为970－1090kg/m3。
3.根据权利要求1所述的轻骨料，其特征在于，所述轻骨料主要由按重量份计的以下组分制备：
其中，所述污泥的含水率为60－65％；
所述轻骨料的膨胀率为21.4－21.7％，颗粒强度为7.6－8.5MPa ，1h吸水率1.5－2.5％，颗粒表观密度为970－980kg/m3。
4.根据权利要求1所述的轻骨料，其特征在于，所述膨胀剂为SiC。
5.根据权利要求1所述的轻骨料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)对污泥进行自然干化至所需含水率；
2)按比例加入步骤1)中干化后的污泥以及粉煤灰、页岩和膨胀剂，搅拌均匀，形成塑性泥料；
3)将步骤2)中所述的塑性泥料制成料球并进行干燥；
4)对所述的料球进行预热和焙烧，制成轻骨料，其中所述焙烧的最终温度为1160－1175℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的自然干化的具体过程为，在露天环境下铺设污泥，铺设厚度为2－8cm，在阳光下自然干化1－36小时。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铺设厚度为4－6cm。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，在制备料球之前，将所述塑性泥料陈化0.5－1.5小时。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述预热阶段中，料球被加热至180－220℃，升温速率为8－12℃/min；所述焙烧阶段在预热阶段完成后进行，所述焙烧阶段中，料球首先被以35－45℃/min的升温速率加热至580－630℃，随后再以12－16℃/min的升温速率继续加热至1160－1175℃。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤4)中的焙烧过程完成后首先将料球风冷至650－750℃，再于室温条件下自然降温。
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