CN105731998A - 一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒及其制备方法，该轻质陶粒由油页岩半焦、油页岩灰渣、粘土及水玻璃等原料组成，其制备方法包括制粉、成球、烧成、冷却等工艺步骤。本发明具有原料来源广泛、制备工艺简单、生产成本低、环保等优点，其技术方案的实施不仅可以减少油页岩半焦及灰渣堆积对大量土地的占用，减轻它们对生态、环境以及人类健康的严重威胁，也解决了以往市场上陶粒制品本身所存在的低容量值、低吸水率和低筒压强度等问题，提高了对油页岩半焦的利用价值，使油页岩半焦变废为宝，适合工业化生产。

Description

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料的制备技术领域，涉及一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒及其制备方法。

背景技术

陶粒作为一种轻集料，具有密度小、强度高、吸水率大、保温、隔热、抗震、耐火等特点，它的用途广泛，可取代普通砂石配制轻集料混凝土，用作水处理滤料、吸附剂、透水路面材料，还可用作农业、园林中无土栽培的培养基以及桥面板、空心非承重砌块或混凝土构件等建材原料。现有技术中，公知的陶粒一般采用粘土、生物污泥等为主要原料，通过高温焙烧、膨化而成，由于原料来源所限，公知陶粒制品在实际制备过程中还存在有环境污染较大、生产成本较高及能耗较高等诸多问题，且制品本身的筒压强度也较低(3～5MPa)。

油页岩属于非常规油气资源，是一种不可再生的化石能源，与石油、天然气、煤一样。油页岩半焦为油页岩经低温干馏后的固体产物，油页岩灰渣是置于马弗炉中的油页岩在800℃下恒温2小时所得的残留物(即油页岩经干馏或燃烧后产生的废渣)，长期以来，在油页岩开发利用过程中，要产生巨量的油页岩半焦及油页岩灰渣，这些产物被大量废弃堆积，由于其中含有的大量重金属元素，堆积物经过雨水淋溶或扩散后这些元素会严重污染周围的土地、水源，既破坏了土壤的生产能力，也危害到周边居民身体健康，从而在无形中造成严峻的环境污染问题。但研究也表明，油页岩半焦中含有大量的矿物成分，其主要成分为SiO₂、CaO、Al₂O₃和Fe₂O₃。其中SiO₂含量为45％～60％，CaO含量为10～20％，Al₂O₃含量为5％～15％，Fe₂O₃含量为3％～10％。近年来，随着国家对环境保护工作的日益重视，政府部门对企业的环保工作也有明确的要求，在此背景下，有关生产企业中如何提高油页岩半焦的利用率，减少环境污染，进而达到提高经济效益和发展循环经济的目的，亦已成为迄今众多能源生产企业致力研究的主要技术课题。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种生产成本低、能耗低、环保效果好且产品使用性能高的利用油页岩半焦制备的轻质陶粒及其制备方法。

本发明的技术方案如下所述。

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，其特征在于它由以下质量百分比的物质原料组成：

其中，所述的油页岩半焦为油页岩经低温干馏后的固体产物(即将油页岩在50g铝甄中干馏至510℃，并恒温10min后所得的残余物)，所述的油页岩灰渣是置于马弗炉中的油页岩在800℃下恒温2小时所得的残留物。

上述利用油页岩半焦制备的轻质陶粒中，油页岩半焦是油页岩干馏之后所得的主要副产物，其主要成分为SiO₂、CaO、Al₂O₃和Fe₂O₃，具有容重轻、保温性能好等特点，利用油页岩半焦代替砂、石等天然骨料制备轻质陶粒，不仅有助于节约天然资源，降低成本，同时，还有利于保护环境；油页岩灰渣在配方中起到调节剂的作用，由于油页岩灰渣中Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O及K₂O成分含量较多，Fe₂O₃在加热高温时能产生大量气体，主要为0₂，对陶粒的烧胀起关键作用，而Fe₂O₃、Na₂O和K₂O等助剂组分含量高又起到助熔作用，可降低陶粒烧成温度，同时这些助剂还有利于液相的形成，从而扩大熔融温度范围，提高陶粒品质；而粘土和水玻璃在本发明配方中主要起粘结剂作用。

用于制备这种轻质陶粒的方法包括下述的工艺步骤：

1)将油页岩半焦粉碎，按所述比例称取粉碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3～3.5小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃配成0.01～0.02％的水溶液，用喷雾器械喷洒在盘内的混合物上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)控制湿料球最大粒度小于10mm，先使之自然烘干，再将其置于烘箱中烘干；

4)将干燥后的料球置于烧结窑内焙烧，烧结温度1100～1180℃，恒温10～15min；

5)焙烧结束后，使料球在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却；筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。

与现有技术相比，本发明采用油页岩半焦、油页岩灰渣、粘土及水玻璃按照特定比例进行组合后，通过制粉、成球及烧成工艺制成轻质陶粒，本发明添加了油页岩半焦及油页岩灰渣，其中Fe₂O₃在加热高温时能产生大量气体，主要为0₂，对陶粒的烧胀起关键作用，而Fe₂O₃、Na₂O和K₂O等助剂组分含量高又起到助熔作用，可降低陶粒烧成温度，同时这些助剂还有利于液相的形成，从而扩大熔融温度范围，提高陶粒品质。用其制成的非承重砌块或混凝土构件具有施工快捷、强度大、吸水率低等优点。本发明技术方案的实施不仅可以减少油页岩半焦及灰渣堆积对大量土地的占用，减轻它们对生态、环境以及人类健康的严重威胁，也解决了以往市场上陶粒制品本身所存在的低容量值、低吸水率和低筒压强度等问题，提高了对油页岩半焦的利用价值，使油页岩半焦变废为宝，适合工业化生产。

具体实施方式

实施例1

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，由以下质量百分比的物质原料组成：

该轻质陶粒的制备方法包括下述步骤：

1)将油页岩半焦破碎，按上述比例称取破碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃预先配成0.01％的水溶液，用喷雾器械喷在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)所得湿料球最大粒度为10mm，先使之自然烘干12h，再将其置于温度为100℃的烘箱中烘干；

4)将筛出来的球料置于烧结窑内焙烧，烧结温度为1130℃，恒温10min；

5)焙烧结束后，在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却,之后筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。

为了证明本发明产品的有益效果，本发明设计人参照《轻集料》实验条件的要求，对该产品的相关性能进行了检测。该轻质陶粒经过检测得知，产品的体密度为468kg/m³，产品的真实密度为623kg/m³，密度小于水，吸水率8.9％，筒压强度为8.5MPa，达到国家标准。

实施例2

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，由以下质量百分比的物质原料组成：

该轻质陶粒的制备方法包括下述步骤：

1)将油页岩半焦破碎，按上述比例称取破碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃预先配成0.02％的水溶液，用喷雾器械喷在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)所得湿料球最大粒度为10mm，先使之自然烘干12h，再将其置于温度为100℃的烘箱中烘干；

4)将筛出来的球料置于烧结窑内焙烧，烧结温度为1140℃，恒温15min；

5)焙烧结束后，在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却,之后筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。

为了证明本发明产品的有益效果，本发明设计人参照《轻集料》实验条件的要求，对此产品的相关性能进行了检测。该轻质陶粒经过检测得知，产品的体密度容量为470kg/m³，产品的吸水率8.2％，筒压强度为8.9MPa，达到国家标准。

实施例3

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，由以下质量百分比的物质原料组成：

该轻质陶粒的制备方法包括下述步骤：

1)将油页岩半焦破碎，按上述比例称取破碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃预先配成0.02％的水溶液，用喷雾器械喷在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)所得湿料球最大粒度为10mm，先使之自然烘干12h，再将其置于温度为100℃的烘箱中烘干；

4)将筛出来的球料置于烧结窑内焙烧，烧结温度为1150℃，恒温15min；

5)焙烧结束后，在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却,之后筛出粒径3～8mm的陶粒，即为产品。

为了证明本发明产品的有益效果，本发明设计人参照《轻集料》实验条件的要求，对此产品的相关性能进行了检测。该轻质陶粒经过检测得知，产品的体密度容量为483kg/m³，吸水率7.9％，筒压强度为9.1MPa，达到国家标准。

实施例4

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，由以下质量百分比的物质原料组成：

该轻质陶粒的制备方法包括下述步骤：

1)将油页岩半焦破碎，按上述比例称取破碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃预先配成0.02％的水溶液，用喷雾器械喷在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)所得湿料球最大粒度为10mm，先使之自然烘干12h，再将其置于温度为100℃的烘箱中烘干；

4)将筛出来的球料置于烧结窑内焙烧，烧结温度为1165℃，恒温15min；

5)焙烧结束后，在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却,之后筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。

为了证明本发明产品的有益效果，本发明设计人参照《轻集料》实验条件的要求，对此产品的相关性能进行了检测。该轻质陶粒经过检测得知，产品的体密度容量为490kg/m³，吸水率7.5％，筒压强度为9.5MPa，达到国家标准。

实施例5

一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，由以下质量百分比的物质原料组成：

该轻质陶粒的制备方法包括下述步骤：

1)将油页岩半焦破碎，按上述比例称取破碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃预先配成0.02％的水溶液，用喷雾器械喷在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)所得湿料球最大粒度为10mm，先使之自然烘干12h，再将其置于温度为100℃的烘箱中烘干；

4)将筛出来的球料置于烧结窑内焙烧，烧结温度为1165℃，恒温15min；

5)焙烧结束后，在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却,之后筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。

为了证明本发明产品的有益效果，本发明设计人参照《轻集料》实验条件的要求，对此产品的相关性能进行了检测。该轻质陶粒经过检测得知，产品的体密度容量为495kg/m³，吸水率6.3％，筒压强度为9.8MPa，达到国家标准。

Claims (2)

1.一种利用油页岩半焦制备的轻质陶粒，其特征在于由以下质量百分比的物质原料组成：

其中，所述的油页岩半焦为油页岩经低温干馏后的固体产物，所述的油页岩灰渣是置于马弗炉中的油页岩在800℃下恒温2小时所得的残留物。

2.一种用于制备权利要求1所述轻质陶粒的方法，其特征在于包括下述的工艺步骤：

1)将油页岩半焦粉碎，按所述比例称取粉碎好的油页岩半焦、油页岩灰渣和粘土混匀研磨，研磨3～3.5小时，得混合料；

2)将混合物加入盘式造粒机的成球盘内，将水玻璃配成0.01～0.02％的水溶液，用喷雾器械喷洒在盘内的混合料上，在成球盘内滚动成球，得湿料球；

3)控制湿料球最大粒度小于10mm，先使之自然烘干，再将其置于烘箱中烘干；

4)将干燥后的料球置于烧结窑内焙烧，烧结温度1100～1180℃，恒温10～15min；

5)焙烧结束后，使料球在窑内冷却至300℃，出窑，自然冷却；筛出粒径3～10mm的陶粒，即为产品。