CN106045474A - 一种高掺量石粉轻质陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高掺量石粉轻质陶粒及其制备方法，属于建筑材料技术领域。为了解决现有陶粒页岩使用量过高的问题，提供一种高掺量石粉轻质陶粒及其制备方法，以陶粒的干基重量为基准，该陶粒主要由以下质量百分数的原料制成：页岩：20wt％～30wt％；污泥：35wt％～45wt％；微细石粉：30wt％～45wt％；所述微细石粉的粒径≤80μm，微细石粉的含水率≤4.0wt％；该方法包括先选取原料微细石粉，烘干，使微细石粉含水率在4.0wt％以内；加页岩和污泥进行混合均匀后造粒，得到料球；再控制温度在300℃～400℃的条件下进行预加热；再使在温度为1100℃～1200℃焙烧处理得高掺量石粉轻质陶粒。

Description

一种高掺量石粉轻质陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高掺量石粉轻质陶粒及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
陶粒大多是以粘土、页岩、粉煤灰等为原料，经加工成球形，再经过高温快速焙烧膨胀而成，是一种轻质且有一定强度的内部为蜂窝多孔状的轻集料。陶粒是建筑材料中常用的原料，由于其不仅具有轻质、强度高等优势，能够被大量用于墙体砖、砌块等原料。如使用陶粒的混凝土产品可以明显降低建筑物自重、增强抗震能力等等。但是，目前大部分的陶粒均是以页岩为主要原料，页岩加入量一般在70wt％以上；同时，掺入污泥烧制而成；而对于其它的原料一般仅作为辅料来添加，加入的量也相对较少。如中国专利申请(公开号：CN105130491A)公开了一种高吸附性陶粒，包括70～80重量份的页岩，10～20重量份的粉煤灰，5～8重量份的铁矿石和3～5重量份的焦粉。虽然，其具有较好的吸附性能和轻质的效果，但其页岩的用量太高，且还要外加铁矿石等原料，原料的成本相对过高，不利于工业化生产的要求。另一方面，在实际的生产加工过程中，由于加工粉碎石块过程中产生的微细石粉基本上作为废料处理，对环境造成了较大的影响，同时，也造成大量的原料浪费；又一方面，石块在加工成工艺品或雕刻过程中均会产生大量的石粉。因此，如何有效利用这些石粉也是极需解决的问题。当然，现有的也有采用页岩和污泥一起作为原料而制成的陶粒，如中国专利申请(公开号：CN101186485A)公开了一种污水污泥页岩陶粒，该陶粒包括50wt％～95wt％的页岩，5.0wt％～95wt％污水污泥和0wt％～5wt％的外加剂。其中，外加剂可以是石灰粉或电石渣粉。同样，虽然其一定程度上利用了污泥等废弃原料，但页岩的含量相对仍比较高。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种高掺量石粉轻质陶粒，解决的问题是如何有效利用微细石粉又能够使陶粒具有轻质和高吸水率的性能。
本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种高掺量石粉轻质陶粒，以陶粒的干基重量为基准，该陶粒主要由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％～30wt％；污泥：35wt％～45wt％；微细石粉：30wt％～45wt％；所述微细石粉的粒径≤80μm，且所述微细石粉的含水率≤4.0wt％。
对于普通的陶粒来说，一般只是将石粉作为基本的辅料进行使用，最高加入量也就在20wt％左右，且作为辅料加入对于粒径的要求一般在20mm大小，并不会去考虑其吸水性问题。然而，本高掺量石粉轻质陶粒，由于采用的微细石粉本身的粒径相当的小，具有一定的吸水性，含水量过高，一般在8％以上。如果直接与页岩和污泥混合，掺入的效果较差，容易造成结块或成团现象，即使在后期的混合搅拌过程中也很难使结块或成团的微细石粉分散开来，从而使造成的陶粒在堆积密度和筒压强度及孔隙率等方面性能较差。因此，很难做到掺入量达到30wt％以上的比例要求。本发明人经过长期的研究表明，通过同时使微细石粉的粒径在80μm以下，又使其含水率控制在4.0wt％以内，反而能够较好的混入页岩和污泥中，还能够大大的减少页岩的使用，真正做到了大量利用废弃物的要求，对污泥和微细石粉的用量均较大，减少了对环境的污染，又降低了生产的成本。同时，加入的微细石粉也能够均匀的分散，基本不会出现结块或成团现象，最主要的是通过控制粒径和含水率后，一方面，大大的增加了对微细石粉的利用，使其掺入量高达30wt％以上；另一方面，同时，减少了页岩的添加量，减少了成本。且采用该原料配比的陶粒在性能方面仍能够保持高页岩含量的陶粒的性能，实现了轻质和低吸水率的效果，具有较好的孔隙率，使整体吸水率控制在15％以下，又保证陶粒的强度性能。尤其在堆积密度、筒压强度、孔隙率和吸水率等性能。
在上述高掺量石粉轻质陶粒中，作为优选，所述微细石粉的含水率≤2.0wt％。能够使烧制的陶粒更好的膨化和发胀，使陶粒具有较好的孔隙率，同时，又能够保证陶粒的整体强度性能，从而使陶粒具有轻质和低吸水率的效果。作为进一步的优选，所述微细石粉的含水率为1.0wt％～1.5wt％。
在上述高掺量石粉轻质陶粒中，作为优选，所述微细石粉为云灰石的微细石粉。能够使陶粒在烧制过程中更容易膨胀和成孔，使陶粒具有较好的孔隙率，更有利于使形成的陶粒孔隙率控制在10％～12％左右，又不会使孔隙率过高，实现轻质和低吸水率的效果，又能够保证较高的强度性能。且云灰石的原料易得，有利于工业化生产。当然，所述的微细石粉也可以是普通石块加工成微细的石粉。
在上述高掺量石粉轻质陶粒中，作为优选，所述微细石粉的粒径为10μm～50μm。能够使微细石粉更均匀的分散，使烧制过程陶粒中形成的孔隙均匀性好的效果，实现充分的膨胀效果，达到轻质的效果，又能够使具有较好的筒压强度性能。
在上述高掺量石粉轻质陶粒中，还可以加入少量的辅料进行改性，如加入石灰粉，但辅料的加入量一般在1wt％以内，不宜过高。
本发明的目的之二是通过以下技术方案得以实现的，一种高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，以陶粒的干基重量为基准，该陶粒主要由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％～30wt％；污泥：35wt％～45wt％；微细石粉：30wt％～45wt％；所述微细石粉的粒径≤80μm，且所述微细石粉的含水率≤4.0wt％；且该方法包括以下步骤：
A、按照上述原料的质量百分数配比，选取粒径≤80μm的原料微细石粉，进行烘干处理，使微细石粉的含水率在4.0wt％以内；再加入页岩和污泥进行混合均匀，然后，放入造粒机中进行造粒，得到相应的料球；
B、再控制温度在300℃～400℃的条件下进行预加热处理；
C、经过预加热处理后，再使粒球在温度为1100℃～1200℃的条件下进行焙烧处理，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。
本高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，通过先将粒径≤80μm的原料微细石粉进行烘干处理，正是为了使其含水率控制在4.0wt％以内，使其掺入页岩和污泥原料后不会出现结块或成团现象，同时，也会也提高微细石粉的掺入量，从而使烧制过程中不会出现局部结块现象和膨胀不均的问题，而通过在300℃～400℃的预加热处理是为了使料球能够更好和充分的膨胀，防止直接烧而使陶粒产生局部结块的现象，使陶粒具有更好的强度性能和孔隙率，最后，再进行高温烧结处理，从而使得到的陶粒既具有高微细石粉掺量的优势，又能够保证陶粒具有轻质和低吸水率的效果，尤其是在堆积密度、筒压强度等性能方面的优越性。
在上述的高掺量石粉轻质陶粒的制备方法中，作为优选，步骤A中所述微细石粉的含水率≤2.0wt％。能够使烧制的陶粒更好的膨化和发胀，使陶粒具有较好的孔隙率，同时，又能够保证陶粒的整体强度性能，从而使陶粒具有轻质和低吸水率的效果。
在上述的高掺量石粉轻质陶粒的制备方法中，作为优选，步骤B中所述预加热处理后料球的整体含水率为20wt％～30wt％。目的是为了使更有利于陶粒的成型。因为如果含水率过高，容易使烧制过程中产生结块现象；而如果含水率过低，反而会使粘性降低，容易使形成的陶粒出现破碎现象。
在上述的高掺量石粉轻质陶粒的制备方法中，作为优选，步骤A中所述污泥经过预压滤处理使污泥的含水率在40wt％～50w％t。能够更有效的利用污泥，使形成的陶粒具有较好的强度性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本高掺量石粉轻质陶粒，通过采用微细粒径和低含水率的石粉之后，能够有效减少页岩的加入量和提高石粉的掺入量，充分利用了废弃原料，减少了对环境的污染；又能够使陶粒兼具轻质和低吸水率的效果，又能够保证陶粒的低堆积密度和高筒压强度的性能，具体能够使陶粒的堆积密度达到310kg/m3～400kg/m3，筒压强度达到1.5MPa以上，吸水率控制在15wt％以下的效果。
2.本高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，具有工艺过程简单，易于操作的效果，同时，通过预加热处理，能够更利于使陶粒具有轻质和较好孔隙率的效果，又能够使烧制过程中陶粒不会出现破裂和局部结块现象的优点，有利于保证陶粒的性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％；污泥：45wt％；微细石粉：35wt％；微细石粉的粒径80μm，且微细石粉的含水率4.0wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为50wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中的水分的质量百分数比例；或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。例如以上原料中45wt％的污泥是指经过换算后污泥干基的含量，并非指含水污泥的总质量。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法如下：
按照上述原料的质量百分数配比，选取粒径为80μm的原料微细石粉，进行烘干处理，烘干处理过程中可控制烘干温度在50℃～60℃进行，烘干处理一段时间后，进行检测跟踪，使微细石粉的含水率达到4.0wt％；再加入经过预先处理和粉碎的页岩以及污泥进行充分混合，使混合均匀，然后，将混合均匀的原料放入到造粒机中进行造粒，得到相应的料球，使料球的粒径在50～80目之间；然后，再将料球先加入烘干窑中并控制温度在300℃的条件下进行预加热处理30min，使料球的整体含水率控制在25wt％以下，最后，将料球放入到焙烧窑内，再升温控制焙烧温度为1100℃的条件下进行焙烧处理15min，焙烧处理结束后，再缓慢进行冷却处理，先以5℃/min的速度缓慢降温至800℃保持1min，再以5℃/min的速度缓慢降温至50℃～60℃，冷却处理结束，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。经检测，陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
实施例2
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：30wt％；污泥：35wt％；微细石粉：45wt％；微细石粉的平均粒径为50μm，且微细石粉的含水率2.0wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为40wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法如下：
按照上述原料的质量百分数配比，选取平均粒径为50μm的原料微细石粉，进行烘干处理，烘干处理过程中可控制烘干温度在50℃～60℃进行，烘干处理一段时间后，进行检测跟踪，使微细石粉的含水率达到2.0wt％；再加入经过预先处理和粉碎的页岩以及污泥进行充分混合，使混合均匀，然后，将混合均匀的原料放入到造粒机中进行造粒，得到相应的料球，使料球的粒径在50～80目之间；然后，再将料球先加入烘干窑中并控制温度在400℃的条件下进行预加热处理20min，使料球的整体含水率控制在20wt％；最后，将料球放入到焙烧窑内，再升温控制焙烧温度为1200℃的条件下进行焙烧处理20min，焙烧处理结束后，再缓慢进行冷却处理，先以10℃/min的速度缓慢降温至900℃保持1min，再以5℃/min的速度缓慢降温至50℃～60℃，冷却处理结束，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。经检测，陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
实施例3
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：25wt％；污泥：40wt％；微细石粉：35wt％；微细石粉的平均粒径为10μm，且微细石粉的含水率1.5wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为45wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法如下：
按照上述原料的质量百分数配比，选取平均粒径为10μm的原料微细石粉，进行烘干处理，烘干处理过程中可控制烘干温度在50℃～60℃进行，烘干处理一段时间后，进行检测跟踪，使微细石粉的含水率达到1.5wt％；再加入经过预先处理和粉碎的页岩以及污泥进行充分混合，使混合均匀，然后，将混合均匀的原料放入到造粒机中进行造粒，得到相应的料球，使料球的粒径在50～80目之间；然后，再将料球先加入烘干窑中并控制温度在350℃的条件下进行预加热处理25min，使料球的整体含水率控制在22wt％；最后，将料球放入到焙烧窑内，再升温控制焙烧温度为1150℃的条件下进行焙烧处理15min，焙烧处理结束后，再缓慢进行冷却处理，先以10℃/min的速度缓慢降温至900℃保持1min，再以5℃/min的速度缓慢降温至50℃～60℃，冷却处理结束，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。经检测，陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
实施例4
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：25wt％；污泥：37wt％；微细石粉：38wt％；微细石粉的平均粒径为40μm，且微细石粉的含水率1.0wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为40wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法如下：
按照上述原料的质量百分数配比，选取平均粒径为40μm的原料微细石粉，进行烘干处理，烘干处理过程中可控制烘干温度在50℃～60℃进行，烘干处理一段时间后，进行检测跟踪，使微细石粉的含水率达到1.0wt％；再加入经过预先处理和粉碎的页岩以及污泥进行充分混合，使混合均匀，其中的污泥是采用板框进行预压滤处理使污泥的含水率在40wt％；然后，将混合均匀的原料放入到造粒机中进行造粒，得到相应的料球，使料球的粒径在50～80目之间；然后，再将料球先放入烘干窑中并控制温度在380℃的条件下进行预加热处理20min，使料球的整体含水率控制在20wt％；最后，将料球放入到焙烧窑内，再升温控制焙烧温度为1150℃的条件下进行焙烧处理15min，焙烧处理结束后，再缓慢进行冷却处理，先以10℃/min的速度缓慢降温至900℃保持1min，再以5℃/min的速度缓慢降温至50℃～60℃，冷却处理结束，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。经检测，陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
实施例5
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：28wt％；污泥：41wt％；微细石粉：30wt％；石灰粉：1wt％，微细石粉的平均粒径为30μm，且微细石粉的含水率1.5wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为40wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法同实施例3一致，这里不再赘述。经检测，最终得到陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
实施例6
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％；污泥：35wt％；微细石粉：44wt％；石灰粉：1wt％，微细石粉的平均粒径为30μm，且微细石粉的含水率1.5wt％，微细石粉为高岭石的微细石粉，其中，污泥的含水率为42wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法同实施例3一致，这里不再赘述。经检测，最终得到陶粒完整性好，没有出现破裂现象。
比较例1
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：25wt％；污泥：40wt％；微细石粉：35wt％；微细石粉的平均粒径为30μm，且微细石粉的含水率8.0wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为45wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法如下：
按照上述原料的质量百分数配比，将原料微细石粉、预先处理和粉碎的页岩以及污泥直接进行混合，其中的微细石粉未经过预先烘干处理，达到粒径要求后直接使用，使充分混合均匀，然后，将混合均匀的原料放入到造粒机中进行造粒，得到相应的料球，使料球的粒径在50～80目之间；然后，再将料球先加入烘干窑中并控制温度在350℃的条件下进行预加热处理25min，使料球的整体含水率控制在22wt％；最后，将料球放入到焙烧窑内，再升温控制焙烧温度为1150℃的条件下进行焙烧处理15min，焙烧处理结束后，再缓慢进行冷却处理，先以10℃/min的速度缓慢降温至900℃保持1min，再以5℃/min的速度缓慢降温至50℃～60℃，冷却处理结束，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。经检测，陶粒完整性好，局部出现破裂现象。
比较例2
本高掺量石粉轻质陶粒由以下质量百分数的原料制成：
页岩：30wt％；污泥：35wt％；微细石粉：35wt％；微细石粉的平均粒径为40μm，且微细石粉的含水率6.0wt％，微细石粉为云灰石的微细石粉，其中，污泥的含水率为50wt％。以上陶粒中各成分的质量百分数比是以陶粒中各成分的干基重量为基准，也就是说经过换算除去其中水分的质量百分数比例，或者说，上述陶粒中各成分的质量百分数比例是最终烧制成型后陶粒成品中各成分的质量百分数比例。
上述高掺量石粉轻质陶粒的具体制备方法同比较例1一致，这里不再赘述。
选取上述实施例和比较例得到的相应陶粒进行相关的性能测试，具体测试结果如下表1所示：
表1：
从上述表1中的测试结果可以看出，本发明的高掺量石粉轻质陶粒，具有较低的堆积密度，实现了轻质的效果，又保证具有较高的强度性能，且孔隙率和吸水率方面均体现了轻质陶粒应有的性能。可见，本发明即使大量减少页岩的用量，相当于是以微细石粉为主要原料的陶粒，仍能够保持陶粒的性能，而不会因页岩用量的大量减少而使陶粒的性能也相应降低。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种高掺量石粉轻质陶粒，其特征在于，以陶粒的干基重量为基准，该陶粒主要由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％～30wt％；污泥：35wt％～45wt％；微细石粉：30wt％～45wt％；所述微细石粉的粒径≤80μm，且所述微细石粉的含水率≤4.0wt％。
2.根据权利要求1所述高掺量石粉轻质陶粒，其特征在于，所述微细石粉的含水率≤2.0wt％。
3.根据权利要求1所述高掺量石粉轻质陶粒，其特征在于，所述微细石粉的含水率为1.0wt％～1.5wt％。
4.根据权利要求1或2或3所述高掺量石粉轻质陶粒，其特征在于，所述微细石粉为云灰石的微细石粉。
5.根据权利要求1或2或3所述高掺量石粉轻质陶粒，其特征在于，所述微细石粉的粒径为10μm～50μm。
6.一种高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，其特征在于，以陶粒的干基重量为基准，该陶粒主要由以下质量百分数的原料制成：
页岩：20wt％～30wt％；污泥：35wt％～45wt％；微细石粉：30wt％～45wt％；所述微细石粉的粒径≤80μm，且所述微细石粉的含水率≤4.0wt％；
且该方法包括以下步骤：
A、按照原料的质量百分数配比，选取粒径≤80μm的原料微细石粉，进行烘干处理，使微细石粉的含水率在4.0wt％以内；再加入页岩和污泥进行混合均匀，然后，放入造粒机中进行造粒，得到相应的料球；
B、再控制温度在300℃～400℃的条件下进行预加热处理；
C、经过预加热处理后，再使粒球在温度为1100℃～1200℃的条件下进行焙烧处理，得到相应的高掺量石粉轻质陶粒。
7.根据权利要求6所述高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，其特征在于，步骤A中所述微细石粉的含水率≤2.0wt％。
8.根据权利要求6或7所述高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，其特征在于，步骤B中所述预加热处理后料球的整体含水率为20wt％～25wt％。
9.根据权利要求6或7所述高掺量石粉轻质陶粒的制备方法，其特征在于，步骤A中所述污泥经过预压滤处理使污泥的含水率在40wt％～50w％t。
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