CN106278176B - 一种高强陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强陶粒。采用的主要原料黄河沙、粉煤灰、岩棉粉和中水盐，各种原料按比例混合，经造粒、干燥、焙烧、冷却制得高强陶粒。本发明利用当地固体废弃物获得高强陶粒。不仅解决当地固废处理问题，获得物理强度高、化学稳定性好、堆积密度小、比表面积大的可用于建筑、水处理和园林艺术等领域的高强陶粒，而且降低陶粒生产成本，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高强陶粒及其制备方法。
技术背景
陶粒是以无机材料为主要原料经造粒、焙烧生产的一种轻集料，陶粒外表面具有防水坚硬的釉层外壳，内部具有密闭式微孔结构。根据陶粒的功能不同陶粒可用作建筑材料作为轻集料；在水处理行业用作水处理滤料；在园林行业用作无土栽培的基质。
目前市场上主要有以黏土、页岩为原料的黏土陶粒和页岩陶粒，随着黏土、页岩等资源的限制利用，加之陶粒生产的高能耗，陶粒成本居高不下。基于上述原因，开发一种低成本的高强陶粒就显得尤为必要。利用固体废弃物生产陶粒应运而生，如有利用粉煤灰、尾矿砂等资源，但只停留在研究方面还没有投入工业生产。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本申请提供了一种高强陶粒的生产方法，主要以黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐为原料，增加以上废弃物的处理途径，降低陶粒生产能耗，而且提高陶粒产品品质。
本发明生产出的高强陶粒，外形为规则球形或椭球形，表面有细小孔。产品粒径在5mm-20mm，密度等级300-800，筒压强度在5MPa-9MPa，吸水率在5％-15％，氯化物含量在1.7mg/L-2.3mg/L。
为了实现上述目的，本申请采取的技术手段如下：
一种高强陶粒，按重量份计，其原料配比如下：黄河沙20-40份，粉煤灰30-70份，岩棉粉10-30份，中水盐3-5份；
所述的黄河沙为其粒度在180～250目；
黄河沙主要的矿物成分有石英、钠长石、方解石、利蛇纹石，有丰富的硅、铝、钙、镁、铁、钛、锰等元素。黄河沙中的硅铝盐在焙烧过程中形成熔融釉质，同时钙、镁、铁、钛、锰等金属的氧化物有很强的助熔效果，有利于降低焙烧温度，降低能耗。黄河沙要求不得含有杂物，黄河沙粒径过大造成原料成球困难，一般控制在180目—250目。本发明中使用黄河沙占总重量的20-40％，黄河沙使用量高于此范围，会造成成球工艺运行不稳定，成球率低，而且产品焙烧温度波动较大不利于焙烧温度制度的控制。使用量低于此范围，黄河沙降低焙烧温度、较低能耗的作用不明显，表面不能形成致密的釉层，产品堆积密度过高，吸水率过高，不利于产品推广应用。
所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；
三级粉煤灰主要矿物成分有石英、莫来石、磁铁矿、赤铁矿以及未燃尽的碳。粉煤灰是陶粒生产中主要的硅铝元素提供者，使烧成的陶粒拥有较好的物理性能。本发明中使用粉煤灰占总重量的30-70％，粉煤灰高于此范围，焙烧温度要求高，能耗增加，而且产品焙烧程度不稳定，有夹生或表面颜色不均一的现象；粉煤灰添加量低于此范围，产品筒压强度偏低，产品焙烧过程中出现软化变形，料球之间粘结现象增加，不利于生产运行，产品合格率下降。
岩棉粉来自高温管道保温更新替换下来的保温岩棉，经过撕碎、粉磨后，细度控制在180—250目，且不得有丝状物；
岩棉除含有有机的酚醛树脂外，主要成为为氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、氧化铝和少量的氧化钾氧化钠。岩棉除提供氧化硅外，其含有的碳酸钙和碳酸镁是很好的发气材料，在高温时，碳酸盐分解释放气体，从而实现陶粒内部多孔结构，实现陶粒轻质、保温、保水性能好的特点。岩棉不得含有杂物，不得粘有油污。岩棉在使用中必须经过撕碎和粉磨。细度控制在180—250目，且不得有丝状物。本发明中使用岩棉粉占总重量的10-30％，岩棉粉高于此范围，产品吸水率增大，产品中游离氧化钙和游离氧化镁含量增加，使产品的耐久性存在隐患，能耗增加，产品表面出现鼓泡、表面颜色不均一或掉粉的现象；岩棉粉添加量低于此范围，产品筒压强度偏低，产品密度增加，保温隔热性能、保水性能降低。
中水盐为热电厂中水除盐车间产生的无机盐；主要成分为氯化钾、氯化钠、硫酸盐等。中水盐是很好的助熔剂，在陶粒生产中主要起到降低烧成温度的作用，较低能耗成本。本发明中使用中水盐占总重量的3-5％，中水盐低于此范围，助熔效果不理想，中水盐高于此范围，产品烘干过程盐析现象严重，造成表面粗糙，表面熔融严重，出现过多的串联孔和敞口孔对产品的保水和表观密度有较大的影响，影响产品使用。
所述的高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
一、原料处理：
1)黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在180目—250目，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；
2)岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在180目—250目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；
3)粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；
4)中水盐由人工添加，使用皮带输送；
二、混合搅拌：
按照计量分称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s-150s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
三、造粒成球：
混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的15％—25％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径5mm-20mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干；
四、高温焙烧：
烘干后的生料球再由皮带送入窑炉进行焙烧，窑炉可以由控制器设定升温速度、恒温温度、恒温时间、降温速度等参数，本专利采用焙烧制度一般为：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度350℃—450℃，在低恒温温度恒温10min——20min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度780℃——900℃，在中恒温区恒温10min-20min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1050℃--1150℃，在高温恒温温度恒温10-20min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
本申请利用了黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐四种固体废弃物，这四种废弃物有机的组合，烧制出了比现在市场上质量好的陶粒。不但处理了废弃物，而且比一般工艺的能耗要低。
具体实施方式
实施例1
一种高强陶粒，其原料为黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐。以重量份计，其原料配比为：黄河沙20份，粉煤灰67份，岩棉粉10份，中水盐3份。
具体步骤如下：
原料处理：黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在180目；，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在180目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；中水盐由人工添加，使用皮带输送；
混合搅拌：按照配比分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的15％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径8±2mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行105℃低温烘干；
高温焙烧：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度350℃，在低恒温温度恒温10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度780℃，在中恒温区恒温10min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1150℃，在高温恒温温度恒温10min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
有以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为835kg/m3，密度等级为900级，筒压强度为8.8MPA，吸水率3.1％，氯化物含量2.1mg/kg。
实施例2
一种高强陶粒，其原料为黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐。以重量份计，其原料配比为：黄河沙27份，粉煤灰49份，岩棉粉20份，中水盐4份，。
原料处理：黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在200目；，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在180目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；中水盐由人工添加，使用皮带输送；
混合搅拌：按照配比分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌130s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的20％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径10±2mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行105℃低温烘干；
高温焙烧：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度400℃，在低恒温温度恒温10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度800℃，在中恒温区恒温10min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1125℃，在高温恒温温度恒温20min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
有以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为651kg/m3，密度等级为700级，筒压强度为8.2MPA，吸水率5.3％，氯化物含量2.0mg/kg。
实施例3
一种高强陶粒，其原料为黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐。以重量份计，其原料配比为：黄河沙30份，粉煤灰53份，岩棉粉12份，中水盐5份。
原料处理：黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在225目；，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在250目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；中水盐由人工添加，使用皮带输送；
混合搅拌：按照配比分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌140s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的25％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径16±2mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行105℃低温烘干；
高温焙烧：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度450℃，在低恒温温度恒温10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度880℃，在中恒温区恒温10min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1050℃，在高温恒温温度恒温20min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
有以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为711kg/m3，密度等级为800级，筒压强度为7.8MPA，吸水率7.8％，氯化物含量1.8mg/kg。
实施例4
一种高强陶粒，其原料为黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐。以重量份计，其原料配比为：黄河沙35份，粉煤灰31份，岩棉粉30份，中水盐4份。
原料处理：黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在250目；，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在200目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；中水盐由人工添加，使用皮带输送；
混合搅拌：按照配比分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌150s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的20％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径12±2mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行105℃低温烘干；
高温焙烧：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度400℃，在低恒温温度恒温20min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度850℃，在中恒温区恒温10min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1050℃，在高温恒温温度恒温10min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
有以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为445kg/m3，密度等级为500级，筒压强度为6.2MPA，吸水率9.1％，氯化物含量1.7mg/kg。
实施例5
一种高强陶粒，其原料为黄河沙、粉煤灰、岩棉和中水盐。以重量份计，其原料配比为：黄河沙40份，粉煤灰39份，岩棉粉18份，中水盐3份，外加水占物料质量的15％。
原料处理：黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在200目；，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在200目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；中水盐由人工添加，使用皮带输送；
混合搅拌：按照配比分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的25％。通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径10±2mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行105℃低温烘干；
高温焙烧：以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度350℃，在低恒温温度恒温15min，以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度900℃，在中恒温区恒温15min，以3℃/min使料球升至高恒温温度1050℃，在高温恒温温度恒温10min，以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
有以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为345kg/m3，密度等级为400级，筒压强度为5.3MPA，吸水率11.7％，氯化物含量1.8mg/kg。
Claims (4)
1.一种高强陶粒，其特征在于，按重量份计，其原料配比如下：黄河沙20-40份，粉煤灰30-70份，岩棉粉10-30份，中水盐3-5份；所述的岩棉粉来自高温管道保温更新替换下来的保温岩棉，细度控制在180～250目，且不得有丝状物；中水盐为热电厂中水除盐车间产生的无机盐。
2.如权利要求1所述的高强陶粒，其特征在于，所述的黄河沙为其粒度在180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰。
3.制备如权利要求1所述的高强陶粒的方法，其特征在于，具体步骤如下：
一、原料处理：
1)黄河沙，经过筛分，去除大颗粒和杂物，利用窑炉余热进行预烘干，黄河沙含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河沙细度在180～250目，再经过斗提存入黄河沙储罐备用；
2)岩棉，经过撕碎机后，进入快速粉碎机粉磨成粒径在180～250目的粉料，再经过斗提存入岩棉储罐备用；
3)粉煤灰，直接由热电粉煤灰储仓经过气力输送至现场小型粉煤灰储仓；
4)中水盐由人工添加，使用皮带输送；
二、混合搅拌：
按照计量分别称取黄河沙、岩棉粉、粉煤灰、中水盐，并将其置于搅拌机；原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s-150s后，混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
三、造粒成球：
混合料经皮带送入成球机，通过调整皮带控制进料速度，外加水经过雾化后喷入成球机，外加水的用量是物料总重的15％—25％，通过调整成球机的倾斜角度和转速来调整生料球的粒径，生料球到达粒径5mm-20mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干；
四、高温焙烧：
烘干后的生料球再由皮带送入窑炉进行焙烧，窑炉由控制器设定升温速度、恒温温度、恒温时间、降温速度，将焙烧完成后的陶粒进行快速冷却、筛分即得成品。
4.如权利要求3所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述的升温速度、恒温温度、恒温时间、降温速度具体为以10℃/min的速度使料球由烘干温度升至低恒温温度350℃—450℃，在低恒温区恒温10min—20min；以8℃/min的速度使料球升至中恒温温度780℃——900℃，在中恒温区恒温10min-20min；以3℃/min使料球升至高恒温温度1050℃--1150℃，在高温恒温区恒温10-20min；以5℃/min的速度使温度降到800℃以下，此时高温焙烧工艺完成。
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