CN106866011B - 一种赤泥陶粒的微波烧结方法 - Google Patents

一种赤泥陶粒的微波烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤泥陶粒的微波烧结方法，所述赤泥陶粒的原料组成按质量百分比计为：赤泥40%~60%，花岗岩石粉20%~40%，废弃陶瓷砖粉0%~20%，改性木质素磺酸盐0%~0.25%。制出的高性能陶粒，堆积密度为500~900kg/m3，表观密度为800~1500kg/m3，吸水率为5%~10%，筒压强度为3.5MPa~8.5 MPa。本发明采用的原料为铝厂排放的赤泥、石材加工厂的花岗岩石粉以及陶瓷砖厂的废弃陶瓷砖，废弃物利用率达到95%以上，具有良好的社会效益。本发明采用微波烧结方法，烧结效率高，且可节省烧结能耗25%左右，具有较好的经济效益。

Description

一种赤泥陶粒的微波烧结方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种以赤泥为主料，微波烧结法烧结高性能球形陶粒的方法。
背景技术
近年来，随着大跨度、高层建筑的快速发展，高性能轻集料混凝土的研究越发引起关注与重视，同时给轻集料带来了前所未有的市场前景。正是由于轻集料多孔、质轻的独特结构，赋予了轻集料混凝土轻质高强、保温隔热等一系列优良特性。而陶粒因其自身的许多优异性能，使其在材料领域具有其它材料不可替代的作用，尤其在轻集料中脱颖而出，被大量应用于轻集料混凝土中。目前，我国生产陶粒主要是采用日益紧缺的黏土和粉煤灰为原料，且采用的是传统的高耗能、高污染的燃料型回转窑烧制，不符合可持续发展战略。陶粒的生产原料和生产设备受到限制，成为高性能陶粒生产的瓶颈。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥（黄瑛,李卫东,刘艳改.工业废渣赤泥的特性及回收利用现状[J].硅酸盐通报,2007,26(1):21-24.）。虽然国内外对赤泥的回收利用的研究已有不少，但也只是杯水车薪的效果，大量的赤泥主要还是依靠土地堆放以及填海处理。赤泥堆存不仅耗费一定的处置费用，而且易造成环境污染。而用其取代黏土、粉煤灰等生产高性能陶粒，能够有效消减赤泥、实现资源化利用，同时还具有巨大的市场潜力。2010年贵州省建筑材料科学研究设计院刘恒波等以赤泥为原料，发明了“一种利用赤泥生产高性能陶粒的方法（ZL201010236268.7）”，2012年河南省基本建设科学研究院关喜才等以赤泥为原料，发明了“赤泥陶粒及其制备方法（ZL 201210036314.8）”，但都是采用传统的燃料型回转窑且陶粒的筒压强度较低，并且烧制的陶粒重金属含量超标，放射性指标也不符合要求，导致在建筑上的应用受到限制。
传统的回转窑等加热方法是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度，热量从外向内传输，烧结时间长，很难得到细晶，且在加热过程中由于受热不均匀容易在陶粒内部产生微裂缝，从而影响陶粒的强度，属于高耗能的外部加热。微波加热不同于传统的加热方式，是从物料内部各部分同时加热，属于一种内加热，在陶瓷工业已得到广泛应用，但在陶粒生产上才刚刚起步。2013年天津城建大学刘汉桥等以医疗垃圾焚烧灰飞为集料采用微波烧结技术，发明了“一种医疗垃圾焚烧灰飞微波烧制陶粒的方法（ZL 201310642646.5）”，2015年武汉理工大学蹇守卫等以湖泊底泥和城市污泥采用微波烧结发明了“利用湖泊底泥和城市污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法（ZL201510406696.2 ）”，加快了微波技术烧结陶粒的步伐。但目前利用微波法烧结赤泥陶粒未见相关的报道，且微波烧结法对于赤泥中的重金属固化效果显著，使其的浸出量低于国家标准，符合节能环保政策。
利用微波烧结赤泥制备得到绿色、环保、节能的高性能陶粒，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波烧结高性能赤泥陶粒的方法，该方法烧结能耗比传统方法低20%~25%，烧结速度快，受热均匀，同时烧结出的陶粒具有高强、轻质、保温隔热、防水、耐火、抗震、抗冻和抗碱集料反应等优良性能，其级配优异，并且烧制的陶粒重金属含量低于国家标准，放射性指标也符合要求，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种赤泥陶粒的微波烧结方法包括材料组份和制备工艺两个方面：
高性能陶粒原材料组成即各组分用量按质量百分比计为：赤泥40%~60%，花岗岩石粉20%~40%，废弃陶瓷砖粉0%~20%，改性木质素磺酸盐0%~0.25%。
所述改性木质素磺酸盐原料组成按质量百分比计为：木质素磺酸钠50%，木质素磺酸钙20%，木质素磺酸镁10%，三聚氰胺19.85%，磷酸三丁酯消泡剂0.15%。
其制备方法包括以下步骤：
1）用标准方孔筛筛分干燥的花岗岩石粉得到粒径小于0.08mm的粉末；
2）用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3）将改性木质素磺酸盐和废弃陶瓷砖粉在干混搅拌机中搅拌2min~3min，使其搅拌均匀；
4）将1）、3）所得料加入至混料仓内与赤泥搅拌10~15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在6~12%；
5）将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6）将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以12℃/min～16℃/min的升 温速度进行连续升温至300℃~400℃，烘干15min~20min；再以20℃/min～30℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃~1150℃，焙烧5min~20min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
上述方案所述的原料为铝厂排放的赤泥、石材加工厂的花岗岩石粉以及陶瓷砖厂的废弃陶瓷砖，将采集到样品进行分离、烘干、破碎和均匀化处理，化学成分如表1所示。
表1 原料的化学成分分析/wt%
本发明以赤泥为主料，利用赤泥中高含量的方解石在微波加热电磁场作用下分解出的大量CO2气体，完成制备陶粒的气体组分要求。同时SiO2与Al2O3发生一系列化学反应生成粘度足够大、处于熔融状的Al2(SiO3)3，使产生的CO2气体不易溢出。但赤泥中SiO2与Al2O3的含量较少，仅以赤泥制备陶粒难以达到原料配比要求，而掺入花岗岩石粉和废弃陶瓷砖粉可有效调整赤泥的化学组成，改善成球环境及陶粒的性能。
为改善混合料的塑性，减少含水量以缩短烘干时间，本发明中掺入适量的粉状减水剂，并采用干拌法使微量材料先在干粉料中进行充分的扩散，然后再与含水赤泥进行混合搅拌。
由于赤泥颗粒表面还带有大量负电荷的羟基官能团( Zhang et al，2008) ，从而使混合料具有较强的微波感应能力。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为500~900kg/m3，表观密度为800~1500kg/m3，吸水率为5%~10%，筒压强度3.5MPa~8.5 MPa。
上述烧结陶粒技术具有良好的社会效益和经济效益。首先，采用的原料为铝厂排出的污染性废渣、陶瓷砖厂的废弃陶瓷磨细粉料以及石材加工厂的花岗岩石粉，废弃物利用率达到95%以上，具有良好的社会效益。其次，采用微波烧结方法，烧结效率高，且可节省烧结能耗25%左右，具有较好的经济效益。
具体实施方式
为使本发明所述内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明不仅限于此。
实施例1
1)用标准方孔筛筛分干燥的花岗岩石粉得到粒径小于0.08mm的粉末；
2)用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3) 将0.1重量份的改性木质素磺酸盐和10重量份的废弃陶瓷砖粉在干混搅拌机中搅拌2min，使其搅拌均匀；
4)将54.9重量份的赤泥、35重量份的花岗岩石粉与3）所得料加入至混料仓内搅拌10~15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在6%；
5)将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以12℃/min的升温速度进行连续升温至300℃，烘干15min；再以20℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃，焙烧5min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
所述改性木质素磺酸盐原料组成按质量百分比计为：木质素磺酸钠50%，木质素磺酸钙20%，木质素磺酸镁10%，三聚氰胺19.85%，磷酸三丁酯消泡剂0.15%。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为572kg/m3，表观密度为804kg/m3，吸水率为8.4%，筒压强度4.9MPa。此陶粒筒压强度较低，可用于非承重型保温混凝土中。
实施例2
1)用标准方孔筛筛分干燥的花岗岩石粉得到粒径小于0.08mm的粉末；
2)用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3) 将0.2重量份的改性木质素磺酸盐和15重量份的废弃陶瓷砖粉在干混搅拌机中搅拌3min，使其搅拌均匀；
4)将49.8重量份的赤泥、35重量份的花岗岩石粉与3）所得料加入至混料仓内搅拌12min，使其搅拌均匀并且含水量控制在10%；
5)将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以15℃/min的升温速度进行连续升温至350℃，烘干18min；再以25℃/min的升温速度进行连续升温至1100℃，焙烧12min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
所述改性木质素磺酸盐原料组成按质量百分比计为：木质素磺酸钠50%，木质素磺酸钙20%，木质素磺酸镁10%，三聚氰胺19.85%，磷酸三丁酯消泡剂0.15%。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为724kg/m3，表观密度为980kg/m3，吸水率为8.0%，筒压强度6.4 MPa。此陶粒筒压强度较高，可用于承重型保温混凝土中。
实施例3
1)用标准方孔筛筛分干燥的花岗岩石粉得到粒径小于0.08mm的粉末；
2) 用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3)将0.25重量份的改性木质素磺酸盐和20重量份的废弃陶瓷砖粉在干混搅拌机中搅拌3min，使其搅拌均匀；
4) 将44.75重量份的赤泥、35重量份的花岗岩石粉与3）所得料加入至混料仓内搅拌15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在12%；
5)将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以16℃/min的升温速度进行连续升温至400℃，烘干20min；再以30℃/min的升温速度进行连续升温至1150℃，焙烧20min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
所述改性木质素磺酸盐原料组成按质量百分比计为：木质素磺酸钠50%，木质素磺酸钙20%，木质素磺酸镁10%，三聚氰胺19.85%，磷酸三丁酯消泡剂0.15%。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为840kg/m3，表观密度为1190kg/m3，吸水率为11.9%，筒压强度7.9 MPa。此陶粒筒压强度较高，可用于高强承重型保温混凝土中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种赤泥陶粒的微波烧结方法，其特征在于：所述赤泥陶粒的原料组成按质量百分比计为：赤泥40%~60%，花岗岩石粉20%~40%，废弃陶瓷砖粉10%~20%，改性木质素磺酸盐0.1%~0.25%；
所述改性木质素磺酸盐原料组成按质量百分比计为：木质素磺酸钠50%，木质素磺酸钙20%，木质素磺酸镁10%，三聚氰胺19.85%，磷酸三丁酯消泡剂0.15%；
所述赤泥陶粒的微波烧结方法，包括以下步骤：
1）用标准方孔筛筛分干燥的花岗岩石粉得到粒径小于0.08mm的粉末；
2）用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3）将改性木质素磺酸盐和废弃陶瓷砖粉在干混搅拌机中搅拌2min~3min，使其搅拌均匀；
4）将1）、3）所得料加入至混料仓内与赤泥搅拌10~15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在6%~12%；
5）将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6）将生料球放入频率为2.45GHz 的微波炉内，以12℃/min～16℃/min的升温速度进行连续升温至300℃~400℃，烘干15min~20min；再以20℃/min～30℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃~1150℃，焙烧5min~20min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
2.根据权利要求1所述的赤泥陶粒的微波烧结方法，其特征在于：所得球形高性能陶粒的堆积密度为500~900kg/m3，表观密度为800~1500kg/m3，吸水率为5%~10%，筒压强度为3.5MPa~8.5 MPa。
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