CN106904992B - 烧结原料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结原料及其制备方法。该烧结原料的制备方法为：a将粉煤灰和粘结剂配制成初混物，检测初混物烧失量；b当初混物烧失量<6％时，加入燃料及辅助材料；当初混物烧失量>8％时，进一步追加粘结剂并加入辅助材料；c将混合物最终烧失量调整至6％‑8％，获得烧结原料。该烧结原料经成球、烧结过程得到陶粒。该烧结原料的制备方法操作简单实用。特别是在粉煤灰来源复杂，成分不稳定的情况下，能够防止陶粒烧结过程中出现爆球、结块、生球率高等情况，保证陶粒产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及轻集料制备领域，特别是，涉及一种烧结原料及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是一种工业废料，主要来自于燃煤电厂的排放物，是我国主要工业废料之一。据统计，目前我国年排渣量已达3000万吨。并且随着电力工业规模不断扩大，粉煤灰排放量还在逐年增加。排放到空气中的粉煤灰会产生扬尘、污染大气；排放到水系的粉煤灰会阻塞河道，污染水质。因此，如果不对粉煤灰的排放进行合理控制、处理，会严重危害人民群众的生命财产安全，给自然环境带来难以弥补的损害。基于上述原因，如何有效回收利用粉煤灰，一直是工业生产领域的热点研究问题。粉煤灰具有硅铝含量高，密度小的特点，因此适合用于制备成陶粒，在建筑行业作为轻集料应用。
轻集料也称轻骨料，指松散容重小于1000公斤/米3的多孔集料。它主要用以配制轻集料混凝土、保温砂浆和耐火混凝土等，还可用作保温松散填充料。轻集料按其形成条件分为天然轻集料和人造轻集料；按其材料性质分为无机轻集料和有机轻集料。有机轻集料因价格较贵，应用较少。无机轻集料按其原材料来源分为：①天然轻集料。如浮石、火山渣和多孔凝灰岩等。②人造轻集料。如粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、沸石轻集料等。③工业废料轻集料。粉煤灰制备的陶粒就是工业废料轻集料的主要品种。
由于开发粉煤灰陶粒的生产工艺能够降低污染、减轻企业负担，因此受到全社会的重视，目前已问世了一些有效制备粉煤灰陶粒的生产工艺方法。例如公开号为CN105669166A、名称为“一种利用粉煤灰制备的轻质陶粒及其制备方法”的发明专利，以及公开号为CN 104418515A、名称为“粉煤灰陶粒的制备工艺”的发明专利。他们的共性在于利用粉煤灰为主要原料，向其中适当添加具有粘结、助燃等作用的附加剂，配制成烧结原料，继而通过烧结工艺制备成球。但是包括上述工艺在内的现有技术中存在的普遍问题是：由于粉煤灰来源复杂，因此成分差异较大。根据其细度、需水量、烧失量等性质可分为不同级别和种类。因此不同来源的粉煤灰配制而成的烧结原料在成分上存在明显差异，从而导致烧结得到的陶粒质量不稳定，难以满足轻集料低密度、高强度等性能要求。这大大限制了现有技术制备工艺的应用广泛性。针对上述问题，很有必要开发出一种能利用不同来源粉煤灰的烧结原料配制工艺，从而制备出产品性能好、质量水平稳定的陶粒。
发明内容
本发明的目的是提供一种烧结原料的制备方法及由该方法获得的烧结原料，以及由该原料烧结而成的陶粒产品。
发明人通过大量研究发现，烧结原料的烧失量对于烧结质量以及烧结而成的粉煤灰陶粒的性能有重大影响。烧失量是指：在105—110℃烘干的原料在1000—1100℃灼烧后失去的重量百分比。烧失量不合理时，会导致如下问题：1)烧结出现爆球，成品率下降；2)生球率高，如生球率在15％-20％；3)易在烧结过程中出现结块；4)燃烧不充分，造成成品球强度下降。
因此，本发明在制备烧结原料的过程中，根据粉煤灰的差异对烧结原料的配料过程进行动态调整，具体包括下述步骤：a将粉煤灰和粘结剂配制成初混物，检测初混物烧失量；b当初混物烧失量<6％时，特别是当初混物烧失量<6.7％时，加入燃料及辅助材料；当初混物烧失量>8％时，特别是当初混物烧失量>7.37％时，进一步追加粘结剂并加入辅助材料；c将混合物最终烧失量调整至6％-8％，优选调整至 6.7％-7.37％，获得烧结原料。
本发明中的粘结剂选自页岩、水玻璃、羧甲基纤维素钠中的一种或几种，优选为页岩。页岩是一种硬度较小的岩石，主要是由黏土沉积经压力和温度形成，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。其含有的金属氧化物比例为SiO2 53％～70.28％、Al2O311.2％～ 20.58％、Fe2O3 4.75％～0.61％。页岩储量较大，分布较广，且具有较好的可塑性和耐火性，在烧结陶粒的高温环境下，具有良好的膨胀性能。由于页岩资源广泛，且具有独特的理化性质，因此适用于作为制备陶粒的原料。
本发明中的辅助材料选自石油催化剂、膨润土、硅泥、赤铁矿Fe2O3中的一种或几种，优选为石油催化剂、膨润土、硅泥中的一种或几种。其中，石油催化剂是用于石油化工产品生产中的化学加工过程的催化剂回收物，主要成分为Al2O3，且不含SiO2。将石油催化剂作为附加剂加入陶粒烧结原料中，有助于调整SiO2和Al2O3之间的比例关系，提高陶粒的成球率和强度。而膨润土、硅泥主要用于调节烧结原料的化学成分比例，经过发明人长期大量小试、中试和工厂化试验发现，在烧结原料中加入膨润土或硅泥能够使陶粒的制备效果达到最佳，提高烧结过程中的成球率，降低结块率。
本发明的烧结原料中各成分的重量份数为：粉煤灰70-95份、粘结剂6-15份、燃料0-25份、辅助材料0-30份。优选为：粉煤灰70-95 份、粘结剂6-15份、燃料0-25份、辅助材料0-30份。更优选为：粉煤灰75-92份、粘结剂8-10份、燃料0-17份、辅助材料0-5份。
另一方面，本发明还提供了将该烧结原料制备成陶粒的方法以及由该方法获得的陶粒。具体步骤包括：d按照上述制备方法制备烧结原料；e向步骤d所述的烧结原料中加入适量水调制成球，经400-600℃预热10-30分钟后在1100℃—1200℃进行烧结，优选经500℃预热20 分钟后在1100℃进行烧结，得到陶粒。烧结过程中，基本不出现爆球、结块等影响陶粒产率的现象，且生球率维持在小于15％的较低水平。
另一方面，本发明还提供了根据原料化学成分调整配料比获得超轻陶粒的烧结原料的方法以及由此获得的超轻陶粒的烧结原料。具体步骤包括：a将粉煤灰和粘结剂配制成初混物，检测初混物烧失量；b 当初混物烧失量<6％时，特别是当初混物烧失量<6.7％时，加入燃料及辅助材料；当初混物烧失量>8％时，特别是当初混物烧失量>7.37％时，进一步追加粘结剂并加入辅助材料；c将混合物最终烧失量调整至 6％-8％，优选调整至6.7％-7.37％；化学成分重量百分含量调整至：71％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，Fe2O3≤ 5% ，16% ≤其他金属氧化物≤ 23% ；优选调整至：72.27％≤ SiO2+Al2O3≤ 78.2% ，Fe2O3≤ 3.46% ，17.58% ≤ 其他金属氧化物≤ 21.35% ，获得烧结原料。由该烧结原料烧结而成的陶粒具备超轻性能。陶粒堆积密度为：300-500Kg/m3，符合超轻陶粒的堆积密度标准。
另一方面，本发明还提供了根据原料化学成分调整配料比，从而获得高强陶粒的烧结原料的方法以及由此获得的高强陶粒的烧结原料。具体步骤包括：a将粉煤灰和粘结剂配制成初混物，检测初混物烧失量；b当初混物烧失量<6％时，特别是当初混物烧失量<6.7％时，加入燃料及辅助材料；当初混物烧失量>8％时，特别是当初混物烧失量>7.37％时，进一步追加粘结剂并加入辅助材料；c将混合物最终烧失量调整至 6％-8％，优选调整至6.7％-7.37％；化学成分重量百分含量调整至：74％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，2% ≤ Fe2O3≤ 9% ，其他金属氧化物≤ 18% ；优选调整至：75.3％≤ SiO2+Al2O3≤ 77.92% ，3.42% ≤Fe2O3≤ 7.58% ，其他金属氧化物≤ 16.43% ，获得烧结原料。由该烧结原料烧结而成的陶粒具备高强性能。该陶粒筒压强度达到6Mpa-8Mpa，由该高强陶粒制备获得的混凝土砌块强度标号在25Mpa以上，符合高强陶粒的筒压强度标准。
此处需要说明，上述其他金属氧化物是指烧结原料中除SiO2、Al2O3以及Fe2O3以外的其他所有金属氧化物。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
将粉煤灰、页岩放入搅拌器进行搅拌，得到均匀混合物；测定该均匀混合物的烧失量，如果其烧失量小于6.7％，向其中加入污泥、膨润土以及硅泥，调整其最终烧失量至6.7-7.73％；如果其烧失量大于 7.73％，向其中进一步加入页岩、并加入膨润土以及石油催化剂，调整其最终烧失量至6.7-7.73％。并将混合物造粒，经500℃预热20分钟后转入1100℃进行烧结，获得陶粒。观察烧结过程中是否出现明显爆球、结块现象，并测定烧结成品中的生球率。
对比例1
将72重量份的粉煤灰、8重量份的页岩、3重量份的膨润土、3 重量份的石油催化剂以及14重量份的污泥放入搅拌器进行搅拌，得到均匀混合物；测定该均匀混合物的烧失量，将各成分搅拌均匀、造粒，经500℃预热20分钟后转入1100℃进行烧结，获得陶粒。观察烧结过程中是否出现明显爆球、结块现象，并测定烧结成品中的生球率。
表1为实施例1以及对比例1的各原料最终重量百分比、混合料烧失量及烧结过程中爆球、结块和生球率情况。
表1
| 实施例1 | 对比例1 | |
| 粉煤灰(重量％) | 73 | 72 |
| 页岩(重量％) | 8 | 8 |
| 污泥(重量％) | 10 | 14 |
| 膨润土(重量％) | 5 | 3 |
| 石油催化剂(重量％) | 4 | 3 |
| 烧失量(％) | 6.73％ | 9.422％ |
| 爆球 | × | ○ |
| 生球率>15％ | × | ○ |
| 结块 | × | ○ |
从表1可以看出，在原料来源、烧结工艺相同的情况下，实施例1 通过调整各原料加入量，将混合料总烧失量控制在6.7-7.37％的范围内，从而在烧结过程中未出现明显爆球、结块现象，且生球率维持在较低水平；相反，对比例1由于作为燃料的污泥添加量过多，从而烧失量过高，导致烧结过程中出现明显爆球、结块，且生球率高于15％。上述结果说明，通过调配混合料中燃料污泥和其他成分的比例，控制混合料烧失量在6.7-7.37％的范围内，能够有效保证烧结而成的陶粒质量稳定，烧结过程顺利。
实施例2超轻陶粒的配料及烧结过程
将75重量份的粉煤灰、7重量份的页岩放入搅拌器进行搅拌，得到均匀混合物；测定该均匀混合物的烧失量以及SiO2、Al2O3、Fe2O3等金属氧化物含量，根据测定结果向该混合物中进一步加入污泥以调整烧失量、加入石油催化剂、膨润土以调整SiO2、Al2O3、Fe2O3等金属氧化物含量。使混合料烧失量在6.7-7.37％的范围内；SiO2+Al2O3的重量百分比在72.27％-78.2％范围内，Fe2O3的重量百分比小于3.46% ， Ca、Mg、K、Na等金属氧化物含量在17.58-21.35％范围内。将混合料的烧失量和化学成分含量调整至上述范围后，将混合物造粒，经500℃预热20分钟后转入1100℃进行烧结，获得陶粒。测定烧结而成的陶粒的筒压强度及堆积密度。表2显示了混合料中各原料重量百分比、金属氧化物重量百分比以及烧结而成陶粒的筒压强度和堆积密度参数。
表2超轻陶粒
通过表2可以看出，通过调整加料配比，将各金属氧化物含量调整在相应范围内，可获得超轻陶粒，堆积密度435kg/m3，达到超轻陶粒的堆积密度标准。
实施例3高强陶粒的配料及烧结过程
将80重量份的粉煤灰、10重量份的页岩放入搅拌器进行搅拌，得到均匀混合物；测定该均匀混合物的烧失量以及SiO2、Al2O3、Fe2O3等金属氧化物含量，根据测定结果向该混合物中进一步加入污泥以调整烧失量、加入石油催化剂以调整SiO2、Al2O3、Fe2O3等金属氧化物含量。使混合料烧失量在6.7-7.37％的范围内；SiO2+Al2O3的重量百分比在75.3％-77.92％范围内，Fe2O3的重量百分比在3.42% -7.58% ，Ca、 Mg、K、Na等金属氧化物含量应小于16.43% 。将混合料的烧失量和化学成分含量调整至上述范围后，进行造粒，经500℃预热20分钟后转入1100℃进行烧结，获得陶粒。测定烧结而成的陶粒的筒压强度及堆积密度。表3显示了混合料中各原料重量百分比、金属氧化物重量百分比以及烧结而成陶粒的筒压强度和堆积密度参数。
表3高强陶粒
通过表3可以看出，通过调整加料配比，将各金属氧化物含量调整在相应范围内，可获得高强陶粒，筒压强度8.7Mpa，达到高强陶粒的筒压强度标准。
Claims (12)
1.一种烧结原料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a将粉煤灰和粘结剂配制成初混物，检测初混物烧失量；
b当初混物烧失量<6％时，加入燃料和/或辅助材料；当初混物烧失量>8％时，进一步追加粘结剂和/或加入辅助材料；
c将最终烧失量调整至6％-8％，获得所述烧结原料，
其中，烧失量是指：在105—110℃烘干的原料在1000—1100℃灼烧后失去的重量百分比。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中的步骤c还包括：
将烧结原料中的化学成分重量百分含量调整至：71％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，Fe2O3≤5% ，16% ≤ 其他金属氧化物≤ 23% 。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中的步骤c还包括：
将烧结原料中的化学成分重量百分含量调整至：74％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，2% ≤Fe2O3≤ 9% ，其他金属氧化物≤ 18% 。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述粘结剂选自：页岩、水玻璃、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述燃料选自污泥、炉渣中的任意一种或其组合。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述辅助材料选自石油催化剂、膨润土、硅泥、赤铁矿Fe2O3中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结原料，以重量份数计，包括：粉煤灰70-95份、粘结剂6-15份、燃料0-25份、辅助材料0-30份。
8.一种陶粒的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
d按照权利要求1所述的制备方法制备烧结原料；
e向步骤d所述的烧结原料中加入适量水调制成球，经400-600℃预热10-30分钟后在1100-1200℃进行烧结，得到所述陶粒。
9.一种烧结原料，包括粉煤灰和粘结剂，其特征在于，所述烧结原料的制备方法是：将粉煤灰和粘结剂配制成初混料，检测初混料的烧失量，将最终烧失量调整至6％-8％，获得烧结原料；
所述最终烧失量的调整方法如下：
当初混料的烧失量<6％时，加入燃料和/或辅助材料，以令最终烧失量为6％-8％；
当初混料的烧失量>8％时，进一步加入粘结剂和/或辅助材料，以令最终烧失量为6％-8％。
10.如权利要求9所述的烧结原料，其特征在于：所述烧结原料的化学成分重量百分含量为：71％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，Fe2O3≤ 5% ，16% ≤ 其他金属氧化物≤ 23% 。
11.如权利要求9所述的烧结原料，其特征在于：所述烧结原料的化学成分重量百分含量为：74％≤ SiO2+Al2O3≤ 79% ，2% ≤ Fe2O3≤ 9% ，其他金属氧化物≤ 18% 。
12.一种陶粒，其特征在于：向权利要求9所述的烧结原料中加入适量水调制成球，经400-600℃预热10-30分钟后在1100-1200℃进行烧结，得到所述陶粒。
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