CN107586149B - 利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，包括以下步骤：1)配料：将干燥后的红粘土粉、普通粘土粉、煤粉、石灰石粉及无水碳酸钠混合均匀，制得混合料；所述混合料中，红粘土粉占80～90wt％、普通粘土粉占5～10wt％、煤粉占0～5wt％、石灰石粉占0～5wt％、无水碳酸钠占2～5wt％；2)造球：将混合料进行成球，并筛选出粒径为3～15mm的生球；3)干燥；4)焙烧。本发明得到的陶粒堆积密度＜500kg/m3，表观密度＜840kg/m3，筒压强度高达2.50MPa，抗压强度优于国家标准(GB/T17431.1‑2010)优级品的指标，具有、高强轻质、保温隔音等优点。
Description
技术领域
本发明涉及涉及固体废弃物综合利用技术，具体地指一种利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法。
背景技术
当今建筑材料的发展方向是“轻质、高强及多功能”，因此，超轻陶粒应运而生。超轻陶粒制备对原料性质的要求比较严格，无机元素成份含量必须位于Riley三角相图膨胀区域；此外，传质、传热特性必须满足超轻陶粒焙烧过程所需要的内部气体、液相和表面软熔体形成的“三同步”条件。所以，尽管很多工业固体的无机元素成份含量满足要求，但生产上一般仍用农田粘土为原料制备超轻陶粒。农田粘土原料除无机成份含量适当外，还具有微小的团粒结构，通透性好，有少量的有机成份，能够满足超轻陶粒焙烧过程所需要的“三同步”条件，是制备超轻陶粒的理想原料。但是，取用农田粘土会破坏耕地，违反国家的耕地保护政策。
近年有研究者开始利用固体废物为原料制备超轻陶粒，如中国专利申请CN201510279164.7公开了一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，其采用粘土性含铁尾矿、煤矸石、城镇污水处理厂脱水污泥为原料，主要成分粘土性含铁尾矿和煤矸石除原料成份恰当外，粒状矿物具有晶体结构，颗粒矿物间通透性良好、塑性低；辅助成份脱水污泥有一定有机成份，通透性也优于高塑性红黏土；所以，组合原料的成分类似于粘土，有机成份有一定的热值，增加了固体废物与农田粘土的相似度，可以认为是农田粘土原料制备超轻陶粒技术的延伸，并未涉及原料通透性改善的问题。另外，中国专利申请201210272177.8公开了一种利用黄河泥沙和污泥制备超轻陶粒的方法，其采用黄河泥沙和污泥为原料，黄河泥沙基本上类似于农田黏土，也未涉及原料通透性改善的问题。论文“生活污泥改性烧制超轻陶粒的研究”(环境污染与防治，2005，01：63-66，严捍东)采用生活污泥为原料,添加20～60％的改性剂来增加原料的塑性，制备超轻陶粒，技术方向是提高原料的塑性。论文“超轻油页岩渣陶粒的研制与生产工艺方案设计”(吉林大学学报(地球科学版)，2006，06：1031-1035，邓家平等)采用某电厂油页岩渣为原料，原料是成份类似于粘土的粘土矿物，有一定的热值，技术上不涉及改变原料的塑性问题。论文“硅藻土超轻陶粒制备及其烧结机理”(非金属矿，2004，01：20-21，张若愚等)采用粘土矿物硅藻土为原料。所以，以上技术都是采用通透性良好、有机物成份适当的黏土或黏土矿物为原料制备超轻陶粒。
高塑性红粘土没有农田粘土的团粒结构，耕作价值很低，有机物含量也很小。我国许多冶金熔剂矿山表层覆盖大量的高塑性红粘土，开采过程中剥离的红粘土废弃堆存，不仅占用大量的土地，而且污染环境。利用高塑性红粘土为原料制备超轻陶粒，对农业生产无影响，而且可以利用工业废物，降低其对环境的不利影响。但迄今为止，因高塑性红粘土，通透性差，有机物含量低，利用高塑性红粘土为主要原料制备超轻陶粒尚属技术空白。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，该方法不但实现了高塑性红粘土的资源化，而且制得的陶粒性能优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，包括以下步骤：
1)配料：将干燥后的红粘土粉、普通粘土粉、煤粉、石灰石粉及无水碳酸钠混合均匀，制得混合料；所述混合料中，红粘土粉占80～90wt％、普通粘土粉占5～10wt％、煤粉占0～5wt％、石灰石粉占0～5wt％、无水碳酸钠占2～5wt％；
2)造球：将步骤1)所得混合料进行成球，并筛选出粒径为3～15mm的生球；
3)干燥：将步骤2)所得生球进行干燥；
4)焙烧：将步骤3)干燥后的生球在1040～1240℃条件下焙烧，即得所述超轻陶粒。
进一步地，所述步骤4)中，焙烧温度为1040～1240℃，焙烧时间为20～40min。
进一步地，所述步骤3)中，干燥后在350～450℃下预热30～60min。
进一步地，所述步骤3)中，干燥温度为105～130℃，干燥时间为2～3h。
进一步地，所述步骤2)中，当红粘土的粒径＜0.45mm，造球时，筛选出粒径为6～15mm的生球；当红粘土的粒径＜0.1mm，造球时，筛选出粒径为3～6mm的生球。
进一步地，所述步骤2)中，造球过程中往混合料中喷水，水与混合料按8～10：90～92的重量比例喷入。
进一步地，所述步骤1)中，所述混合料中，红粘土粉占80～86wt％、普通粘土粉占5～8wt％、煤粉占3～5wt％、石灰石粉占3～5wt％、无水碳酸钠占2～5wt％。
更进一步地，所述步骤1)中，煤粉、石灰石粉、粘土粉和无水碳酸钠的粒径＜0.15mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
其一，高塑性红粘土没有普通粘土那样的团粒结构，通透性很低，传热速度快，而气体传质速度慢，尽管无机元素成份含量位于Riley三角相图膨胀区域，但难以实现超轻陶粒焙烧过程所需要的内部气体、液相和表面软熔体形成的“三同步”条件，现有技术无法利用高塑性红粘土制备超轻陶粒，而本发明则提出了一种以熔剂型矿山废弃高塑性红粘土为原料制备超轻陶粒的方法，得到的陶粒堆积密度小于500kg/m3，表观密度小于840kg/m3，筒压强度高达2.50MPa，抗压强度优于国家标准(GB/T 17431.1-2010)优级品的指标，具有、高强轻质、保温隔音等优点，可用于制备各类轻质建筑材料或轻质建筑集料等。
其二，本发明针对熔剂型矿山废弃高塑性红粘土传热速度快、气体传质速度慢的特点，选择普通粘土作为添加剂，增加其团粒结构；添加石灰石粉来提高焙烧初期陶粒的陶粒的通透性，并利用石灰石粉的助熔、造孔功能，控制焙烧时陶粒内部熔体熔融温度；添加煤粉，调整焙烧时陶粒内部与表面之间在温差、氧化还原环境之间的差异，使陶粒内部矿物与表面矿物的熔点产生差异，内部液相与表面熔体同步形成，还可以起到造孔剂的作用；添加碳酸钠，以提高预热阶段陶粒的通透性，调整焙烧时陶粒内部熔体熔融温度，创造出内部气体、液相和表面软熔体形成的“三同步”条件，成功制备出性能优良的超轻陶粒。
其三，本发明中红粘土量使用量高于80％，不但解决了红粘土的环境污染及占地问题，也拓宽了超轻陶粒的原料范围，实现了固体废物的高附加值综合利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
在以下实施例中，当成球粒径在6～10mm和10～15mm时，红粘土的粒径＜0.45mm；当成球粒径在3～6mm时，红粘土的粒径＜0.1mm；普通粘土、石灰石粉、煤粉和无水碳酸钠的粒径＜0.15mm。红粘土的元素分析结果见下表1。
表1
| 成分 | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O | CaO | MgO |
| 含量/％ | 52.52 | 25.19 | 9.19 | 2.13 | 0.028 | 0.93 | 1.10 |
实施例1
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法，其制备步骤如下：
(1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、石灰石粉、煤粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土80份、普通粘土5份、石灰石粉5份、煤粉5份、无水碳酸钠5份；
(2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在130℃下干燥3h；
(3)将干燥后的生球在450℃预热60min；
(4)将预热后的生球在1040℃条件下焙烧20min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为412kg/m3，表观密度达到699kg/m3，筒压强度为1.55MPa。
实施例2
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法，其制备步骤如下：
(1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、石灰石粉、煤粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土80份、普通粘土10份、石灰石粉3份、煤粉3份、无水碳酸钠4份；
(2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在105℃下干燥2h；
(3)将干燥后的生球在350℃预热30min；
(4)将预热后的生球在1080℃条件下焙烧25min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为423kg/m3，表观密度达到719kg/m3，筒压强度为1.67MPa。
实施例3
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法。其制备步骤如下：
1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、石灰石粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土85份、普通粘土8份、石灰石粉3份、无水碳酸钠4份；
2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在110℃下干燥2.5h；
3)将干燥后的生球在400℃预热35min；
4)将预热后的生球在1125℃条件下焙烧30min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为436kg/m3，表观密度达到739kg/m3，筒压强度为1.78MPa。
实施例4
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法。其制备步骤如下：
1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、煤粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土86份、普通粘土7份、煤粉3份、无水碳酸钠4份；
2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在120℃下干燥2h；
3)将干燥后的生球在400℃预热40min；
4)将预热后的生球在1160℃条件下焙烧35min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为458kg/m3，表观密度达到768kg/m3，筒压强度为1.91MPa。
实施例5
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法。其制备步骤如下：
1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、石灰石粉、煤粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土86份、普通粘土6份、石灰石粉3份、煤粉2份、无水碳酸钠3份；
2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在120℃下干燥2.5h；
3)将干燥后的生球在450℃预热50min；
4)将预热后的生球在1230℃条件下焙烧35min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为473kg/m3，表观密度达到797kg/m3，筒压强度为2.13MPa。
实施例6
一种多功能超轻红粘土陶粒及其制备方法。其制备步骤如下：
1)将干燥的红粘土粉、普通粘土粉、石灰石粉、煤粉、无水碳酸钠混合均匀，混合料中，以干重计，红粘土90份、普通粘土5份、石灰石粉2份、煤粉1份、无水碳酸钠2份；
2)将混合料加入圆盘造球机中成球，成球过程采用的喷洒液为水；成球后筛选出粒径为5～10mm和10～15mm两批生球在130℃下干燥3h；
3)将干燥后的生球在450℃预热60min；
4)将预热后的生球在1240℃条件下焙烧40min，得到烧成的超轻红粘土陶粒。
制备出陶粒堆积密度为489kg/m3，表观密度达到834kg/m3，筒压强度为2.54MPa。
Claims (4)
1.一种利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，包括以下步骤：
1)配料：将干燥后的红粘土粉、普通粘土粉、煤粉、石灰石粉及无水碳酸钠混合均匀，制得混合料；所述混合料中，红粘土粉占80～86wt％、普通粘土粉占5～8wt％、煤粉占3～5wt％、石灰石粉占3～5wt％、无水碳酸钠占2～5wt％；
2)造球：将步骤1)所得混合料进行成球，并筛选出粒径为3～15mm的生球；
3)干燥：将步骤2)所得生球进行干燥；
4)焙烧：将步骤3)干燥后的生球在1040～1240℃条件下焙烧，即得所述超轻陶粒；
所述步骤1)中，煤粉、石灰石粉、普通粘土粉和无水碳酸钠的粒径＜0.15mm；
所述步骤2)中，当红粘土的粒径＜0.45mm，造球时，筛选出粒径为6～15mm的生球；当红粘土的粒径＜0.1mm，造球时，筛选出粒径为3～6mm的生球；
所述步骤2)中，造球过程中往混合料中喷水，水与混合料按8～10：90～92的重量比例喷入。
2.根据权利要求1所述利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，其特征在于：所述步骤4)中，焙烧温度为1040～1240℃，焙烧时间为20～40min。
3.根据权利要求1所述利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，其特征在于：所述步骤3)中，干燥后在350～450℃下预热30～60min。
4.根据权利要求1或2或3所述利用高塑性红粘土制备超轻陶粒的方法，其特征在于：所述步骤3)中，干燥温度为105～130℃，干燥时间为2～3h。
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