CN108285326B - 一种绿色环保粉煤灰陶粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种绿色环保粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，并将其与添加剂配合使用以制备粉煤灰陶粒，不仅能够实现粉煤灰的固定与有效利用，同时还能够得到具有优良性能的粉煤灰陶粒。同时，本发明制备方法采用湿法造粒技术，不必烘干，不必磨细，减少工序，降低成本，进一步所制备的粉煤灰陶粒绿色环保、性能优良，且强度高，可用于建筑，无土栽培，城市道路铺设等领域中。

Description

一种绿色环保粉煤灰陶粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环保材料领域，具体而言，涉及一种绿色环保粉煤灰陶粒及其制备方法和应用。
背景技术
我国是产煤大国，而煤炭也是我国电力生产的基本原料。近年来，我国能源工业稳步发展，发电能力年增长率达到了7.3％。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。
而随着电力工业的迅速发展，同时也带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量也逐年增加，粉煤灰每年的生产量将达到5.7亿吨。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气。若排入水系会造成河流淤塞，其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3及少量的FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等，其中，SiO2和Al2O3含量可占总含量的60％以上。
目前，粉煤灰的利用方式主要作为混凝土的掺合料，利用附加值较低，利用量有限，急需开发利用附加值较高，应用范围广的产品。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，所述的制备方法中，以粉煤灰为主要原料，并将其与添加剂配合使用以制备粉煤灰陶粒，不仅能够实现粉煤灰的固定与有效利用，同时还能够得到具有优良性能的粉煤灰陶粒。
本发明的第二目的在于提供一种由本发明方法所制得的绿色环保粉煤灰陶粒，本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒不仅生产过程绿色环保，而且性能优良、强度高。
本发明的第三目的在于提供一种本发明粉煤灰陶粒的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
将粉煤灰与添加剂1、添加剂2以及添加剂3混合干搅拌后，加水继续搅拌；
然后，将所得混合物造粒后焙烧，并在筛选后堆放冷却，即得所述绿色环保粉煤灰陶粒；
其中，所述粉煤灰为燃煤发电厂的湿排粉煤灰；
其中，所述添加剂1为减水剂，添加剂2为纤维素醚，添加剂3为减缩增强剂。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，按照重量百分数计，各原料用量如下：
粉煤灰90～99％，添加剂1 1～3％，添加剂2 1～4％，以及添加剂3 1～2％。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，按照重量百分数计，各原料用量如下：粉煤灰95～97％，添加剂1 1～2％，添加剂2 2～3％，以及添加剂3 1～2％。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，所述混合干搅拌的时间为5～10min；
和/或，所述加水继续搅拌的时间为5～10min。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，所述焙烧的时间为45～60min。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，所述焙烧为分阶段升温焙烧；
其中，第一阶段的焙烧温度为300～500℃，第二阶段的焙烧温度为800～1000℃，第三阶段焙烧的温度为1100～1200℃。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法中，第一阶段的焙烧时间为20～25min，第二阶段的焙烧时间为20～25min，第三阶段的焙烧时间为5～10min。
同时，本发明也提供了由本发明所述的制备方法所制得的绿色环保粉煤灰陶粒。
优选的，本发明所述的绿色环保粉煤灰陶粒包括如下化学成分：
二氧化硅53～65％、三氧化二铝15～27％、氧化亚铁3～6％、三氧化二铁3～7％、氧化钙0.1～0.4％、二氧化钛0.1～0.3％，氧化钾2～4％。
进一步的，本发明还提供了所述的绿色环保粉煤灰陶粒在建筑材料、道路铺设，以及无土栽培中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中，所用主要原料粉煤灰是工业废弃物，利用粉煤灰为主要原料生产绿色环保、性能优良、高强度的粉煤灰陶粒，能够使得资源实现有效的再利用，减少污染保护生态环境；
(2)本发明中，由于主要原料是燃煤发电厂的湿排粉煤灰，因而可以采用湿法造粒技术，不必烘干，不必磨细，减少工序，降低成本；
(3)本发明所制备的粉煤灰陶粒绿色环保、性能优良，且强度高，可用于建筑，无土栽培，城市道路铺设等领域中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明绿色环保粉煤灰陶粒制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
有鉴于我国每年粉煤灰排放量较大，而目前对其利用并不充分等实际问题，本发明特提供了一种粉煤灰绿色环保利用的新方法，从而在实现粉煤灰绿色环保应用的同时，提供具有优异性能的陶粒。
具体的，本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒是以粉煤灰、添加剂1、添加剂2，以及添加剂3为原料所制备的；
其中，本发明中作为原料的粉煤灰为燃煤发电厂的湿排粉煤灰，而以湿排粉煤灰为原料，也可以进一步采用湿法造粒，从而无需烘干、磨细等前处理，减少工序，降低成本；
添加剂1为减水剂；添加剂2为纤维素醚；添加剂3为减缩增强剂。
其中，减水剂的使用可以减少产品的用水量，提高产品强度；
纤维素醚优选的为羟丙基甲基纤维素，其能够提高浆料的粘稠度，使得大骨料能够在产品中均匀分布；
所述减缩增强剂能够缩短产品初凝时间，提高所制备陶粒的初期强度。
而通过将粉煤灰与添加剂1、添加剂2以及添加剂3配合使用，从而能够制备得到具有优异性能、高强度的粉煤灰陶粒。
同时，优选的，按照质量百分比计，用以制备本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒的各原料用量如下：
粉煤灰90～99％，例如可以为，但不限于91、92、93、94、95、96、97，或者98％等；添加剂1 1～3％，例如可以为，但不限于1、2，或者3％等；添加剂2 1～4％，例如可以为，但不限于1、2、3，或者4％等；以及添加剂3 1～2％，例如可以为，但不限于1、2％等；
条件是，各原料用量之和为100％。
更优选的，按照质量百分比计，用以制备本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒的各原料用量如下：粉煤灰95～97％，添加剂1 1～2％，添加剂2 2～3％，以及添加剂3 1～2％；
条件是，各原料用量之和为100％。
进一步优选的，按照质量百分比计，用以制备本发明所提供的绿色环保粉煤灰陶粒的各原料用量如下：粉煤灰95％，添加剂1 2％，添加剂2 2％，以及添加剂3 1％；
而通过对于原料组分用量的调整和优化，也能够进一步对所制备的绿色环保粉煤灰陶粒的性能实现调整和优化。
进一步的，由于所用原料为燃煤发电厂的湿排粉煤灰，因而也使得本发明色环保粉煤灰陶粒的制备方法工艺较为简便，其步骤可参考如下：
首先，是将按照计量配比称量的各原料进行干混，即，将粉煤灰与添加剂1、添加剂2以及添加剂3混合干搅拌，这一阶段混合干搅拌的时间为5～10min，更优选的，混合干搅拌的时间为5min；
然后，向混合干搅拌后所得混合体系中加入水，进行湿搅拌，湿搅拌的时间控制在5～10min，更优选的，湿搅拌的时间为5min；
然后，是将湿搅拌后的混合物进行造粒，并在造粒后进行焙烧；
焙烧则分三个阶段进行，第一焙烧阶段是烘干阶段，即对造粒后的湿润原料进行烘干，烘干的温度为300～500℃，例如可以为，但不限于350、400，或者450℃等；
烘干阶段的时间为20～25min，例如可以为，但不限于21、22、23，或者24min等
第二焙烧阶段为盐类分解阶段，即将烘干后的产物中无机盐经加热、氧化等化学反应得到对应的金属盐的阶段，此阶段加热的温度为800～1000℃，例如可以为，但不限于850、900、950、1000，或者1050℃等；
第二焙烧阶段的加热时间为20～25min，例如可以为，但不限于21、22、23，或者24min等。
第三焙烧阶段为膨胀阶段，即第二阶段产物颗粒在进一步加热条件下膨胀固化成型，此阶段加热的温度为1100～1200℃，例如可以为，但不限于1110、1130、1150、1170，或者1190℃等；
第三焙烧阶段的加热时间为5～10min，例如加热的时间可以为，但不限于6、7、8，或者9min等。
进一步的，整个焙烧阶段的时间控制在45～60min，更优选的控制在50～55min。
然后，将焙烧后所得到的粉煤灰陶粒进行筛选，并优选的经过检验后进行堆放冷却，从而得到绿色环保粉煤灰陶粒。
由上述方法所制得的绿色环保粉煤灰陶粒的化学成分如下(以质量含量百分数计)：二氧化硅(SiO2)53～65％，三氧化二铝(Al2O3)15～27％，氧化亚铁(FeO)3～6％，三氧化二铁(Fe2O3)3～7％，氧化钙(CaO)0.1～0.4％，二氧化钛0.1～0.3％，氧化钾(K2O)2～4％；
其具有强度高、密度小、保温、隔热、耐火、抗震、耐腐蚀、性能优良、强度高等优点，能够进一步用于建筑材料、道路铺设，以及无土栽培等领域中，例如可以为作为混凝土的掺杂材料以制备陶粒混凝土，或者作为原料用于铺设陶粒防滑路面，又或者作为无土栽培的基质材料而使用。
实施例1
按照质量百分数：粉煤灰95％，减水剂2％，纤维素酶2％，以及减缩增强剂1％；分别称取适量各原料；
然后按照如下方法制备的实施例1的绿色环保粉煤灰陶粒：
将粉煤灰、添加剂1、添加剂2，以及添加剂3混合干搅拌5min后，加入水，继续搅拌5min，然后将所得混合物进行造粒；
将所得颗粒放入炉中，然后在500℃条件下加热25min；然后升温至900℃，加热20min；最后，升温至1200℃，继续加热5min，得到陶粒；
将所得陶粒筛选后进行检验，并将经检验符合要求的产物堆放冷却，即为实施例1的绿色环保粉煤灰陶粒。
实施例1产物粉煤灰陶粒成分如下：二氧化硅62％，三氧化二铝23.5％，氧化亚铁5％，三氧化二铁6％，氧化钙0.2％，二氧化钛0.3％，氧化钾3％。
实施例1方法步骤如图1所示。
实施例2
按照质量百分数：粉煤灰97％，减水剂1％，纤维素醚1％，以及减缩增强剂1％；分别称取适量各原料；
然后按照如下方法制备的实施例2的绿色环保粉煤灰陶粒：
将粉煤灰、添加剂1、添加剂2，以及添加剂3混合干搅拌5min后，加入水，继续搅拌5min，然后将所得混合物进行造粒；
将所得颗粒放入炉中，然后在450℃条件下加热25min；然后升温至950℃，加热20min；最后，升温至1200℃，继续加热5min，得到陶粒；
将所得陶粒筛选后进行检验，并将经检验符合要求的产物堆放冷却，即为实施例2的绿色环保粉煤灰陶粒。
实施例2产物粉煤灰陶粒成分如下：二氧化硅61％，三氧化二铝25％，氧化亚铁5％，三氧化二铁5.6％，氧化钙0.2％，二氧化钛0.2％，氧化钾3％。
实施例3
按照质量百分数：粉煤灰91％，减水剂2％，纤维素醚3％，以及减缩增强剂4％；分别称取适量各原料；
然后按照如下方法制备的实施例1的绿色环保粉煤灰陶粒：
将粉煤灰、添加剂1、添加剂2，以及添加剂3混合干搅拌5min后，加入水，继续搅拌5min，然后将所得混合物进行造粒；
将所得颗粒放入炉中，然后在500℃条件下加热25min；然后升温至1000℃，加热20min；最后，升温至1150℃，继续加热5min，得到陶粒；
将所得陶粒筛选后进行检验，并将经检验符合要求的产物堆放冷却，即为实施例3的绿色环保粉煤灰陶粒。
实施例3产物粉煤灰陶粒成分如下：二氧化硅57％，三氧化二铝27％，氧化亚铁6％，三氧化二铁6％，氧化钙0.1％，二氧化钛0.3％，氧化钾3.6％。
对比例1
按照质量百分数：粉煤灰95％，减水剂5％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例1的绿色环保粉煤灰陶粒。
对比例2
按照质量百分数：粉煤灰95％，纤维素醚5％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例2的绿色环保粉煤灰陶粒。
对比例3
按照质量百分数：粉煤灰95％，减缩增强剂5％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例3的绿色环保粉煤灰陶粒。
对比例4
按照质量百分数：粉煤灰95％，减水剂2％，纤维素醚3％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例4的绿色环保粉煤灰陶粒。
对比例5
按照质量百分数：粉煤灰95％，减水剂2％，减缩增强剂3％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例5的绿色环保粉煤灰陶粒。
对比例6
按照质量百分数：粉煤灰95％，纤维素醚2％，减缩增强剂3％，分别称取适量各原料；然后，参照实施例1的方法，得到对比例6的绿色环保粉煤灰陶粒。
实验例1
分别随机选取实施例1-3以及对比例1-6所制备的绿色环保粉煤灰颗粒100粒，然后进行性能测试，并重复进行3次，结果如下表所示：
Figure BDA0001590913330000101
由如上的测试结果可知，由本发明方法所制备的粉煤灰陶粒具有优异的强度特性，而且吸水率较低，因而能够进一步作为抗压材料而用于建筑或者路面工程中。
同时，由实施例1-3和对比例粉1-6粉煤灰陶粒的性能对比可知，各添加剂与原料粉煤灰的配合使用对于所制备的粉煤灰陶粒的性能参数有着较大的影响，而且只有将三种添加剂共同与粉煤灰配合使用，才能够得到具有良好使用性能的陶粒产品。
而由不同实施例所制备的产品性能对比可知，原料配比对于产物粉煤灰陶粒的性能也是有着一定的影响的，而按照实施例1中的原料配比明显也是能够得到性能更为优异的产品的。
对各项性能最优的实施例1绿色环保粉煤灰进行进一步细度和成分检测，结果如下：
细度：40～120目，其中，40～80目＝70％，80～100目＝20％，100～120目＝10％；
成分检测(标准GBT/1596-2005):SiO2≤70％，Fe2O35～10％，Al2O315～18％，CaO≤10％。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (9)

1.一种绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
将粉煤灰与添加剂1、添加剂2以及添加剂3混合干搅拌后，加水继续搅拌；
然后，将所得混合物造粒后焙烧，并在筛选后堆放冷却，即得所述绿色环保粉煤灰陶粒；
其中，所述粉煤灰为燃煤发电厂的湿排粉煤灰；
其中，所述添加剂1为减水剂，添加剂2为纤维素醚，添加剂3为减缩增强剂；
按照重量百分数计，各原料用量如下：
粉煤灰90～99％，添加剂1 1～3％，添加剂2 1～4％，以及添加剂3 1～2％。
2.根据权利要求1所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，按照重量百分数计，各原料用量如下：粉煤灰95～97％，添加剂1 1～2％，添加剂2 2～3％，以及添加剂31～2％。
3.根据权利要求1所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，所述混合干搅拌的时间为5～10min；
和/或，所述加水继续搅拌的时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，所述焙烧的时间为45～60min。
5.根据权利要求4所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，所述焙烧为分阶段升温焙烧；
其中，第一阶段的焙烧温度为300～500℃，第二阶段的焙烧温度为800～1000℃，第三阶段焙烧的温度为1100～1200℃。
6.根据权利要求5所述的绿色环保粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于，第一阶段的焙烧时间为20～25min，第二阶段的焙烧时间为20～25min，第三阶段的焙烧时间为5～10min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法所制得的绿色环保粉煤灰陶粒。
8.根据权利要求7所述的绿色环保粉煤灰陶粒，其特征在于，所述绿色环保粉煤灰陶粒包括如下化学成分：
二氧化硅53～65％、三氧化二铝15～27％、氧化亚铁3～6％、三氧化二铁3～7％、氧化钙0.1～0.4％、二氧化钛0.1～0.3％，氧化钾2～4％。
9.权利要求7或8所述的绿色环保粉煤灰陶粒在建筑材料、道路铺设，以及无土栽培中的应用。
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