CN109020418B - 一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的制备方法 - Google Patents

一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料生产免烧陶粒免蒸养陶粒，将粉煤灰、固废基硫铝酸盐水泥按一定比例混合均匀，形成混合料；向上述混合料中喷入一定量的发泡剂水溶液并进行搅拌、造粒，形成陶粒坯料；对陶粒坏料进行标准养护，即得免烧陶粒。本发明从而根本性的改变目前陶粒生产工艺方法，以期达到提高生产效率，保护生态环境以及节能减排的目的。经过本发明方法所制得的免烧陶粒轻集料产品堆积密度(850‑1200Kg/m3),筒压强度(4‑6.5Mpa)，吸水率(≤10％)，软化系数(0.85‑0.96)，经检测各项指标均符合国GB/T 17431.1‑2010轻集料性能标准。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物利用及建筑材料制造技术，具体涉及固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的方法。
背景技术
随着建筑工业的发展，主要建筑材料：混凝土和混凝土制品的需求量越来越大，普通混凝土及混凝土制品多以砂石为骨料，而目前随着砂石的开采，环境压力越来越大。而且随着现代建筑物高度越建越高，空间跨度越来越大，耐久性要求也越来越严格，普通的砂石作为骨料，除大量开采破坏生态环境外，自身的缺陷也越来越明显：(1)自重(2)碱集料反应(3)不保温隔热。
陶粒是一种轻集料,可以替代碎石来生产陶粒混凝土、陶粒砌块和陶粒墙板等轻质墙体材料或作为路基材料,具有轻质、利废和环保等特点.传统烧结法生产陶粒具有建厂投资大、能耗高和成本高的问题,影响了陶粒的推广应用.免烧陶粒是将陶粒原料混合,经成球养护制得,工艺简单,成本低,投资少,有着良好的应用前景。
目前相关免烧陶粒的主要文献报道多以粉煤灰、赤泥、石膏、矿粉为原料，添加普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，通过蒸养的方式制得。然而上述固体废弃物本身没有活性或只有小部分的潜在活性。普通硅酸盐水泥也存在着凝结时间慢，强度低，后期强度倒缩等缺陷，严重影响陶粒的性能，此外原材料的性能问题导致了普通免烧陶粒制备过程中需加入各种外加剂来促进陶粒成型以及性能的提升，例如在陶粒成型过程中需加入增粘剂提高陶粒生产中造粒用水的粘性，方便陶粒的成型提高陶粒的早期强度，当采用固体废弃物生产陶粒时需加入固体废弃物活化剂来激发各种固体废弃物的潜在活性，而在陶粒养护过程中还需加入陶粒养护剂，甚至通过蒸养的方式来提高陶粒的性能。因此大大增加了免烧陶粒生产成本，同时使陶粒生产工艺流程变得相当复杂，严重制约着免烧陶粒的发展。
发明内容
为了克服上述不足，本发明利用一种固废基硫铝酸盐胶凝材料生产免烧陶粒免蒸养陶粒，从而根本性的改变目前陶粒生产工艺方法，以期达到提高生产效率，保护生态环境以及节能减排的目的。经过本发明方法所制得的免烧陶粒轻集料产品堆积密度(850-1200Kg/m3),筒压强度(4-6.5Mpa)，吸水率(≤10％)，软化系数(0.85-0.96)，经检测各项指标均符合国GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
然而本发明所采用的自产硫铝酸盐胶凝材料凭借其快硬，早强，高强的特点完全可以取代普硅水泥及其他原材料应用于发泡材料领域，本发明提供了一种固废基硫铝酸盐胶凝材料同步发泡免蒸养制备陶粒的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的目的之一是提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料同步发泡免蒸养制备陶粒的方法，包括：
将粉煤灰、固废基硫铝酸盐水泥按一定比例混合均匀，形成混合料；
向上述混合料中喷入一定量的发泡剂水溶液并进行搅拌、造粒，形成陶粒坯料；
对陶粒坏料进行标准养护，即得免烧陶粒。
本发明加入硫铝胶凝材料同步发泡同步制备免烧陶粒的特点及原因。
特点：硫铝酸盐胶凝材料完全由固废制得，大大降低了成本。此种制备免烧陶粒的方法无需加入除发泡剂之外的任何外加剂，在造粒成球的过程中喷入发泡剂和水的混合液，同步发泡制得免烧陶粒，大大缩短了工艺流程。
免烧制备陶粒时，料浆的发泡过程往往在加入发泡剂后1-3min即完成，此时如果料浆的凝结硬化速度过慢，料浆中产生的气泡就会发生兼并最终从陶粒表面溢出，导致陶粒表面出孔甚至塌陷无法成球。而此种硫铝酸盐凝胶材料凝结硬化时间短、早期强度发展快，其凝结硬化速率与气体产生速率一致性好。这就决定了在加入硫铝酸盐胶凝材料同时可同步发泡同步制备免烧陶粒。
优选的，所述粉煤灰、固废基硫铝酸盐水泥的质量比为7-9：1-3。
优选的，所述粉煤灰为电厂一级或二级灰。
优选的，所述固废基硫铝酸盐水泥的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得固废基硫铝酸盐水泥。
所述煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)20％：20％：30％：30％。
所述胶凝材料的制备方法中，煅烧温度为1250℃，时间为2h。
优选的，所述固废基硫铝酸盐水泥过0.08mm方孔筛。
优选的，所述发泡剂为H2O2水溶液。发泡剂是影响发泡材料性能的重要因素，常见的发泡剂有物理发泡剂和化学发泡剂，由于物理发泡剂产生的气泡不均匀，不稳定逐渐被化学发泡剂所取代，目前常用的化学发泡剂为铝粉发泡剂和H2O2发泡剂，由于此胶凝材料性能决定只能用H2O2发泡剂。
优选的，所述搅拌速度为250-300r/min，搅拌时间为15-30min。
优选的，所述陶粒坯料的粒径为10-15mm。
本发明的目的之二是提供任一上述的方法制备的免烧陶粒。
本发明免蒸养的特点及原理分析
蒸养虽然能在一定程度上增加免烧陶粒的强度，但是蒸养本身存在一些缺点：
1.蒸养设备以及制备蒸汽会增加企业生产成本
2.蒸汽养护过程把控不当很容易造成陶粒制品质量缺陷或性能劣化
3.制备蒸汽需要较高能耗浪费资源，如果采用化石燃料制备蒸汽还会对环境造成破坏。
因此免烧免蒸养陶粒可以大幅缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产效率，且更符合节能减排的环保趋势。
首先蒸汽养护可以有效加快水泥的水化进程，其次在高温、高压蒸汽养护条件下，粉煤灰、石膏、矿粉等固废材料能对普通硅酸盐水泥的水化起到微晶核效应，能够减少水泥水化产物中的Ca(OH)2能生成更多的托勃莫来石晶体，而晶体之间有适量的凝胶体，降低了C/S比，且水泥浆体的孔隙率明显降低，几何孔径有效地减小，有害的孔大幅度地减少，使水泥浆体的结构更加致密，强度进一步提高；粉煤灰释放珠状的铝、硅成分形成大量晶形稳定的莫来石，使粉煤灰水泥基材料强度进一步提高；随蒸养温度提高，硅酸二钙数量出现增多趋势，一方面可能是硅酸三钙产生逆分解，另一方面是粉煤灰中氧化钙和石英合成所致。叠加图谱对比显示:水化产物晶型趋于更稳定，随蒸养温度升高，合成或分解出现的莫来石、石英、单硫型水化硫铝酸钙是样品蒸养后宏观强度增强的主要原因。
此种固废基硫铝酸盐凝胶材料具有早强，快硬、高强的特点，且强度后期增长稳定，养护条件简单(无需蒸汽养护，只需常温养护)完全克服了普通硅酸盐水泥制备免烧陶粒的弊端。
本发明的目的之三是提供上述的免烧陶粒在制造轻质墙体材料或路基材料中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明利用自制硫铝酸盐胶凝材料为原料，充分发挥其早强，快硬以及高强的特点，使得免烧陶粒在成型过程中同步发泡制得，大幅缩短了工艺流程，提高了生产效率。
(2)本发明制备的免烧陶粒无需蒸养，上强度快，养护时间短，可做到现制现用，不但减少了能耗，降低了生产成本，而且大大提高了其工程应用的效率。
(3)本发明制备方法简单、陶粒强度高、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本申请的工艺路线图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明中所述的固废基胶凝材料制备原料为煤矸石、脱硫石膏、石灰石、铝灰几种固废协同互补低温烧制而成。属自制生产，成本不足300元/吨。
所述固废基胶凝材料的比表面积为400～450kg/m2。采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下。
上述方案中所述搅拌速度为250-300r/min,搅拌时间为15-30min.
本发明所述粉煤灰为电厂一级或二级灰。
本发明所用发泡剂为H2O2溶液经稀释后配制成的发泡剂溶液，所用H2O2溶液：AR，30wt.％.
上述一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的方法，包括如下步骤：
混合料配制：按配比称取各原料，原料所占质量分数硫铝酸盐胶凝材料70-90％，预处理粉煤灰10-30％，将称取的各原料混合搅拌均匀，然后进行粉磨、筛分后即获得此种固废基硫铝酸盐胶凝材料免烧免蒸养陶粒混合料。
发泡剂溶液配制：
造粒：将部分混合料倒入圆盘造粒机中，开始造粒，随着造粒机工作，喷洒发泡剂溶液，根据已成型陶粒表面干湿情况逐渐喷洒发泡剂溶液或加入干物料(具体以陶粒表面有轻微湿迹为准)，待陶粒成长到所需粒径为止。
养护：对成型的陶粒在室温条件下养护3-7天。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。
以下实施例中，硫铝酸盐胶凝材料全部采用如下方法制备：具体包括：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
所述煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)20％：20％：30％：30％。
所述胶凝材料的制备方法中，煅烧温度为1250℃，时间为2h。
H2O2(质量浓度30％)购自洛阳市化学试剂厂。
粉煤灰为电厂一级灰。
实施例1
本实施方案提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的方法，其步骤如下：将粉煤灰烘干后，磨细备用。取H2O2 20ml加入1L水中稀释后配置成H2O2发泡剂溶液，倒入喷壶中备用。按质量分数计：硫铝酸盐胶凝材料:粉煤灰9:1混合后搅拌15min,后加入小磨中粉磨，待原料均匀混合后将部分干料(约1/4)放入圆盘造粒机中，调节造粒机倾斜度45°，开启造粒机的同时喷入发泡剂溶液成球，随着陶粒球不断长大均匀撒入混合干料，并同时喷入发泡剂溶液，具体用量根据陶粒球表面干湿程度确定(以陶粒球表面略带水渍为准)。待陶粒成型10-15mm时，造粒结束。取出成型好的陶粒放入标准养护箱中养护3-7天后进行性能检测。
以上述实施案例制备的免烧陶粒,全部以固体废弃物为原料，同步发泡同步造粒，且无需蒸汽养护，陶粒性能经检测完全符合国GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准，其中筒压强度：6.2Mpa,堆积密度1110Kg/m3,1h吸水率8.4％，软化系数0.93。
实施例2
本实施方案提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的方法，其步骤如下：将粉煤灰烘干后，磨细备用。取H2O2 40ml加入1L水中稀释后配置成H2O2发泡剂溶液，倒入喷壶中备用。按质量分数计：硫铝酸盐胶凝材料:粉煤灰8:2混合后搅拌15min,后加入小磨中粉磨，待原料均匀混合后将部分干料(约1/4)放入圆盘造粒机中，调节造粒机倾斜度45°，开启造粒机的同时喷入发泡剂溶液成球，随着陶粒球不断长大均匀撒入混合干料，并同时喷入发泡剂溶液，具体用量根据陶粒球表面干湿程度确定(以陶粒球表面略带水渍为准)。待陶粒成型颗粒直径10-15mm时，造粒结束。取出成型好的陶粒放入标准养护箱中养护3-7天后进行性能检测。
以上述实施案例制备的免烧陶粒,全部以固体废弃物为原料，同步发泡同步造粒，且无需蒸汽养护，陶粒性能经检测完全符合国GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准，其中筒压强度：5.8Mpa,堆积密度960Kg/m3,1h吸水率9％，软化系数0.89。
实施例3
本实施方案提供一种固废基硫铝酸盐胶凝材料制备免烧陶粒的方法，其步骤如下：将粉煤灰烘干烘干后，磨细备用。取H2O2 60ml加入1L水中稀释后配置成H2O2发泡剂溶液，倒入喷壶中备用。按质量分数计：硫铝酸盐胶凝材料:粉煤灰7:3混合后搅拌15min,后加入小磨中粉磨，待原料均匀混合后将部分干料(约1/4)放入圆盘造粒机中，调节造粒机倾斜度45°，开启造粒机的同时喷入发泡剂溶液成球，随着陶粒球不断长大均匀撒入混合干料，并同时喷入发泡剂溶液，具体用量根据陶粒球表面干湿程度确定(以陶粒球表面略带水渍为准)。待陶粒成型颗粒直径10-15mm时，造粒结束。取出成型好的陶粒放入标准养护箱中养护3-7天后进行性能检测。
以上述实施案例制备的免烧陶粒,全部以固体废弃物为原料，同步发泡同步造粒，且无需蒸汽养护，陶粒性能经检测完全符合国GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准，其中筒压强度：4.6Mpa,堆积密度865Kg/m3,1h吸水率9.5％，软化系数0.85。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种固废基硫铝酸盐胶凝材料同步发泡免蒸养制备陶粒的方法，其特征在于，包括：
将粉煤灰、固废基硫铝酸盐水泥按一定比例混合均匀，形成混合料；
向上述混合料中喷入一定量的发泡剂水溶液并进行搅拌、造粒，形成陶粒坯料；所述发泡剂为H2O2 水溶液；
对陶粒坯 料进行标准养护，即得免烧陶粒；
所述固废基硫铝酸盐水泥的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来；
2)将筛分出来的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得固废基硫铝酸盐水泥；
所述煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的质量比例为2～3：2～3：3～4：3～4；
所述胶凝材料的制备方法中，煅烧温度为1250～1300℃，时间为1 .8～2h；
所述粉煤灰、固废基硫铝酸盐水泥的质量比例为7-9：1-3。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰为电厂一级或二级灰。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固废基硫铝酸盐水泥的煅烧温度1250℃、时间为2h。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固废基硫铝酸盐水泥过0 .08mm方孔筛。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌速度为250-300r/min，搅拌时间为15-30min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶粒坯料的粒径为10-15mm。
7.权利要求1-6任一项所述的方法制备的免烧陶粒。
8.权利要求7所述的免烧陶粒在制造轻质墙体材料或路基材料中的应用。
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