CN109053011A - 憎水型膨化无机轻骨料生产方法及憎水型膨化无机轻骨料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，属于无机骨料生产加工技术领域，旨在解决现技术中生产憎水型无机轻骨料需要烘干陈化、耗时耗能的问题，其技术方案要点是，包括原料预处理、加热膨化、喷涂憎水剂等工序，在高温下通过气力输送膨化无机轻骨料，在物料到达收集设备时喷涂作为憎水剂的有机硅乳液，达到了快速对膨化无机轻骨料进行憎水改性的目的，相较于现有生产工艺具有工艺简洁、设备简单、实施方便、可在任何普通无机膨化产品的生产线上得到实现的优势。本发明的另一目的是提供一种憎水型膨化无机轻骨料，其采用上述生产方法制备而得，具有吸水率低、质量均一性好的特点。

Description

憎水型膨化无机轻骨料生产方法及憎水型膨化无机轻骨料

技术领域

本发明属于无机轻骨料改性加工技术领域，更具体地说，它涉及一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法及憎水型膨化无机轻骨料。

背景技术

一直以来，膨化无机轻骨料的生产是将黑曜岩、珍珠岩、松脂岩等天然玻璃质矿物作为原料，先将其粗略粉碎，然后再根据生产产品规格需要，通过筛分和再粉碎的操作组合来调整原料矿砂的粒度，最后对精选矿砂进行加热膨化而进行的，例如膨胀珍珠岩、玻化微珠等的生产。但这样生产得来的膨化无机轻骨料，由于其过高的吸水率，会对其后续的应用产品和应用系统产生结构性和耐候性方面的问题，严重时会导致后续产品或应用系统丧失其应用功能，例如无机外墙保温的脱落，空分保温用膨胀珍珠岩受潮后破碎丧失保温功能等都与此有关。因此，过高的吸水率会严重地影响膨化无机轻骨料的应用范围，对其普及和应用也同样产生着限制和危害。

一般，为了降低膨化无机轻骨料的吸水性，得到吸水率低的膨化产品，基本上都是在室温的条件下，采用在膨化无机轻骨料表面实施有机硅喷涂和浸渍的方法来处理。例如：采用半浸泡的方法，在膨胀珍珠岩表面喷洒大量浓度极稀的有机硅溶液（6×10-4w/w），(珍珠岩∶ 憎水剂溶液=1∶2 )(重量比)，然后经过自然放置干燥的方法，来制备憎水性膨胀珍珠岩。

虽然利用上述方法可以制得相应憎水性能的膨化无机轻骨料，但是，这样的生产方法在实际工厂生产过程中，还存在着诸多缺陷。上述生产方法中由于使用大量的有机硅稀薄溶液，产品几乎等于在大量水溶液中处于半浸泡状态，最后得到的成品还需要经过漫长的干燥和陈化这两个过程，这样才能充分展现出产品的憎水效果，要完成这两个过程，一般需要30天或更长的时间，而且还需要非常庞大的干燥空间。在实际生产的条件下，要完成长时间的干燥和陈化过程，必须拥有相当规模仓库和通风干燥设施才能达成，要实现这种生产条件在当今的膨化无机轻骨料的生产企业当中是不现实的。

现有技术中授权公告号为CN100424284C的中国专利公开了一种低温用膨胀珍珠岩的生产工艺，具体步骤包括：矿砂预选、高温焙烧、蹭水处理和烘干脱水等。其采用含乳化剂的自配憎水剂作为整理剂，通过在成品输送管线中进行喷涂以使憎水剂包覆于轻质骨料，再经由烘干得到憎水型膨胀珍珠岩。增水溶液和膨胀珍珠岩的重量比为0.1:1-1:1，憎水剂的用量大，喷涂过程中或者干燥过程中容易出现憎水剂气化不彻底，造成骨料颗粒附着在设备内部，易引起管路堵塞或者设备内壁腐蚀的问题，需要进一步改进。

因而，如何研发一种实施方便、能效率生产低吸水率的憎水型膨化无机轻骨料的方法是业内有待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其具有方法简洁、设备简单、实施方便、可高效生产憎水型膨化无机轻骨料的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，包括如下步骤，

步骤一、对玻璃质矿石进行粉碎，筛选得到精选矿砂后进行预热处理得到预热矿砂，控制预热后的砂体温度为200-350℃；

步骤二、对经步骤一处理后的矿砂进行高温膨化加工，使矿砂的密度下降到80-450kg/m³，得到膨化无机轻骨料；

步骤三、通过气力输送将步骤二处理得到的膨化无机轻骨料输送至沉降分离设备进行气固分离，在沉降分离设备的入口处通过喷嘴向膨化无机轻骨料均匀喷涂憎水剂；

步骤四、收集沉降分离设备分离出的膨化无机轻骨料即为憎水型膨化无机轻骨料。

通过采用上述技术方案，经过预热-高温膨化加工，即可获得膨化无机轻骨料。由于不同产地的玻璃质矿石的性能存在差异，通过控制预热后砂体温度在200-350℃可以适应不同产地矿石的加工，容易控制产品的质量。膨化加工后矿砂的密度下降到80-450kg/m³，低于该密度范围下限的矿砂不仅加工难度高，且在后续处理过程中溶于碰撞破碎；高于该范围上限密度的膨化矿砂，气力输送时容易沉降、输送耗能增大，且后期降温处理时容易降温不彻底。在沉降分离设备的入口处喷涂憎水剂，使得轻质骨料被包覆憎水剂后进入沉降分离设备进行气固分离，同时在沉降分离设备内完成水分蒸发-憎水剂附着的过程。从沉降分离设备沉降分离的轻骨料即为成品憎水型无机轻骨料，无需额外增加干燥/烘干工序，精简了工艺流程。产品在沉降分离后续加工的输送过程中即可完成养护和老化，使得产品在最终离开生产设备时，即以达到完成脱水反应和结束产品陈化的状态。采用本发明的方法进行憎水型膨化无机轻骨料的生产，不需要任何后续干燥陈化设备和场地。本发明方法简洁，设备简单，实施方便，可在任何普通无机膨胀产品的生产线上得到实现。

进一步地，步骤三中气力输送时的空气温度为180-600℃。

通过采用上述技术方案，温度低于180℃时，憎水剂的脱水反应不能在离开设备时充分进行；温度高于600℃时，物料离开设备时的憎水效果不再发生变化，因而空气温度以180-600℃为宜。该种温度环境下，喷涂的憎水剂能迅速在无机轻骨料颗粒的表面完成脱水反应，形成憎水剂基元，无需后续进行长时间养护和陈化。

进一步地，步骤三中气力输送时，输送每立方米膨化无机轻骨料的空气流量为1-300Nm³。

通过采用上述技术方案，热空气流量低于1Nm³时，憎水剂反应不彻底；热空气流量高于300Nm³时，憎水效果不再变化，因而输送每立方米膨化无机轻骨料的热空气流量以1-300Nm³为宜。此外，气力输送过程中输送速度不易过快，否则会产生物料颗粒破碎、堆积密度增大的现象。

进一步地，步骤三中所用憎水剂为浓度为3%-5%（重量比）的有机硅乳液。

通过采用上述技术方案，憎水剂的浓度过低，不易获得理想憎水效果的无机轻骨料；浓度过高时，憎水剂粘度增大，不利于喷出形成均匀的细小液滴，且不利于短时间内在无机轻骨料的表面涂覆均匀。因而，憎水剂的浓度以3%-5%为宜，该种浓度的憎水剂易于喷涂均匀，且获得无机轻骨料憎水效果佳。

进一步地，所述有机硅乳液的pH值≥7。

通过采用上述技术方案，酸性的有机硅乳液在高温条件下会对生产设备造成腐蚀，选用pH值≥7的有机硅乳液保护生产设备、延长生产设备的使用寿命。

进一步地，步骤三中喷涂的憎水剂与膨化无机轻骨料的重量比为1:450-1:80。

通过采用上述技术方案，憎水剂与膨化无机轻骨料的重量比远低于现有技术中的0.1:1-1:1，且低喷涂量的憎水剂利于减少物料颗粒之间的聚集或者物料颗粒在设备内壁的附着。

进一步地，所述喷嘴为液压直喷式喷嘴，且喷涂半径范围为150-250mm，喷涂液滴的粒径为0.05-0.2mm。

通过采用上述技术方案，液压直喷式喷嘴喷出的憎水剂液滴细小、均匀，能在均匀涂覆在物料颗粒表面，使得成品的物料的憎水性能均一。同时，细小均匀的液滴，能减少物料颗粒之间的聚集或者在设备内壁的附着。上述喷涂半径范围和喷涂液滴粒径，使得最终成品无机轻骨料的憎水性能优良、均一。

进一步地，所述玻璃质矿石为珍珠岩、黑曜岩、松脂岩或蛭石。

通过采用上述技术方案，珍珠岩、黑曜岩、松脂岩和蛭石均为优质的天然玻璃质矿石，加工后能获得性能优良的憎水型膨化无机轻骨料，以用于不同场合。

进一步地，步骤一中筛选得到的精选矿砂的最大粒径≤5mm。

通过采用上述技术方案，矿石粒径过大喷涂憎水剂时容易涂覆不均匀，且大粒径的物料颗粒气力输送时需要更大的气流量。输送过程中大颗粒的物料间更容易相互碰撞、破碎，增加了粉尘含量，进而增加了后续废气处理设备的尘量负荷。因而，作为原料的精选矿砂以最大粒径≤5mm为宜。

本发明的另一目的在于提供一种憎水型膨化无机轻骨料，其采用上述任一项所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法制备而得，具有吸水率低、质量均一性好的优势。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在沉降分离设备的进口处喷涂憎水剂，物料在沉降分离设备内同步完成脱水反应和沉降分离过程，实现了快速对膨化无机骨料进行憎水处理，无需额外的干燥、陈化，减少了生产设备、节约了生产场地；

2、以浓度为3%-5%（重量比）、pH值≥7的有机硅乳液作为憎水剂，处理得到的无机轻骨料憎水效果优异；

3、气力输送每立方米无机轻骨料的空气流量为1-300Nm³，空气温度为180-600℃,保证获得良好的憎水效果的同时，减少了物料颗粒碰撞破碎引起的堆积密度增大的现象；

4、憎水剂通过液压直喷式喷嘴进行喷涂，喷涂半径范围为150-250mm，喷涂液滴的粒径为0.05-0.2mm，获得成品憎水型能优良、均一；

5、选用最大粒径≤5mm的矿砂作为原料，控制预热后砂体温度为200-350℃，能适应不同产地原材料、不同粒径原料的生产加工，且工艺条件容易控制，较现有技术中的加工方法适应性、可实施性更好；

6、本发明的生产方法简洁、设备简单、实施方便，可在任何普通无机膨胀产品的生产线上得到实现，且制得的憎水型膨化无机轻骨料吸水率低、质量均一性好。

附图说明

图1为实施例中憎水型膨化无机轻骨料生产方法的工艺流程示意图。

图中：1、原料箱；2、膨化炉；3、输送管路；4、沉降分离设备；5、布袋除尘器；6、喷涂装置；7、烟道气输送管路；8、成品小仓；9、分离器入口；10、成品出口；11、粉尘出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，图1显示的即为该种生产方法的工艺流程图。其以珍珠岩为原料，经过粉碎、筛选得到最大粒径≤5mm的精选矿石后，对精选矿石进行预热，预热时需控制预热后砂体温度为200-350℃，预热后的矿砂暂存在原料箱1内。根据加工需要，也可以选用黑曜岩、松脂岩或蛭石作为原料，制备不同的无机轻骨料产品。

预热后的矿砂经由管道被输送至膨化炉2内，进行高温焙烧，使矿砂膨化密度下降至80kg/m³，得到膨胀珍珠岩。高温焙烧时，控制焙烧温度在850-950℃内。

膨化加工得到的膨胀珍珠岩通过输送管路3经由气力输送进入沉降分离设备4。气力输送时，控制输送每立方米膨胀珍珠岩的空气流量为1Nm³、空气温度为180℃、进口流速为7m/s。沉降分离设备4的分离器入口9处设置有喷涂装置6，本实施例中喷涂装置6选用液压直喷式喷嘴。通过管路可以向液压直喷式喷嘴输送憎水剂，并喷出形成雾态憎水剂以对进入沉降分离设备4的膨胀珍珠岩进行憎水改性。憎水剂选用有机硅乳液，其浓度为3%（w/w）。本实施例中选用Wacker生产的BS-5130有机硅乳液，选用其他生产厂商生产的pH值≥7的有机硅乳液亦可。喷涂时控制有机硅乳液的喷涂量与膨胀珍珠岩的重量比为1:450。为了保证有机硅乳液的喷涂均匀性，以喷涂半径为150-250mm、喷涂液滴粒径为0.05-0.2mm为宜。喷涂半径大小和喷涂液滴粒径大小，可以通过调节液压直喷式喷嘴的压力进行调节。

涂覆有有机硅乳液的膨胀珍珠岩颗粒随输送空气进入沉降分离设备4的分离器内后，发生气固分离。固态的膨胀珍珠岩颗粒落入沉降分离设备4底部的成品小仓8内，再经由成品出口10排出。分离的含尘高温炉气经由烟道气输送管路7进入布袋除尘器5，进行净化处理。布袋除尘器5滤除的粉尘经由粉尘出口11排出，经过滤净化的高温炉气放入大气中。

膨胀珍珠岩在气固分离的同时，有机硅乳液的分子官能基在膨胀珍珠岩颗粒表面迅速进行脱水反应，形成有机硅憎水基元，从而赋予膨胀珍珠岩优良的憎水性能。由于，沉降分离设备4内空气温度高，有机硅乳液的脱水反应几乎是瞬间完成，从沉降分离设备4分离的膨胀珍珠岩即为憎水膨胀珍珠岩，无需额外的长时间养护和陈化时间。

实施例2：

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的区别在于：高温膨化后膨胀珍珠岩的密度为150kg/m³；气力输送时，输送每立方米膨胀珍珠岩的空气流量为100Nm³，空气温度为300℃；喷涂所用的有机硅乳液的浓度为3%（w/w），且有机硅乳液的喷涂量与膨胀珍珠岩的重量比为1:300。

实施例3：

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的区别在于：高温膨化后膨胀珍珠岩的密度为250kg/m³；气力输送时，输送每立方米膨胀珍珠岩的空气流量为200Nm³，空气温度为400℃；喷涂所用的有机硅乳液的浓度为4%（w/w），且有机硅乳液的喷涂量与膨胀珍珠岩的重量比为1:200。

实施例4

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的区别在于：高温膨化后膨胀珍珠岩的密度为350kg/m³；气力输送时，输送每立方米膨胀珍珠岩的空气流量为250Nm³，空气温度为500℃；喷涂所用的有机硅乳液的浓度为5%（w/w），且有机硅乳液的喷涂量与膨胀珍珠岩的重量比为1:100。

实施例5：

一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的区别在于：高温膨化后膨胀珍珠岩的密度为450kg/m³；气力输送时，输送每立方米膨胀珍珠岩的空气流量为300Nm³，空气温度为600℃；喷涂所用的有机硅乳液的浓度为5%（w/w），且有机硅乳液的喷涂量与膨胀珍珠岩的重量比为1:80。

实施例6

一种憎水型膨胀珍珠岩，其采用实施例1的方法制备而得。

实施例7

一种憎水型膨胀珍珠岩，其采用实施例2的方法制备而得。

实施例8

一种憎水型膨胀珍珠岩，其采用实施例3的方法制备而得。

实施例9

一种憎水型膨胀珍珠岩，其采用实施例4的方法制备而得。

实施例10

一种憎水型膨胀珍珠岩，其采用实施例5的方法制备而得。

憎水率测定

使用轻骨料吸水率测试仪进行测试。吸水率测试仪为圆筒形结构，底部有100目滤网，且容积是450mL。往容器内装满450mL膨胀珍珠岩，再加入225ml水，5分钟后测量从测试仪底部流出的水量体积V（mL）。则憎水率（Δ）的计算公式为：

Δ=V/225

按照实施例1-5的生产方法制备的憎水型膨胀珍珠岩，送入成品仓进行包装时已经完全干燥，分别对出仓的成品进行采样，测定第1天和第2天的憎水率，具体测定结果如下表所示：

表1.各实施例样品疏水率测定结果表

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						憎水率(1d)/%	70.6	71.3	70.8	72.1	71.5
憎水率(2d)/%	92.3	92.8	92.6	93.1	92.4

由上表数据可知，采用本发明的生产方法生产的憎水型膨化珍珠岩出仓时的憎水率均在70%以上，第二天的憎水率均达到90%以上。

比较例1：

在图1所示生产工艺流程图的沉降分离设备4下部的成品小仓8的入口处安装喷嘴，使用将有机硅乳液稀释液通过该喷嘴喷涂到膨化珍珠岩的方法，来生产憎水性膨胀珍珠岩。在这个生产过程中，喷涂环境温度是140℃，空气流动量为膨胀珍珠岩体积的1-3倍。制得憎水型膨化珍珠岩后，采用上述憎水率测定方法测定憎水率。用这种方法生产的憎水性膨胀珍珠岩要达到实施例中出仓时70%的憎水率测试值所需要的自然干燥陈化时间在15天以上，达到90%测试值所需要的时间最少是25天。相较于本发明的生产方法，需要额外的养护和陈化时间，工序长、设备复杂、暂用空间大不便于实施。

比较例2：

在图1所示生产工艺流程图的沉降分离设备4下部的成品小仓8的出口处，用空气输送，将比较例1中所得到的憎水膨化珍珠岩，输送到另一成品仓中进行收集包装。这种情况下，憎水性膨胀珍珠岩的憎水率，在一天之后即可达到80%，但是，再次空气输送时憎水性膨胀珍珠岩的粒子产生了破碎，容重变重，质量较差。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、对玻璃质矿石进行粉碎，筛选得到精选矿砂后进行预热处理得到预热矿砂，控制预热后的砂体温度为200-350℃；

步骤二、对经步骤一处理后的矿砂进行高温膨化加工，使矿砂的密度下降到80-450kg/m³，得到膨化无机轻骨料；

步骤三、通过气力输送将步骤二处理得到的膨化无机轻骨料输送至沉降分离设备进行气固分离，在沉降分离设备的入口处通过喷嘴向膨化无机轻骨料均匀喷涂憎水剂；

步骤四、收集沉降分离设备分离出的膨化无机轻骨料即为憎水型膨化无机轻骨料。

2.根据权利要求1所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：步骤三中气力输送时的空气温度为180-600℃。

3.根据权利要求2所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：步骤三中气力输送时，输送每立方米膨化无机轻骨料的空气流量为1-300Nm³。

4.根据权利要求1所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：步骤三中所用憎水剂为浓度为3%-5%（重量比）的有机硅乳液。

5.根据权利要求4所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：所述有机硅乳液的pH值≥7。

6.根据权利要求5所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：步骤三中喷涂的憎水剂与膨化无机轻骨料的重量比为1:450-1:80。

7.根据权利要求1所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：所述喷嘴为液压直喷式喷嘴，且喷涂半径范围为150-250mm，喷涂液滴的粒径为0.05-0.2mm。

8.根据权利要求1所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：所述玻璃质矿石为珍珠岩、黑曜岩、松脂岩或蛭石。

9.根据权利要求8所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法，其特征在于：步骤一中筛选得到的精选矿砂的最大粒径≤5mm。

10.一种憎水型膨化无机轻骨料，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的憎水型膨化无机轻骨料生产方法制得。