CN109516772B - 一种轻质高强废玻璃陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轻质高强废玻璃陶粒及其制备方法，按重量份数计，所述轻质高强废玻璃陶粒的原料组份包括：废玻璃粉：70～80份，河道淤泥粉：15～25份，铜尾矿渣粉：4～6份，成孔剂：1～2份。本发明的制备方法包括以下步骤：(1)生料的制备(2)造粒成球(3)微波强化焙烧(4)表面强化；本发明采用废玻璃等废弃物为主要原料，对原料进行混合、造粒、焙烧和表面强化，最终制得质轻高强的陶粒，孔隙率大、质轻、筒压强度高、软化系数大、高耐水、吸水率低、粒型好，且配制的轻集料混凝土耐久性优良。本发明既能有效解决废玻璃等难以处置问题，变废为宝，又能保护生态环境，而且原料来源丰富、成本低、工艺简单。

Description

一种轻质高强废玻璃陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种轻质高强废玻璃陶粒及其制备方法。
背景技术
烧结陶粒(以下简称陶粒)是指经生料制备、造粒成球、预热、高温焙烧、冷却而形成的一类人造轻集料，具有质量轻、强度高、保温好、抗震、抗冲击等优点。目前，用陶粒生产的轻集料混凝土已广泛用于各种工业与民用建筑、桥梁承重结构和人防工程等。按生产原料陶粒可分为三类：一是粘土陶粒，但因毁坏耕地过大，目前粘土陶粒已经被禁止生产和使用；二是页岩陶粒，页岩陶粒质量好，长期以来应用范围一直很广，但同样因对一次性资源消耗过大、耗能高，不符合建筑材料工业可持续发展战略，目前也正逐渐被限制生产和使用；三是利用固体废弃物，如粉煤灰、煤矸石、炉渣、建筑垃圾、污泥、河道淤泥等生产的陶粒。
利用固体废弃物生产陶粒不仅可实现废物资源化再利用，变废为宝，又能保护生态环境，减少固废弃物带来的二次环境污染，因此发展和利用各种废弃物生产优质陶粒方兴未艾，而且目前已有大量工程应用成功案例。但是，目前利用固体废弃物生产陶粒也存在诸多问题。
中国发明专利CN101343172B公开了“一种以海底淤泥为原料的轻质陶粒及其制备方法”，该发明主要是一种以海底淤泥和碳酸钙粉料为主要原料制备烧结陶粒及其制备方法，但因所制备的陶粒材料组成中不含造孔剂，致使其堆积密度较大，不够轻质。
中国发明专利CN102358705B公开了一种“利用固体废弃物生产烧结陶粒的工艺及系统”。该发明主要是利用固体废弃物为原料，经合理配制生产烧结陶粒的工艺，包括如下步骤：1)备料；2)配制；3)干混；4)搅拌；5)成核；6)成球；7)剔除；8)输送布料；9)烧结；10)筛分；11)成品；12)入库。该发明所采用的原料为100％的固体废弃物，采用动态烧结技术及全自动连续生产线生产不同用途的陶粒产品，可靠性高、连续性强、操作方便经济效益好。但是本发明仅是在储料、供料计量、搅拌、成型等工序阶段进行改进完善，对陶粒的吸水率和耐水性方面并没有进行改进，而耐水性差则会降低陶粒的强度，对陶粒混凝土的强度和耐久性不利。
中国发明专利CN107721455A公开了“一种固体废弃物制备的陶粒、其制备方法及应用”。该发明主要是对采用污泥、生活垃圾飞灰、河道淤泥、建筑垃圾和赤泥作为原料来制备陶粒的方法进行了研发，可实现污泥、生活垃圾飞灰、河道淤泥等多种废物综合利用，且能够相互结合发挥协同作用，，但是此制备方法在烧制过程中需要升温至1225℃，高温煅烧需要消耗大量能源，生产成本高。
综上所述，目前利用固体废弃物生产陶粒的问题总结如下：
(1)质轻但强度不高，或强度高但质不轻。即轻质与高强这一对立矛盾长期以来一直没有得到很好的解决，无法满足轻集料混凝土对其既轻质又高强的技术要求。
(2)吸水率大、耐水性差。吸水率大不仅会加快混凝土拌合物坍落度损失，而且会增大陶粒与水泥石过渡区的厚度，减弱其界面粘结强度。耐水性差会降低陶粒的强度，对陶粒混凝土的强度和耐久性不利。
(3)焙烧温度普遍在1000～1200℃，能耗高从而致使生产成本高。此外，目前以固体废弃物生产轻质高强陶粒的发明中，大多在配方中添加了粘土，这或多或少会毁坏耕田。
我国是玻璃生产和使用大国，但因建筑拆迁和日常生活废弃，每年废玻璃的排放量非常巨大，造成了非常严重的环境污染以及二次环境污染。因此，如何资源化、无害化处理废玻璃已经成为我们亟待解决的一个重要课题。建筑和日常生活中所使用的建筑玻璃、玻璃容器主要是以SO2和Al2O3为主要成分的一类硅酸盐制品，其硅、铝含量高，而河道淤泥是一种含铝硅酸盐的类粘土质材料，其Al2O3、Na2O、K2O等含量高，这可为用它们制备轻质高强陶粒有着较高的可行性。此外，采用废玻璃生产陶粒对玻璃颜色和杂质含量一般要求比较宽松，而且材料来源丰富，购置成本低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质高强废玻璃陶粒及其制备方法，以大量利用建筑和日常生活中所废弃的建筑玻璃、玻璃容器制备出一种具有价廉优质、绿色环保等突出优点的轻质高强废玻璃陶粒，以解决现有技术中制备的陶粒强度不高、吸水率大、耐水性差、焙烧温度高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种轻质高强废玻璃陶粒，按重量份数计，所述轻质高强废玻璃陶粒的原料组份包括：废玻璃粉：70～80份，河道淤泥粉：15～25份，铜尾矿渣粉：4～6份，成孔剂：1～2份。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒，优选，所述废玻璃粉的细度为300～320m2/kg；
优选地，所述废玻璃粉的含泥量小于1％，金属片、纸片、木屑含量小于1％，含水率小于1％。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒，优选，所述河道淤泥粉的细度为320～350m2/kg；
优选地，所述河道淤泥粉的伊利石矿物的含量大于40％，烧失量小于2.5％，含水率小于1％。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒，优选，所述铜尾矿渣粉的细度300～330m2/kg；
优选地，所述铜尾矿渣粉的SiO2和A2O3的总含量大于35％，烧失量小于0.5％，含水率小于1％。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒，优选，所述成孔剂为煤粉和褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶(1.2～1.5)进行复配而得；
优选地，所述褐铁矿尾矿粉中Fe2O3含量大于35％；
再优选地，所述成孔剂为一类粉状复合成孔剂，细度为320～350m2/kg。一种轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)生料的制备：将制备完成的废玻璃粉、河道淤泥粉、铜尾矿渣粉和成孔剂分别倒入球磨机中混合粉磨至一定细度，得生料；
(2)造粒成球
将步骤(1)中所得生料与水按重量比1∶(0.2～0.3)混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为2～3MPa，生料球直径为5～19mm，随后自然干燥至含水率为6～8％，得生料球；
(3)微波强化焙烧
将步骤(2)中所得生料球送入功率为1000～1500W的电加热炉中，以80～100℃/h的升温速度升温至800～950℃，随之立即移入微波炉中微波加热80～90秒，然后自然冷却至20～25℃，得半成品；
(4)表面强化
将步骤(3)中所得半成品用平板振动筛筛分分级后，移入表面强化剂中浸泡30～50分钟，移出，自然风干至饱和面干，得产品。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，优选，步骤(1)中所述生料的细度为400～420m2/kg。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，优选，步骤(3)中所述微波炉的功率为900～1000W。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，优选，步骤(4)中所述表面强化剂为渗透型混凝土表面增强剂。
在如上所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，优选，步骤(4)中所述表面强化剂的质量浓度为2％～3％。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明采用废玻璃等废弃物为主要原料，采用一定的技术手段对原料进行混合、造粒、焙烧和表面强化，最终制得质轻高强的陶粒，孔隙率大、质轻、筒压强度高、软化系数大、高耐水、吸水率低、粒型好，且配制的轻集料混凝土耐久性优良。
本发明的技术方案对固体废弃物尤其废玻璃的资源化利用和无害化处置率大，这既能有效解决废玻璃等难以处置问题，变废为宝，又能保护生态环境，而且原料来源丰富、成本低、工艺简单。
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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例的轻质高强废玻璃陶粒的制备工艺流程图；
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的实施例，提供了一种轻质高强废玻璃陶粒，按重量份数计，该轻质高强废玻璃陶粒的原料组份包括：废玻璃粉：70～80份(比如71份、72份、73份、74份、75份、76份、77份、78份、79份)，河道淤泥粉：15～25份(比如16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份)，铜尾矿渣粉：4～6份(比如4.2份、4.4份、4.6份、4.8份、5.0份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份、6份)，成孔剂：1～2份(比如1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份)。
在本发明的具体实施例中，废玻璃粉：为建筑和日常生活中所废弃的建筑玻璃、玻璃容器经分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨后制备而成的粉料，其含泥量小于1％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，金属片、纸片、木屑含量小于1％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，含水率小于1％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，细度300～320m2/kg(比如302m2/kg、304m2/kg、306m2/kg、308m2/kg、310m2/kg、312m2/kg、314m2/kg、316m2/kg、318m2/kg)。
在本发明的具体实施例中，铜尾矿渣粉：为铜矿开采企业所废弃的铜尾矿渣经除杂、烘干、球磨后制备而成的粉料，其SiO2和A2O3的总含量大于35％，烧失量小于0.5％(比如0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％)，含水率小于1％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，细度300～330m2/kg(比如302m2/kg、304m2/kg、306m2/kg、308m2/kg、310m2/kg、312m2/kg、314m2/kg、316m2/kg、318m2/kg、320m2/kg、322m2/kg、324m2/kg、326m2/kg、328m2/kg)。
在本发明的具体实施例中，河道淤泥粉：为经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，其伊利石矿物的含量大于40％，烧失量小于2.5％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％)，含水率小于1％(比如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，用电动球磨机粉磨至细度为320～350m2/kg(比如325m2/kg、330m2/kg、335m2/kg、340m2/kg、345m2/kg)的粉料。
在本发明的具体实施例中，成孔剂为市售的煤粉和Fe2O3含量大于35％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶(1.2～1.5)(比如1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5)复配并用电动球磨机粉磨而成的一类粉状复合成孔剂，其细度为320～350m2/kg(比如325m2/kg、330m2/kg、335m2/kg、340m2/kg、345m2/kg)。
此外，本发明还提供了一种轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)生料的制备：
A、废玻璃粉制备：将废弃的建筑玻璃、玻璃容器按分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨制备工序进行处理，得到废玻璃粉，备用；
进一步优选，废玻璃粉制备为将建筑和日常生活中所废弃的建筑玻璃、玻璃容器按分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨制备工序进行处理，其含泥量小于1％，金属片、纸片、木屑含量小于1％，含水率小于1％，细度300～320m2/kg，得废玻璃粉，备用；
B、河道淤泥粉制备：将经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，用球磨机粉磨至一定细度，得河道淤泥粉，备用；
进一步优选，河道淤泥粉制备：将经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，其伊利石矿物的含量大于40％、烧失量小于2.5％，含水率小于1％，用电动球磨机粉磨至320～350m2/kg，得河道淤泥粉，备用；
C、铜尾矿渣粉制备：将废弃的铜尾矿渣按除杂、烘干、球磨制备工序进行处理，得具有一定细度的铜尾矿渣粉，备用；
进一步优选，铜尾矿渣粉制备为将铜矿开采企业废弃的铜尾矿渣按除杂、烘干、球磨制备工序进行处理，其SiO2和A2O3总含量大于35％，烧失量小于0.5％，含水率小于1％，细度300～330m2/kg，得铜尾矿渣粉，备用；
D、成孔剂制备：将煤粉和褐铁矿尾矿粉按一定的重量比进行复配，然后用球磨机粉磨至一定细度，得成孔剂，备用；
进一步优选，成孔剂制备为将市售的煤粉和Fe2O3含量大于35％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶(1.2～1.5)进行复配，然后用电动球磨机粉磨至320～350m2/kg，得成孔剂，备用；
E、计量混磨：将制备好的废玻璃粉、河道淤泥粉、铜尾矿渣粉和成孔剂分别倒入球磨机中混合粉磨至一定细度，得生料。
进一步优选，按以下重量份数：废玻璃粉70～80份、河道淤泥粉15～25份、铜尾矿渣粉4～6份、成孔剂1～2份，分别称取上述各原料倒入电动球磨机中混合粉磨至400～420m2/kg(比如402m2/kg、404m2/kg、406m2/kg、408m2/kg、410m2/kg、412m2/kg、414m2/kg、416m2/kg、418m2/kg)，得生料。
(2)造粒成球
将步骤(1)中所得生料与水按重量比1∶(0.2～0.3)(比如1:0.2、1:0.25、1:0.3)混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为2～3MPa(比如2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa、2.5MPa、2.6MPa、2.7MPa、2.8MPa、2.9MPa)，生料球直径为5～19mm(比如5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm)，随后自然干燥至含水率为6～8％(比如6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％、7.2％、7.4％、7.6％、7.8％)，得生料球。
(3)微波强化焙烧
将步骤(2)中所得生料球送入功率为1000～1500W(比如1100W、1200W、1300W、1400W)的电加热炉中，以80～100℃/h(比如82℃/h、84℃/h、86℃/h、88℃/h、90℃/h、92℃/h、94℃/h、96℃/h、98℃/h)的升温速度升温至800～950℃(比如820℃、840℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃)，随之立即移入微波炉中微波加热80～90s(比如81s、82s、83s、84s、85s、86s、87s、88s、89s)，然后自然冷却至20～25℃(比如21℃、22℃、23℃、24℃)，得半成品；
进一步优选，将上述生料球送入功率为1000～1500W(比如1100W、1200W、1300W、1400W)的智能化控制工业电加热炉中，以100℃/h的升温速度加热至800～950℃，随之立即移入功率为900～1000W(比如920W、940W、960W、980W)的智能化控制工业微波炉中微波加热80～90秒，然后自然冷却至20～25℃，得半成品。
(4)表面强化
将步骤(3)中所得半成品用平板振动筛筛分分级后，移入质量浓度为2～3％(比如2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％)表面强化剂中浸泡30～50min(比如32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、48min、50min)，移出，自然风干至饱和面干，得产品。
进一步优选，表面强化剂为渗透型混凝土表面增强剂。该渗透型混凝土表面增强剂为市售产品。
本发明中的具体实施例中，渗透性混凝土表面增强剂可以为天津正祥科技有限公司祥焕砼Z2混凝土增强剂；奥泰利新技术集团有限公司贵阳渗透型混凝土表面增强剂；北京荣达信新技术有限公司RJ-8混凝土表面增强剂；云南南浆商贸有限公司南浆科技混凝土表面增强剂；北京京沧科技有限公司JTB混凝土增强剂；东莞市瑞纳德建筑材料有限公司瑞纳德混凝土表面增强剂。
综上，本发明中的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法主要包括四个步骤：首先是原料生料的制备，选取建筑和日常生活中所废弃的建筑玻璃或/和玻璃容器、河道淤泥、铜矿开采企业废弃的铜尾矿渣作为主要原料，进行除杂、球磨等一系列的处理，得到具有一定细度的粉料，将成孔剂煤粉和褐铁矿尾矿粉按照一定的重量比进行复配、球磨呈粉状；然后，原料生粉和成孔剂进行混合球磨，得到生料；其次是造粒成球，生粉和水混合后，利用造粒成球机挤出成球，然后干燥得到生料球；再次是微波强化焙烧，先将生料球送入电加热炉中进行加热焙烧，然后再转入微波炉中进行强化焙烧，随后冷却得到半成品；最后将半成品筛分分级后，送入表面强化剂中浸泡处理，提高陶粒的强度。
按照本发明制备方法制备的废玻璃陶粒性能优异，相比于现有技术制造的陶粒具有如下显著特点：
(1)孔隙率大、质轻，堆积密度不大于600kg/m3；(2)筒压强度不低于9.0MPa，强度高；(3)软化系数大于0.9，1h吸水率不大于4％，高耐水、吸水率低、粒型好，且配制的轻集料混凝土耐久性优良；(4)固体废弃物尤其废玻璃的资源化利用和无害化处置率大。这既能有效解决废玻璃等难以处置问题，变废为宝，又能保护生态环境，而且原料来源丰富、成本低、工艺简单。
本发明制备的陶粒性能指标测试值均达到高强轻粗集料国家标准，部分数据甚至大大优于高强轻粗集料国家标准，对比数据见下表1。
表1陶粒性能实测值与高强轻粗集料国家标准对比
由表1中可知，在堆积密度、吸水率和筒压强度方面，本发明制备的废玻璃陶粒性能较为优异，克服了现有技术中制备的固体废弃物陶粒面临的技术问题，本发明的废玻璃陶粒质轻高强，满足轻集料混凝土的生产要求，且吸水率小、耐水性好，会增强陶粒和水泥石界面结合粘结强度，进而提高陶粒混凝土的强度。
实施例1
如图1所示，本发明实施例的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)生料的制备
A、废玻璃粉制备：将建筑所废弃的平板玻璃按分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨制备工序进行处理，其含泥量为0.2％，金属片、纸片、木屑含量为0.1％，含水率为0.1％，细度为320m2/kg，得废玻璃粉，备用；
B、河道淤泥粉制备：将经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，其伊利石矿物的含量为45％、烧失量为1.5％，含水率0.2％，用电动球磨机粉磨至330m2/kg，得河道淤泥粉，备用；
C、铜尾矿渣粉制备：将铜矿开采企业废弃的铜尾矿渣按除杂、烘干、球磨制备工序进行处理，其SiO2和A2O3的总含量为40％，烧失量为0.2％，含水率为0.2％，细度为310m2/kg，得铜尾矿渣粉，备用；
D、成孔剂制备：将市售的煤粉和Fe2O3含量为36％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶1.3进行复配，然后用电动球磨机粉磨至330m2/kg，得成孔剂，备用；
E、计量混磨：按如下重量份数：废玻璃粉80份、河道淤泥粉15份、铜尾矿渣粉4份、成孔剂1份，分别称取上述各原料倒入电动球磨机中混合粉磨至420m2/kg，得生料。
(2)造粒成球
将上述生料与生活用水按重量比1∶0.2混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为2.5MPa，生料球最大粒径为19mm，随后自然干燥至含水率为6％，得生料球。
(3)微波强化焙烧
将上述生料球送入功率为1000W的智能化控制工业电加热炉中，以100℃/h的升温速度加热至900℃，随之立即移入功率为900W的智能化控制工业微波炉中微波加热85秒，然后自然冷却至25℃，得半成品。
(4)表面强化
将上述半成品用平板振动筛筛分分级后，移入质量浓度为3％的表面强化剂中浸泡30分钟，移出，自然风干至饱和面干，得产品。
本实施例步骤(4)中所用的表面强化剂为天津正祥科技有限公司祥焕砼Z2混凝土增强剂。
按照GB/T 17431.1-2010《轻集料及试验方法第1部分：轻集料》以及GB/T17431.2-2010《轻集料及试验方法第2部分：轻集料试验方法》，分别测试了本发明实施例1废玻璃陶粒的相关性能指标，结果见表2和表3，表2为本发明实施例1制备的废玻璃陶粒的颗粒级配，表3为本发明实施例1废玻璃陶粒的其他性能指标。
表2本发明实施例1废玻璃陶粒的颗粒级配
表3为本发明实施例1废玻璃陶粒的其他性能指标
由表2和3可以看出，采用本发明实例1所述的原料和制备工艺可以制备出性能优良的轻质高强废玻璃陶粒，其性能尤其筒压强度、吸水率和软化系数均优于相应的国家标准值。
采用本发明制备的废玻璃陶粒和普通市售页岩陶粒分别制成陶粒混凝土，两种混凝土配方见下表4，并按有关国家标准测试其拌合物30分钟坍落度损失百分比以及硬化混凝土的表观密度、28d抗压强度和氯离子扩散系数，结果见表5。
表4陶粒混凝土配合比
(注：页岩陶粒为普通市售的页岩陶粒，未经表面强化处理，5～20mm连续级配，堆积密度为850.5kg/m3，筒压强度为6.6MPa，强度标号为40号，1h吸水率为9.3，软化系数为0.82，平均粒型系数为1.8)
表5陶粒混凝土性能测试
(备注：A0为现有技术中的陶粒配制的混凝土，A1为本实施例制备的陶粒配制的混凝土)
由表5可见，采用本产品配制的陶粒混凝土(编号为A1)性能优良，本产品对混凝土拌合物的坍落度损失以及硬化混凝土的表观密度、强度和和抗渗性均有显著的改善，说明采用本发明可很好地解决目前固体废弃物陶粒所面临着影响其大规模应用的问题。
实施例2
如图1所示，本发明实施例的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)生料的制备
A、废玻璃粉制备：将日常生活中所废弃的玻璃啤酒瓶按分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨制备工序进行处理，其含泥量为0.1％，金属片、纸片、木屑含量为0.1％，含水率为0.1％，细度为315m2/kg，得废玻璃粉，备用；
B、河道淤泥粉制备：将经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，其伊利石矿物的含量为50％、烧失量为1.8％，含水率0.2％，用电动球磨机粉磨至335m2/kg，得河道淤泥粉，备用；
C、铜尾矿渣粉制备：将铜矿开采企业废弃的铜尾矿渣按除杂、烘干、球磨制备工序进行处理，其SiO2和A2O3的总含量为50％，烧失量为0.1％，含水率为0.5％，细度为330m2/kg，得铜尾矿渣粉，备用；
D、成孔剂制备：将市售的煤粉和Fe2O3含量为40％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶1.5进行复配，然后用电动球磨机粉磨至340m2/kg，得成孔剂，备用；
E、计量混磨：按如下重量份数：废玻璃粉75份、河道淤泥粉17份、铜尾矿渣粉6份、成孔剂2份，分别称取上述各原料倒入电动球磨机中混合粉磨至410m2/kg，得生料。
(2)造粒成球
将上述生料与生活用水按重量比1∶0.3混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为3MPa，生料球最大粒径为18mm，随后自然干燥至含水率为6％，得生料球。
(3)微波强化焙烧
将上述生料球送入功率为1000W的智能化控制工业电加热炉中，以90℃/h的升温速度加热至850℃，随之立即移入功率为900W的智能化控制工业微波炉中微波加热90秒，然后自然冷却至25℃，得半成品。
(4)表面强化
将上述半成品用平板振动筛筛分分级后，移入质量浓度为2.5％的表面强化剂中浸泡35分钟，移出，自然风干至饱和面干，得产品。
本实施例步骤(4)中所用的表面强化剂为奥泰利新技术集团有限公司贵阳渗透型混凝土表面增强剂。
按照GB/T 17431.1-2010《轻集料及试验方法第1部分：轻集料》以及GB/T17431.2-2010《轻集料及试验方法第2部分：轻集料试验方法》，分别测试了本发明实施例2废玻璃陶粒的相关性能指标，结果见表6和表7。
表6本发明实施例2废玻璃陶粒的颗粒级配
表7本发明实施例2废玻璃陶粒的其他性能指标
由表6和7可以看出，采用本发明实例2所述的原料和制备工艺可以制备出性能优良的轻质高强废玻璃陶粒，其性能尤其筒压强度、吸水率和软化系数均优于相应的国家标准值。
按表8所示的配合比制备陶粒混凝土，并按有关国家标准测试其拌合物30分钟坍落度损失百分比以及硬化混凝土的表观密度、28d抗压强度和氯离子扩散系数，结果见表8。
表8陶粒混凝土配合比
(注：页岩陶粒为普通市售的页岩陶粒，未经表面强化处理，5～20mm连续级配，堆积密度为850.5kg/m3，筒压强度为6.6MPa，强度标号为40号，1h吸水率为9.3，软化系数为0.82，平均粒型系数为1.8)
表9陶粒混凝土性能测试
(备注：A0为现有技术中的陶粒配制的混凝土，A2为本实施例制备的陶粒配制的混凝土)
实施例3
如图1所示，本发明实施例的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)生料的制备
A、废玻璃粉制备：将因建筑拆迁所废弃的平板玻璃按分捡、除杂、清洗、晾干、破碎、磁选、球磨制备工序进行处理，其含泥量为0.2％，金属片、纸片、木屑含量为0.1％，含水率为0.1％，细度为320m2/kg，得废玻璃粉，备用；
B、河道淤泥粉制备：将经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，其伊利石矿物的含量为50％、烧失量为1.6％，含水率0.5％，用电动球磨机粉磨至325m2/kg，得河道淤泥粉，备用；
C、铜尾矿渣粉制备：将铜矿开采企业废弃的铜尾矿渣按除杂、烘干、球磨制备工序进行处理，其SiO2和A2O3的总含量为48％，烧失量为0.1％，含水率为0.5％，细度为315m2/kg，得铜尾矿渣粉，备用；
D、成孔剂制备：将市售的煤粉和Fe2O3含量为45％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶1.4进行复配，然后用电动球磨机粉磨至330m2/kg，得成孔剂，备用；
E、计量混磨：按如下重量份数：废玻璃粉78份、河道淤泥粉16份、铜尾矿渣粉4份、成孔剂2份，分别称取上述各原料倒入电动球磨机中混合粉磨至420m2/kg，得生料。
(2)造粒成球
将上述生料与生活用水按重量比1∶0.25混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为2.5MPa，生料球最大粒径为19mm，随后自然干燥至含水率为7％，得生料球。
(3)微波强化焙烧
将上述生料球送入功率为1000W的智能化控制工业电加热炉中，以80℃/h的升温速度加热至900℃，随之立即移入功率为900W的智能化控制工业微波炉中微波加热86秒，然后自然冷却至25℃，得半成品。
(4)表面强化
将上述半成品用平板振动筛筛分分级后，移入质量浓度为2％的表面强化剂中浸泡30分钟，移出，自然风干至饱和面干，得产品。
本实施例步骤(4)中所用的表面强化剂为北京荣达信新技术有限公司RJ-8混凝土表面增强剂。
按照GB/T 17431.1-2010《轻集料及试验方法第1部分：轻集料》以及GB/T17431.2-2010《轻集料及试验方法第2部分：轻集料试验方法》，分别测试了本发明实施例3废玻璃陶粒的相关性能指标，结果见表10和表11。
表10本发明实施例3废玻璃陶粒的颗粒级配
表11本发明实施例3废玻璃陶粒的其他性能指标
由表10和11可以看出，采用本发明实例3所述的原料和制备工艺可以制备出性能优良的轻质高强废玻璃陶粒，其性能尤其筒压强度、吸水率和软化系数均优于相应的国家标准值。
按表12所示的配合比制备陶粒混凝土，并按有关国家标准测试其拌合物30分钟坍落度损失百分比以及硬化混凝土的表观密度、28d抗压强度和氯离子扩散系数，结果见表12。
表12陶粒混凝土配合比
(注：页岩陶粒为普通市售的页岩陶粒，未经表面强化处理，5～20mm连续级配，堆积密度为850.5kg/m3，筒压强度为6.6MPa，强度标号为40号，1h吸水率为9.3，软化系数为0.82，平均粒型系数为1.8)
表13陶粒混凝土性能测试
(备注：A0为现有技术中的陶粒配制的混凝土，A3为本实施例制备的陶粒配制的混凝土)
对比例1
在实施例1的基础上，改变步骤1中的河底淤泥粉份数为0份，其他步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
按照GB/T 17431.1-2010《轻集料及试验方法第1部分：轻集料》以及GB/T17431.2-2010《轻集料及试验方法第2部分：轻集料试验方法》，分别测试了本发明对比例1的相关性能指标，结果见表14。
表14本发明对比例1废玻璃陶粒的其他性能指标
对比例2
在实施例2的基础上，改变步骤3中的移入功率为900W的智能化控制工业微波炉中微波加热0秒，即不在微波炉中进行微波加热，其他步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
按照GB/T 17431.1-2010《轻集料及试验方法第1部分：轻集料》以及GB/T17431.2-2010《轻集料及试验方法第2部分：轻集料试验方法》，分别测试了本发明对比例2的相关性能指标，结果见表15。
表15本发明对比例2废玻璃陶粒的其他性能指标
综上所述，本发明具有如下技术效果：
本发明采用废玻璃等废弃物为主要原料，采用一定的技术手段对原料进行混合、造粒、焙烧和表面强化，最终制得质轻高强的陶粒，孔隙率大、质轻、筒压强度高、软化系数大、高耐水、吸水率低、粒型好，且配制的轻集料混凝土耐久性优良。
本发明的技术方案对固体废弃物尤其废玻璃的资源化利用和无害化处置率大，这既能有效解决废玻璃等难以处置问题，变废为宝，又能保护生态环境，而且原料来源丰富、成本低、工艺简单。
上述有益效果的取得，主要依赖于本发明采用了有别于现有技术不同的技术方案：
(1)与传统成孔剂不同，本发明采用的成孔剂是由煤粉和Fe2O3含量大于35％的褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶(1.2～1.5)复配后粉磨而成的一类粉状复合成孔剂，一方面，煤粉中碳的自燃烧以及褐铁矿尾矿粉中的Fe2O3在煤粉协同作用下燃烧释放出来的CO2等气体，可以保证有充足的膨胀气源使陶粒内形成多孔结构；另一方面，煤粉和褐铁矿尾矿粉中Fe2O3两者的燃烧在温度和时间顺序上有差异，前者燃烧温度低，着火时间点早，后者则反之。采用这两种原材料复配的成孔剂可以保证CO2等膨胀源气体是持续不断的释放而非瞬间释放，即起着时间梯度释放效应，从而保证陶粒形成的孔结构是分布均匀的微小封闭孔结构，而不是分布不均匀的连通大孔结构。
(2)本发明所用的河道淤泥粉和褐铁矿尾矿粉含有大量的Fe、Cu、Cr、F、Zn等元素。这些元素，一方面可起着矿化剂作用，有利于改善陶粒生料的易烧性，降低陶粒烧结温度，同时还可起着离子掺杂作用，提高陶粒晶体形成速度，从而提高陶粒晶体的数量和质量；另一方面，这些元素可在陶粒生料微波焙烧烧结过程中起着微波吸收剂作用，提高微波加热的效率，降低能耗。
(3)与传统高温焙烧技术相比，本发明采用电加热再微波加热相结合的低温焙烧制度，不仅可降低生产能耗和节约能源，并对陶粒晶体质量的提高有利。
(4)本发明采用渗透型混凝土表面增强剂浸泡陶粒，一方面可以封闭陶粒颗粒表面的连通孔，从而降低陶粒的吸水率和提高陶粒的耐水性，还可避免因陶粒吸水过快和过多，从而保证陶料混凝土拌合物坍落度损失不会过大和过快；另一方面通过渗透可以增强陶粒表面釉质层的强度，从而可提高陶粒的强度以及陶粒－水泥石界面的粘结强度，进而提高混凝土的强度和耐久性。
本发明采用的褐铁矿尾矿粉作为成孔剂中的一种原料，保证陶粒成孔的均匀性，其本身含有的大量Fe、Cu、Cr、F、Zn等元素又起着矿化剂作用，降低陶粒烧结温度，同时提高陶粒晶体的数量和质量，增强陶粒晶体的强度，多种作用协同作用，共同提高陶粒的性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (11)

1.一种轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述轻质高强废玻璃陶粒的原料组份包括：废玻璃粉：70～80份，河道淤泥粉：15～25份，铜尾矿渣粉：4～6份，成孔剂：1～2份；所述成孔剂为煤粉和褐铁矿尾矿粉按重量比为1∶(1.2～1.5)进行复配而得；
所述制备方法包括以下步骤：
(1)生料的制备：将制备完成的废玻璃粉、河道淤泥粉、铜尾矿渣粉和成孔剂分别倒入球磨机中混合粉磨至一定细度，得生料；
(2)造粒成球
将步骤(1)中所得生料与水按重量比1∶(0.2～0.3)混合搅拌均匀，然后用造粒成球机挤出成球，挤出成球的挤出压力为2～3MPa，生料球直径为5～19mm，随后自然干燥至含水率为6～8％，得生料球；
(3)微波强化焙烧
将步骤(2)中所得生料球送入功率为1000～1500W的电加热炉中，以80～100℃/h的升温速度升温至800～950℃，随之立即移入微波炉中微波加热80～90秒，然后自然冷却至20～25℃，得半成品；
(4)表面强化
将步骤(3)中所得半成品用平板振动筛筛分分级后，移入表面强化剂中浸泡30～50分钟，移出，自然风干至饱和面干，得产品；所述表面强化剂为渗透型混凝土表面增强剂。
2.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述河道淤泥粉：为经生物降解、脱水、自然风干处理过的河道淤泥，该河道淤泥粉的伊利石矿物的含量大于40％，烧失量小于2.5％，含水率小于1％，用球磨机粉磨至细度为320～350m2/kg的粉料。
3.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述褐铁矿尾矿粉中Fe2O3含量大于35％。
4.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述废玻璃粉的细度为300～320m2/kg。
5.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述废玻璃粉的含泥量小于1％，金属片、纸片、木屑含量小于1％，含水率小于1％。
6.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述铜尾矿渣粉的细度300～330m2/kg。
7.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述铜尾矿渣粉的SiO2和A2O3的总含量大于35％，烧失量小于0.5％，含水率小于1％。
8.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述成孔剂的细度为320～350m2/kg。
9.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，所述表面强化剂的质量浓度为2％～3％。
10.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生料的细度为400～420m2/kg。
11.如权利要求1所述的轻质高强废玻璃陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述微波炉的功率为900～1000W。
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