CN109776064A - 一种干法制备蓄水陶土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法制备蓄水陶土的方法，包括：S1称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，得到成品粉体；S2将步骤S1中的成品粉体制成球形胚料，将球形胚料干燥至含水量低于10%待用；S3主燃烧，将脱水后的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，于800‑850℃条件下烧制成准熟料；S4铁燃烧，将准熟料置于富氧环境中，在800‑850℃条件下烧制成熟料；S5辅助燃烧，将熟料置于富氧环境中，将温度逐渐由800℃降至400℃得到成品。该方法还能将主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧产生的高温气体用于对球形胚料进行干燥脱水，具有明显节能效果。

Description

一种干法制备蓄水陶土的方法

技术领域

本发明涉及陶质蓄水材料及低温陶（低于1000℃）生产领域，特别是一种能够连续生产的干法制备蓄水陶土的方法。

背景技术

随着城市建设的快速发展，水资源需求日益增长，市场对具有高吸水和缓释水性能材料的需求也不断增强。近年来，吸水树脂由于其能够吸收大于自身数十倍甚至数百倍的水分，受到了人们的广泛关注，但是由于其在自然条件下易于降解，不利于长期使用，更无法实现重复使用，限制了进一步推广。

蓄水陶土是一种新型泡沫状陶质材料，具有在饱和含水或干燥状态下稳定的物理形态、物理强度的新型陶质材料。蓄水陶土有望成为建设下沉式潜水绿地、城市立体花卉与家庭栽培、环境保护、土壤改良等多个领域中广泛应用的基础材料，是当前国内海绵城市建设的优选材料，有着巨大的市场前景。

本发明的发明人于2003年分别申请了《蓄水发泡陶土及其制备方法 》的发明专利，发明专利号：ZL03128340.3；以及《柱状蓄水多孔发泡陶土块 》的实用新型专利，专利号为：ZL 03255144.4，且上述两篇专利分别于2004年被获准公开并授权。上述两篇专利主要通过立窑、旋转窑或滚道窑在800-1200℃条件下烧结制备陶土，制作过程能耗高，成本相对较大。最重要的是，上述两篇专利公开的技术方案中，原料土壤需经过分筛、配料、加水、陈化、搅拌、升温、发泡、烘干等多道工序，且所得胚料含水率高达36%左右，产品形态商品化程度相对较低。而本专利主要在上述两篇专利的基础上对蓄水陶土烧结工艺作了进一步改进，利用本发明所述的方法制备蓄水陶土，烧成温度只需要控制在800-850℃之间即可，烧成时间为15-30分钟，大大降低了能耗，节省了蓄水陶土的烧结成本。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种干法制备蓄水陶土的方法，该方法拼弃了分筛、加水、搅拌、陈化、烘干等多道土壤加工工序，直接将市售的土壤晒干或烘干至含水量2-3%以下，并将破碎至小于2mm以下的细碎土壤粗料与发泡剂、保气剂混合，混合后的物料经雷蒙磨磨混成80-200目的成品粉体，再通过造粒机用水或含其他添加剂的水溶液作为连接剂制成带有微型泡孔的球粒（含水量在19%左右）。最重要的是，该制备方法将蓄水陶土的烧结过程分为主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧三个过程。所述主燃烧将球形胚料升温至800-850℃之间的准熟料，使球形胚料发生固相反应生成莫来石针状雏晶结构，同时由天然气燃烧后生成的气态碳将三价铁离子还原成亚铁离子，该反应为吸热反应会产生大量一氧化碳气体。所述铁燃烧通过将准熟料置于氧化环境中，再次将亚铁离子氧化成三价铁离子，该反应为放热反应，放出的热量利于准熟料的保温，很大程度减少了能源消耗。所述辅助燃烧为熟料提供了新鲜富氧空气，进而使得到的成品表面生成大量三价铁离子，赋予成品表面鲜亮的砖红色。上述主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧产生的高温气体可用于对球形胚料干燥脱水，提高了球形胚料的干燥速率，具有非常明显的节能效果。

一种干法制备蓄水陶土的方法，包括如下步骤：

S1、混料，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，混磨得到80-200目的成品粉体；

S2、造粒，将步骤S1中的成品粉体通过造粒设备制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量低于10%后待用；

S3、主燃烧，将经过干燥脱水的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，逐渐升温至800-850℃条件下烧制得到准熟料；

S4、铁燃烧，将步骤S3中的准熟料置于富氧环境中，维持温度在800-850℃之间，烧制15-30分钟后得到熟料；

S5、辅助燃烧，将步骤S4中的熟料置于富氧环境中，并将温度逐渐由800℃降至400℃得到成品，整个降温过程持续时间为20-40分钟。

进一步的，步骤S1中，所述天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重量百分比为47.5-49.25：0.25-2.5：0.5-1.0，所述天然土壤中全铁含量为10-15wt%，所述全铁包括3价铁和2价铁。

进一步的，步骤S1中，所述成品粉体中还含有煤粉，所述煤粉为成品粉体总重量的7%-9%。

进一步的，所述步骤S3、步骤S4及步骤S5均通过燃烧天然气达到升温目的，天然气燃烧后生成的高温气体用于对步骤S2中的球形胚料进行干燥脱水。

进一步的，所述步骤S2与步骤S3之间还包括筛选步骤：

通过圆筒筛分机筛选，对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料。

进一步的，所述球形胚料的粒径为10-20mm。

进一步的，所述天然土壤为红土或黄土，所述天然土壤的的粒度小于或等于2mm。

进一步的，所述发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢氨、双氧水、碳化钙、过氧乙酸、有机发泡剂中的任意一种或任意两种以上的混合。

进一步的，当所述发泡剂为有机发泡剂或包含有机发泡剂时，所述有机发泡剂为AC发泡剂或DPT发泡剂。

进一步的，所述保气剂为聚乙烯醇或明矾。

本发明主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧是在专门用于烧制蓄水陶土的节能型多功能低温烧结机中完成，所述低温烧结机的燃烧室自上而下依次设有主燃烧段、铁燃烧段及辅助燃烧段。主燃烧段顶部采取倒吸排气方式使球形胚料处于负压环境，铁燃烧段采用空压机强制供氧使准熟料处于富氧环境，辅助燃烧段采用鼓风机提供大量新鲜富氧空气，使熟料置于富氧环境，整个低温烧结机运行过程安全。烧结过程所用燃料为商品天然气，排出废气为二氧化碳气和水蒸气，无有毒气体或恶臭气体排放，生产过程对周边环境无损害，符合国家工业废气排放标准。

本发明所起到的有益技术效果如下：

与现有技术相比较，本发明公开了一种干法制备蓄水陶土的方法，该制备方法将蓄水陶土的烧结过程分为主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧三个工序。主燃烧将球形胚料升温使其发生固相反应生成莫来石针状雏晶结构，同时由燃烧生成的气态二氧化碳将三价铁离子还原成亚铁离子，主燃烧过程会产生大量一氧化碳气体。铁燃烧将准熟料置于富氧环境，铁燃烧将亚铁离子氧化成三价铁离子，该反应为放热反应，利于准熟料的保温，很大程度减少了能源消耗。辅助燃烧的设置实现了合理的降温梯度，且其提供的富氧空气，保证成品表面大量三价铁离子的生成，赋予表面鲜亮的颜色。主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧产生的高温气体均可用于对球形胚料进行干燥脱水，脱水后的球形胚料含水率低于10%，不仅提高了球形胚料的干燥速率，还具有明显的节能效果，利于实现蓄水陶土的连续化生产。

附图说明

图1为本发明竖式梯度低温烧结机的整体结构示意图。

图2为本发明A的局部放大图。

附图标记：

100-进料仓，110-接料盘，120-布料锥，130-外壳体，140-螺钉，200-燃烧腔，210-主燃烧段，211-上燃烧室，212-燃烧嘴，220-铁燃烧段，230-辅助燃烧段，231-下燃烧室，300-筒体，310-外配风孔，320-筒壁，321-耐火砖层，322-内保温层，323-内筒体，324-外保温层，325-外筒体，400-内芯管，410-内配风腔，411-内配风孔，412-配风管，420-抽风装置，421-引风管，422-引风机，500-落料斗，510-出料口，511-开关组件，520-落料管，530-多孔壁，531-通孔，540-炉桥，550-进风管，600-支撑架。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1：

本实施例提供了一种干法制备蓄水陶土的方法，具体包括如下步骤：

S1、混料，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，经过雷蒙机磨混得到80-200目的成品粉体，所述成品粉体中天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重量百分比为47.5：0.25：0.5；

S2、造粒，将步骤S1中的成品粉体通过造粒设备制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量为9%后，密封保存待用；采用球形胚料可以最有效地保障烧结机内球粒间最佳空气流通水平，使每一个胚料颗粒都能得到均匀的烧结。

S3、筛选，通过圆筒筛分机对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料，所述球形胚料的粒径分布在10-20mm之间；

S4、主燃烧，将粒径大小均一的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，逐渐升温至850℃条件下烧制得到准熟料；在主燃烧过程中，球形胚料的温度由0℃升至800℃的过程只是单纯升温，当温度超过800℃后球形胚料开始发生固相反应生成具有莫来石针状雏晶的准熟料，具体反应方程式如下：

该反应吸热导致大量一氧化碳气体进入排出的高温烟气之中；

S5、铁燃烧，将步骤S4中的准熟料置于富氧环境中，稳定温度在800-850℃，进一步将准熟料烧制成熟料，烧制时间为25分钟，利于球形胚料的中心被烧透；在铁燃烧过程中，采取强制供氧，使胚料中刚被还原生成的二价铁离子再次氧化形成三价铁离子并放出大量热，具体反应方程式如下：

该反应过程放出的热量能够保持胚料温度稳定，故此本段名为铁燃烧，具有明显的节能效果。

S6、辅助燃烧，将步骤S5中的熟料置于富氧环境中，再将温度逐渐降至400℃条件下，烧制得到成品，烧制时间为30分钟。在辅助燃烧过程需保证合理的降温梯度，避免温度剧烈变化对成品结构造成损坏。辅助燃烧过程始终处于充分的氧化环境，尽可能多的在胚料表面形成三价铁离子，以保证产品表面具有鲜亮的砖红色，增加商品的品相。

其中，所述步骤S4、步骤S5及步骤S6均通过燃烧天然气达到升温目的，天然气燃烧后生成的高温气体用于对步骤S2中的球形胚料进行干燥脱水。脱水时间由球形胚料的含水率而定。

上述天然土壤选用红土，所述天然土壤是粒度为2mm细碎土壤，所述天然土壤中全铁含量为10wt%，所述全铁含量包括3价铁和2价铁。所述硅铝比调配剂与天壤土壤的重量比为1:5。所述发泡剂为碳酸氢钠与碳酸氢氨的混合物，两者质量比为1:1。所述保气剂为聚乙烯醇。

本实施例得到的蓄水陶土的颜色为砖红色，蓄水陶土为含有若干微气孔的球形体，球形体含有的孔隙率高达95%，球形体内的气孔直径分布集中，主要分布在0.5-1.5mm之间，气孔形状为不规则多边形，80%以上的气孔为开气孔，各气孔的壁厚接近0.5mm，相邻气孔孔壁交会处无明显增大现象。本实施例制得的蓄水陶土体积吸水率高达128%（重量百分比），抗压强度为1.2Mpa。

实施例2：

本实施例提供了一种干法制备蓄水陶土的方法，具体包括如下步骤：

S1、混料，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，经过雷蒙机磨混得到80-200目的成品粉体，所述成品粉体中天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重量百分比为48：1.5：0.7；

S2、造粒，将步骤S1中的成品粉体通过造粒设备制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量为10%后，密封保存待用；

S3、筛选，通过圆筒筛分机对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料，所述球形胚料的粒径分布在10-20mm之间；

S4、主燃烧，将粒径大小均一的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，逐渐升温至830℃条件下烧制得到准熟料；在主燃烧过程中，当球形胚料的温度达到800℃时球形胚料开始发生固相反应生成具有莫来石针状雏晶的准熟料，具体反应方程式如下：

该反应吸热导致大量一氧化碳气体进入排出的高温烟气之中；

S5、铁燃烧，将步骤S4中的准熟料置于富氧环境中，稳定温度在800-830℃条件下，进一步将准熟料烧制成熟料，烧制时间为30分钟，利于球形胚料的中心被烧透；在铁燃烧过程中，采取强制供氧，使胚料中刚被还原生成的二价铁离子再次氧化形成三价铁离子并放出大量热，具体反应方程式如下：

该反应过程放出的热量能够保持胚料温度稳定，具有明显的节能效果。

S6、辅助燃烧，将步骤S5中的熟料置于富氧环境中，使烧结温度逐渐将至400℃条件下，烧制得到成品，烧制时间为20分钟。在辅助燃烧过程需保证合理的降温梯度，避免温度剧烈变化对成品结构造成损坏。

其中，所述步骤S4、步骤S5及步骤S6均通过燃烧天然气达到升温目的，天然气燃烧后生成的高温气体用于对步骤S2中的球形胚料进行干燥脱水。脱水时间由球形胚料的含水率而定。

上述天然土壤为黄土，所述天然土壤是粒度为1.8mm的细碎土壤，所述天然土壤中全铁含量为12wt%，所述全铁含量包括3价铁和2价铁。所述硅铝比调配剂与天壤土壤的重量比为1.5:8。所述发泡剂为过氧乙酸和有机发泡剂的混合物，两者质量比为1:1。所述有机发泡剂为AC发泡剂。所述保气剂选用明矾。

本实施例得到的蓄水陶土的颜色为砖红色，蓄水陶土为含有若干微气孔的球形体，球形体含有的孔隙率高达92%，球形体内的气孔直径分布集中，主要分布在0.3-1.4mm之间，气孔形状为不规则多边形，只有少数为圆形，80%以上的气孔为开气孔，各气孔的壁厚接近0.6mm，少数相邻气孔孔壁交会处出现有明显增大现象。本实施例制得的蓄水陶土体积吸水率高达110%（重量百分比），抗压强度为0.9Mpa。

实施例3：

本实施例提供了一种干法制备蓄水陶土的方法，具体包括如下步骤：

S1、混料，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，经过雷蒙机磨混得到80-200目的成品粉体，所述成品粉体中天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的质量百分比为49.25：2.5：1.0；

S2、造粒，将步骤S1中的成品粉体通过造粒设备制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量低于8%后，密封保存待用；

S3、筛选，通过圆筒筛分机对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料，所述球形胚料的粒径分布在10-20mm之间；

S4、主燃烧，将粒径大小均一的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，逐渐升温至850℃条件下烧制得到准熟料；在主燃烧过程中，球形胚料的温度由0℃升至800℃的过程只是单纯升温，当温度达到800℃后球形胚料开始发生固相反应生成具有莫来石针状雏晶结构的准熟料，具体反应方程式如下：

该反应吸热导致大量一氧化碳气体进入排出的高温烟气之中；

S5、铁燃烧，将步骤S4中的准熟料置于富氧环境中，稳定温度在800-850℃，进一步将准熟料烧制成熟料，烧制时间为15分钟，利于球形胚料的中心被烧透；在铁燃烧过程中，采取强制供氧，使胚料中刚被还原生成的二价铁离子再次氧化形成三价铁离子并放出大量热，具体反应方程式如下：

该反应过程放出的热量能够保持胚料温度稳定，具有明显的节能效果。

S6、辅助燃烧，将步骤S5中的熟料置于富氧环境中，使烧结温度逐渐将至400℃条件下，烧制得到成品，烧制时间为40分钟。在辅助燃烧过程需保证合理的降温梯度，避免温度剧烈变化对成品结构造成损坏。

其中，所述步骤S4、步骤S5及步骤S6均通过燃烧天然气达到升温目的，天然气燃烧后生成的高温气体用于对步骤S2中的球形胚料进行干燥脱水。脱水时间由球形胚料的含水率而定。

上述天然土壤为红土，所述天然土壤是粒度为1.9mm的细碎土壤，所述天然土壤中全铁含量为14wt%，所述全铁含量包括3价铁和2价铁。所述硅铝比调配剂与天壤土壤的重量比为3:11。所述发泡剂为碳化钙。所述保气剂为聚乙烯醇。

本实施例得到的蓄水陶土的颜色为砖红色，蓄水陶土为含有若干气孔的球形体，球形体含有的孔隙率高达93%，球形体内的气孔直径分布集中，主要分布在0.5-1.4mm之间，气孔形状为不规则多边形，少数为圆形，80%以上的气孔为开气孔，各气孔的壁厚接近0.5mm，相邻气孔孔壁交会处没有出现明显增大现象。本实施例制得的蓄水陶土体积吸水率高达115%（重量百分比），抗压强度为1.0Mpa。

实施例4：

本实施例提供了一种干法制备蓄水陶土的方法，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例拟采用专门用于烧制蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机完成蓄水陶土的主燃烧、铁燃烧及辅助燃烧过程，竖式梯度低温烧结机具体结构如图1所示。

所述低温烧结机包括筒体300及设置在筒体300内部的内芯管400，内芯管400顶部为敞口结构，底部连有抽风装置420。内芯管400与筒体300之间形成燃烧腔200。筒体300顶部设有进料仓100，进料仓100的进料口设置在筒体300与内芯管400之间，即进料仓100内的胚料通过进料口进入燃烧腔200。内芯管400的顶部与进料仓100的底部之间设有引流风道，燃烧腔200内的高温烟尘在抽风装置420的作用下经过引流风道转移出筒体300。所述抽风装置420包括引风机422，引风机422通过引风管421与内芯管400相连。

所述进料仓100包括呈圆柱状的外壳体130及呈圆锥状的布料锥120，布料锥120由不锈钢板制成。布料锥120设置在外壳体130内，外壳体130与布料锥120之间形成环形预热区，环形预热区用于对胚料进行初步预热升温。环形预热区的下方设有进料口。外壳体130的外壁与筒体300通过螺钉140固定连接，所述外壳体130顶部设有接料盘110，所述接料盘110为倒截锥型。

所述筒体300是由多层结构的筒壁320形成的中空筒状，所述筒体300的筒壁320由内至外依次包括耐火砖层321、内保温层322、内筒体323、外保温层324及外筒体325。所述内筒体323和外筒体325由金属材料制成，所述内保温层322与外保温层324为耐火棉，具体如图2所示。筒体300的这种特殊结构增强了保温效果，使筒壁外表面的温度不高于200℃。所述筒体300下部设有支撑架600，筒体300与内芯管400均固定设置在支撑架600上，且所述筒体300与内芯管400同轴设置。

所述筒体300底部设有落料斗500，所述落料斗500配设鼓风机构，落料斗500的一端设有出料口510，另一端通过落料管520与燃烧腔200相连。所述落料管520在与落料斗500相对应一端设有两个炉桥540，所述炉桥540为栅栏结构，所述炉桥540配设有驱动装置，驱动装置用于驱动炉桥540作水平抽插移动，实现对落料速度和出料量的控制。燃烧腔200内烧结形成的陶土产品在炉桥540的作用下以固定速度进入落料斗500，进一步由出料口510排出筒体300外。本实施例中，所述落料斗500为喇叭状，落料斗500的窄部设有出料口510，出料口510配设有开关组件511。落料斗500的宽部通过落料管520与燃烧腔200相连通。落料斗500内部设有多孔壁530，多孔壁530设有若干均匀分布的通孔531。通孔531直径为4-6mm，优选5mm。所述多孔壁530与落料斗500形状相匹配，均为喇叭状。多孔壁530的上边缘与落料斗500的上边缘无缝连接，形成上封口；多孔壁530的下边缘与落料斗500的下边缘通过法兰封口连接形成下封口。多孔壁530与落料斗500之间设有8-10mm的间距。落料斗500在与出料口510相对应一端设有进风管550，进风管550一端与落料斗500相连，另一端与鼓风机构相连。鼓风机构用于将新鲜空气通过进风管550引入落料斗500，进入落料斗500的新鲜空气会穿过通孔531与高温陶土产品相接触。由于存在温差，新鲜空气会与高温陶土产品发生热交换，新鲜空气进一步到达燃烧腔200，实现对燃烧腔200内胚料的二次热交换，而在落料斗500内的胚料经过热交换后温度基本可以降至200℃左右，降温后的产品从出料口510排出。

所述燃烧腔200由上至下依次设有主燃烧段210、铁燃烧段220及辅助燃烧段230。主燃烧段210沿筒体轴向的长度为1.5-2m，优选1.8m，烧结温度为800-850℃。所述铁燃烧段220沿筒体轴向的长度为2-2.5m，优选2.3m，烧结温度为800-850℃。所述辅助燃烧段230沿筒体轴向的长度为1.5-2m，选优1.8m，辅助燃烧段的温度为400-800℃。所述筒体300在与主燃烧段210相对应位置设有6个上燃烧室211，所述筒体300在与辅助燃烧段230相对应位置设有4个下燃烧室231。所述上燃烧室211与下燃烧室231均沿筒体300圆周方向等距分布，相邻两个燃烧室可上下错位20-30cm。各燃烧室内配设有与天然气管道相连的燃烧嘴212以及防止胚料进入燃烧室的导料檐。所述筒体300在与铁燃烧段220相对应的位置设有外配风孔310，所述内芯管400在与铁燃烧段220相对应的位置设有内配风孔411，内配风孔411与设置在内芯管400中的内配风腔410连通。所述内配风腔410设有用于输送空气的配风管412，所述配风管412与压缩空气站连通。

内芯管400底部连有的抽风装置420通过倒吸排气方式将主燃烧段210内的气体通过内芯管400抽出筒体300外，使主燃烧段210形成负压状态。胚料由接料盘110进入进料仓100后，在布料锥120的引导下到达进料口，并通过进料口进入处于负压状态的主燃烧段210。此时，上燃烧室211内的燃烧嘴212燃烧天然气对主燃烧段210进行升温，使主燃烧段210内的胚料温度升温至800-850℃之间。位于主燃烧段210内的胚料在0-800℃期间单纯只是升温，但当温度超过800℃后胚料开始发生固相反应生成莫来石的针状雏晶。同时，天然气燃烧后生成的游离状态的气态Cg将吸夺胚料中的3价铁离子里的1个氧离子，生成一个氧化亚铁和一个CO分子，具体反应式可简述如下：

此反应为还原反应，将吸收大量热量，产生的一氧化碳气体进入内芯管排出的烟尘中。

经过主燃烧段210烧结的胚料进入铁燃烧段220后，内配风孔411和外配风孔310为铁燃烧段220的胚料提供了大量新鲜空气，新鲜空气中含有的氧气会将胚料中二价铁离子氧化重新生成三价铁离子，并放出大量热能，氧化反应式可简述如下：

该氧化反应放出的热量使得铁燃烧段220的温度稳定维持在800-850℃左右，无需燃烧任何燃料，大大降低了陶土烧结过程的能耗，减少了高污染烟尘的产生。

经过铁燃烧段220烧结的胚料进入辅助燃烧段230后，位于筒体300上的下燃烧室231会通过燃烧天然气为辅助燃烧段230提供适量热量；同时，从落料斗500内部流通进来的温度相对较低的新鲜空气会与辅助燃烧段230内的胚料进行热交换，带走部分热量。通过控制热交换的速率以及下燃烧室231提供的热量，可以保证辅助燃烧段230内的胚料具有一个合理的降温梯度，使辅助燃烧段230内的胚料温度由800℃逐渐降至400℃。在辅助燃烧段230内，由于从落料斗500内部流通进来大量的新鲜空气，使得胚料表面形成了大量的三价铁离子，有效保证了产品表面鲜亮的砖红色，利于增加商品的品相。

基于上述结构的竖式梯度低温烧结机制备蓄水陶土的方法包括如下步骤：

S1、含煤粉的成品粉体的制备，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂及煤粉混合均匀，经磨混得到80-200目的成品粉体。所述成品粉体中天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重量百分比为48：1.0：0.8，所述煤粉占成品粉体总质量的8%。天然土壤选用广东博罗县公庄镇及其周边地区所产商品土壤粉，天然土壤的的粒度为1.8mm，所述天然土壤中全铁含量为12.5wt%，全铁含量包括3价铁和2价铁。所述硅铝比调配剂与天壤土壤的重量比为1:9。发泡剂选用碳化钙。保气剂选用聚乙烯醇。

天然土壤和硅铝比调配剂的混合物先由粉体灌装车粉体泵输送进入50 m³的第一料仓，发泡剂和保气剂按1.25:1的重量比混合后由搅拌机搅拌均匀后装入第二料仓，煤粉装入第三料仓，发泡剂和保气剂的混合物以及煤粉分别经过PLC配料计量系统输送至89-2000-0变频配料给料机。同时天然土壤和硅铝比调配剂的混合物经第一料仓底部的螺旋刮刀也送入89-2000-0变频配料给料机。发泡剂和保气剂的混合物、煤粉及天然土壤和硅铝比调配剂的混合物在89-2000-0变频配料给料机的输送皮带上连续叠料后，由89-2000-0变频配料给料机一并传输至3R-2615磨粉混料机进行混料，得到成品粉体。

S2、含煤粉的球形胚料的制备，将步骤S1中经过混料处理的成品粉体制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量为9%后，密封保存待用。具体的，由3R-2615磨粉混料机输出的成品粉体经过螺旋输送机传输至QPY2200圆盘造粒机，由QPY2200圆盘造粒机完成球形胚料的制备。在制备球形胚料的过程中，可根据粒径要求调整圆盘倾角为52度左右，即可得到粒径均一的球形胚料。球形胚料制备过程需要及时开启空压机 输入压缩空气，使注入造粒机的水成雾状喷出，进而得到形状规则的球形胚料。QPY2200圆盘造粒机溢出的球形胚料经过6580板链烘干机输出，并由操作人员将此含煤粉的球形胚料摊放在车间，自然干燥待用。

S3、含煤粉球形胚料的筛选，通过圆筒筛分机对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，进一步得到粒径为10-20mm的含煤粉球形胚料；

S4、低温烧结机的预热，将自然风干后的含煤粉球形胚料装填至竖式梯度低温烧结机的燃烧腔200，然后在下部辅助燃烧段230点火，待辅助燃烧段230中的胚料温度达到800℃时，启动鼓风机构从烧结机底部送入新鲜空气，自下而上点燃燃烧腔200内的含煤粉球形胚料。与此同时，点火主燃烧段210，加快烧结机整体升温速度。 一旦烧结机内整体温度达到800℃时，便可为铁燃烧段220强制供氧。在该过程中需根据烧结机温度适当调节辅助燃烧段230天然气的供气量，保证烧结机中下部温度在800℃-400℃之间出现合理降温梯度。随后开启抽风装置422，将烧结机排出的高温烟气通过引风管421送达6580板链烘干机，利用烟气余热预热6580板链烘干机，直至6580板链烘干机温度达到150℃为止。

S5、不含煤粉的成品粉体的制备，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，得到成品粉体。所述成品粉体中天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重点百分比为48：1.0：0.8。在该步骤中，天然土壤和硅铝比调配剂的混合物先由粉体灌装车粉体泵输送进入第一料仓，发泡剂装入第二料仓，保气剂装入第三料仓。发泡剂和保气剂分别经过PLC配料计量系统输送至89-2000-0变频配料给料机，同时天然土壤和硅铝比调配剂的混合物经第一料仓底部的螺旋刮刀也送入89-2000-0变频配料给料机。发泡剂、保气剂及天然土壤和硅铝比调配剂的混合物在89-2000-0变频配料给料机的输送皮带上连续叠料后，由89-2000-0变频配料给料机一并传输至3R-2615磨粉混料机进行混料，得到成品粉体。

S6、不含煤粉的球形胚料的制备，将步骤S5中经过混料处理的成品粉体制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量为9%后，密封保存待用；本实施例中，由3R-2615磨粉混料机输出的成品粉体经过螺旋输送机传输至QPY2200圆盘造粒机，由QPY2200圆盘造粒机完成球形胚料的制备，得到形状规则的球形胚料。QPY2200圆盘造粒机溢出的球形胚料落至6580板链烘干机。6580板链烘干机通过引入烧结机排出的高温热气对位于其上的不含煤粉的球形胚料进行干燥脱水，直至含水量为9%。

S7、不含煤粉的球形胚料的筛选，通过圆筒筛分机对步骤S6中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料，所述球形胚料的粒径分布在10-20mm之间；

S8、蓄水陶土的烧结，将步骤S7中筛选出的不含煤粉球形胚料填装至竖式梯度低温烧结机的燃烧腔200，不含煤粉球形胚料在重力作用下依次经过主燃烧段210、铁燃烧段220及辅助燃烧段230。其中，主燃烧段210温度控制在800-850℃，铁燃烧段220温度稳定在800-850℃，而辅助燃烧段230的温度逐渐由800℃降至400℃，形成稳定的温度梯度。经过主燃烧段210、铁燃烧段220及辅助燃烧段230烧结得到的蓄水陶土成品经落料斗500排出，经过冷却后转移至成品库房待用。蓄水陶土烧结过程通过燃烧天然气完成，天然气燃烧生成的高温气体持续输送至6580板链烘干机，用于为球形胚料进行干燥脱水。

本实施例得到的蓄水陶土颜色为砖红色，蓄水陶土为含有若干气孔的球形体，球形体含有的孔隙率达87%，球形体内的气孔直径分布集中，主要分布在0.7-1.3mm之间，气孔形状为不规则多边形，80%以上的气孔为开气孔，各气孔的壁厚接近0.4mm，相邻气孔孔壁交会处没有出现明显增大现象。本实施例制得的蓄水陶土体积吸水率高达108%（重量百分比），抗压强度为0.9Mpa。

通过上述方法制备得到的蓄水陶土不仅在铁燃烧过程利用将亚铁离子氧化成三价铁离子放热实现保温，更重要的是，将主燃烧、铁燃烧及辅助烧结过程产生的高温气体用于对球形胚料进行干燥脱水，提高了球形胚料的干燥速率，达到了明显的节能效果。而且烧结机燃烧所用燃料为商品天然气，排出废气为二氧化碳气和水蒸气，无有毒气体或恶臭气体排放，生产过程对周边环境无损害，符合国家工业废气排放标准，利于蓄水陶土连续化生产的推广。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、混料，称取适量天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂搅拌均匀，混磨得到80-200目的成品粉体；

S2、造粒，将步骤S1中的成品粉体通过造粒设备制成球形胚料，对球形胚料干燥至含水量低于10%后待用；

S3、主燃烧，将经过干燥脱水的球形胚料置于连续生产蓄水陶土的竖式梯度低温烧结机内，在负压环境中，逐渐升温至800-850℃条件下烧制得到准熟料；

S4、铁燃烧，将步骤S3中的准熟料置于富氧环境中，维持温度在800-850℃之间，烧制15-30分钟后得到熟料；

S5、辅助燃烧，将步骤S4中的熟料置于富氧环境中，并将温度逐渐由800℃降至400℃得到成品，整个降温过程持续时间为20-40分钟。

2.如权利要求1所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，步骤S1中，所述天然土壤和硅铝比调配剂的混合物、发泡剂、保气剂的重量百分比为47.5-49.25：0.25-2.5：0.5-1.0，所述天然土壤中全铁含量为10-15wt%，所述全铁包括3价铁和2价铁。

3.如权利要求2所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，步骤S1中，所述成品粉体中还含有煤粉，所述煤粉为成品粉体总重量的7%-9%。

4.如权利要求1或3所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述步骤S3、步骤S4及步骤S5均通过燃烧天然气达到升温目的，天然气燃烧后生成的高温气体用于对步骤S2中的球形胚料进行干燥脱水。

5.如权利要求1所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述步骤S2与步骤S3之间还包括筛选步骤：

通过圆筒筛分机筛选，对步骤S2中干燥后的球形胚料进行筛选，得到粒径大小均一的球形胚料。

6.如权利要求5所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述球形胚料的粒径为10-20mm。

7.如权利要求1所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述天然土壤为红土或黄土，所述天然土壤的的粒度小于或等于2mm。

8.如权利要求1所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢氨、双氧水、碳化钙、过氧乙酸、有机发泡剂中的任意一种或任意两种以上的混合。

9.如权利要求8所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，当所述发泡剂为有机发泡剂或包含有机发泡剂时，所述有机发泡剂为AC发泡剂或DPT发泡剂。

10.如权利要求1所述一种干法制备蓄水陶土的方法，其特征在于，所述保气剂为聚乙烯醇或明矾。