CN110117193B - 疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用 - Google Patents

疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用。所述的方法包括以下步骤：原料配料并造粒，得第一颗粒；将第一颗粒预烧结，得第二颗粒；在第二颗粒表面包覆疏水功能层，得第三颗粒；将第三颗粒煅烧，降温至400℃以下，取出、自然冷却，得疏水性陶粒轻集料；所述的原料包括固体废物，其选自垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣或铝厂废渣中的至少一种；以质量百分含量计，所述的固体废物的含量≥40％。所述的方法能更多更有效地消化垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等新兴固体废物，同时又提高了陶粒轻集料的疏水性和隔声功能，具有非常好的发展前景，从而更加适于实用。

Description

疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒 轻集料及其应用
技术领域
本发明属于建材制造领域，特别涉及一种利用新兴固体废物制备疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用。
背景技术
陶粒轻集料是一种人造轻骨料，通过物料高温煅烧，经膨化形成蜂窝状结构，具有强度及坚硬度，因而常用来取代混凝土中的卵石和碎石。然而，通常的陶粒轻集料具有较大的吸水性能，这显著区别于普通砂石骨料。由于陶粒轻集料的吸水性导致了轻集料混凝土发生分层离析和坍落度损失过大，增大混凝土的收缩，进而降低轻集料混凝土的强度、保温、隔热等性能。
同时，很多地区已严格禁止黏土、页岩、黄土等陶粒轻集料常用原材料的开挖，造成传统陶粒轻集料生产企业面临原材料、燃料等价格快速提高，也面临环境保护的重担。因此，陶粒轻集料生产企业纷纷充分利用国家利废优惠，通过优化产品性能、降低生产成本、拓展应用范围。
随着冶金行业、能源行业等领域新技术，如煤化工等技术和新产业的兴起，垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等逐渐成为新兴的固体废物。如果不将其合理处理或利用而进行丢弃填埋处理，无疑将引起新的环境污染隐患。据调查，每年将产生2500万吨垃圾焚烧灰渣、2000万吨锰渣、2500万吨气化渣。目前这些固体废物资源化利用率仅在10％左右，与国家要求的“无废城市”相比还有很大差距。随着资源的日趋紧缺，实现固体废物的高效创新性再利用，是大力推进生态保护和新产业应用的必然选择。
基于以上情况，那么如何在陶粒生产中尽可能多地利用各种固体废物，如何有效地消化垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物，同时又能制造出一种高疏水性的陶粒轻集料，则会同时解决以上的技术问题，具有非常好的发展前景。
发明内容
本发明的第一个目的在于提出一种利用新兴固体废物制造疏水性陶粒轻集料的制备方法。所解决的技术问题是能够更多更有效地消化垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物，同时又提高了陶粒轻集料的疏水性和隔声功能，具有非常好的发展前景，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种疏水性陶粒轻集料的制备方法，其包括以下步骤：
1)原料配料并造粒，得第一颗粒；
2)将第一颗粒预烧结，得第二颗粒；
3)在第二颗粒表面包覆疏水功能层，得第三颗粒；
4)将第三颗粒煅烧，降温至400℃以下，取出、自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的步骤2)所述的预烧结的步骤如下：自室温升温至100℃～200℃，保温10min～120min；然后升温至700～950℃，保温10min～120min；自然冷却至室温，得第二颗粒。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中步骤3)所述的包覆疏水功能层的步骤如下：
将第二颗粒置于滴水漏筛装置中，再将第二颗粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为10％～20％的预处理液中，浸泡3s～30s，取出,迅速将浸泡后的第二颗粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹第二颗粒的表面，得粒径为2mm～6mm的一次包覆的陶粒；
将一次包覆的陶粒置于滴水漏筛装置中，再将一次包覆的陶粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为5％～10％的预处理液中，浸泡3s-30s，取出，迅速将浸泡后的一次包覆的陶粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹一次包覆的陶粒的表面，得粒径为4mm～15mm的第三颗粒。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的预处理液是于30℃～120℃温度下形成的水溶液态的预处理剂；所述的预处理液的溶质选自硅酸钠、硬脂酸盐、石蜡、硅油、硬脂酸，乳化硅油、低聚合物碳酸氢盐、苯丙/有机硅/聚醋酸乙烯复合乳液、聚环氧乙烯烷、聚二甲基硅氧烷碳酸氢钠、甲基硅醇盐、硼酸盐、磷酸盐中的至少一种。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的调节剂选自白云石、碳酸钠、石灰石、氧化铝、堇青石、长石、稻壳灰、碳粉、无定形硅质材料、硅酸钙、淀粉、羧甲基纤维素钠和糊精的至少两种的混合物。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中步骤4)所述的烧结的步骤如下：将第三颗粒于250～550℃下预热10～30min；然后在900～1350℃下进行煅烧15～120min；随炉降温至850～950℃，保持10～30min；随炉自然降温至400℃以下；取出，自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的原料包括固体废物，其选自垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣或铝厂废渣中的至少一种；以质量百分含量计，所述的固体废物的含量≥40％；
所述的原料还包括助熔剂；所述的助熔剂选自含MgO的矿物、含CaO的矿物、含Na2O的矿物、含CaSO4的矿物、含MnO的矿物、含MnO2的矿物、含FeO的矿物、含Fe2O3的矿物、含BaCO3的矿物、含BaSO4的矿物、含Nd2O3的矿物、长石、含硼的矿物、微晶玻璃、废玻璃粉、含水富镁铝硅酸盐粘土矿物、高岭土、铝矾土、膨润土和碱式碳酸镁中的一种或多种；所述的助熔剂的含量为0～20wt％；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5％。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的原料以氧化物的质量百分含量计，所述的原料包括以下组分：
Figure BDA0002065019260000031
Figure BDA0002065019260000041
其中，SiO2的质量份数与Al2O3的质量份数的比例为1.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O的质量份数之和的比例为3.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3和CaO的质量份数之和的比例为3～20；
Fe2O3、CaO和MgO的质量份数之和与Na2O和K2O的质量份数之和的比例为1～8.5；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5％。
本发明的第二个目的在于提出了一种应用前述的制备方法制备的疏水性陶粒轻集料。
本发明的第三个目的在于提出了一种应用前述的制备方法制备的疏水性陶粒轻集料的应用。
借由上述技术方案，本发明提出的一种疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用至少具有下列优点：
1、本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，将垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物通过粉磨、配料、造粒、预烧结、包覆疏水功能层和煅烧等一系列工艺步骤，将其转变成从表面至内部均为疏松多孔、孔孔相连的“套娃”式结构的陶粒，一方面利用工艺步骤中的固相煅烧反应分解二噁英类有害物质，一方面利用包覆反应消除有可能造成危害的潜在环境影响因素，同时在发生固相煅烧反应和包覆反应过程中，促进大量新生矿物相和界面的生成，在实现利废的同时，获得了疏水性高且具有隔声功能的陶粒轻集料，达到了废物利用和性能改进(改进了陶粒轻集料疏水性能差和吸声性能差的技术缺陷)的双重目的；本发明的工艺方法，充分利用固体废物，采用“套娃”式结构化预处理技术，封存重金属、消除二噁英等，解决环境污染问题，并制备了新型高性能的建材产品，具有良好的经济环保效益；
2、本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，所述的预处理液具有足够的磁性，并且其富含H+、羧基、羟基、活性碳等活性官能团。当陶粒(包括第二颗粒以及一次包覆的陶粒)浸泡于预处理液中时，预处理液通过静电作用、络合作用和离子交换作用等多方式地与陶粒表面的活性官能团形成复合键，使得疏水性基团向外排列；然后分子之间的基团缩合、齐聚形成链状、网状或立体结构的产物，其均匀地覆盖在陶粒的表面，并渗透进入陶粒的内部；而且，预处理液中的部分物质经分解后，吸附积聚在陶粒的表面，进一步增加了陶粒表面的活性；这些都显著地提高了陶粒的疏水性；
3、本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，当调节剂参与反应时，体系中存在较多的分解和氧化反应；所述的分解和氧化反应均为放热反应，因此，所述的固体废物原料中的二噁英类物质在高温下分解，重金属元素等则固化在由硅氧化物、硅铝化物熔融键合所形成的晶格中，进一步消除了固体废物对于环境的影响；本发明在陶粒的表面包覆疏水功能层，是在一定的反应条件下，利用预处理液和调节剂的共同作用，优化陶粒的功能，使陶粒具有好的疏水性；
4、本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其工艺过程中不包含烘干、脱水等复杂的工艺，可以采取连续作业方式，简化设备运行，降低建材的生产成本和使用成本；制备方法简单；
5、本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，它不仅能够解决冶金行业、能源行业等领域新技术所产的固体废物的二次污染，而且将这些固体废物，垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物资源化，最终生产出具有高经济附加值和高固体废物利用率的疏水性好的新型陶粒轻集料，则具有非常好的生态效益、社会效益和经济效益兼得，良好的发展前景，为绿色建材和高性能建材提供一种新的控制思路和技术方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种疏水性陶粒轻集料的制备方法、由该方法制备的疏水性陶粒轻集料及其应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种疏水性陶粒轻集料的制备方法，其包括以下步骤：
1)原料配料并造粒，得第一颗粒；
2)将第一颗粒预烧结，得第二颗粒；
3)在第二颗粒表面包覆疏水功能层，得第三颗粒；
4)将第三颗粒煅烧，降温至400℃以下，取出、自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
陶粒制备时，先按陶粒原料的配料参数造粒。现有技术中的陶粒制备工艺中，陶粒造粒后经过200度以下的烘干之后即进行煅烧，制成陶粒成品。而本发明则将所造颗粒进行预烧结，然后在预烧结得到的第二颗粒表面包覆疏水功能层，最后进行高温烧结，得到疏水性的陶粒轻集料颗粒。
上述的步骤2)所述的造粒过程中需喷淋雾化水，雾化水的质量占原料总质量的10％～25％。制备陶粒的原料经过烘干后，水分较小，造粒困难，因此在造粒过程中需要喷淋雾化水，以助于造粒。所述的第一颗粒为粒径1mm～3mm的球形或圆柱形颗粒。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中步骤2)所述的预烧结的步骤如下：自室温升温至100℃～200℃，保温10min～120min；然后升温至700～950℃，保温10min～120min；自然冷却至室温，得第二颗粒。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中步骤3)所述的包覆疏水功能层的步骤如下：
将第二颗粒置于滴水漏筛装置中，再将第二颗粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为10％～20％的预处理液中，浸泡3s～30s，取出,迅速将浸泡后的第二颗粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹第二颗粒的表面，得粒径为2mm～6mm的一次包覆的陶粒；
将一次包覆的陶粒置于滴水漏筛装置中，再将一次包覆的陶粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为5％～10％的预处理液中，浸泡3s-30s，取出，迅速将浸泡后的一次包覆的陶粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹一次包覆的陶粒的表面，得粒径为4mm～15mm的第三颗粒。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的预处理液是于30℃～120℃温度下形成的水溶液态的预处理剂；所述的预处理液的溶质选自硅酸钠、硬脂酸盐、石蜡、硅油、硬脂酸，乳化硅油、低聚合物碳酸氢盐、苯丙/有机硅/聚醋酸乙烯复合乳液、聚环氧乙烯烷、聚二甲基硅氧烷碳酸氢钠、甲基硅醇盐、硼酸盐、磷酸盐中的至少一种。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的调节剂选自白云石、碳酸钠、石灰石、氧化铝、堇青石、长石、稻壳灰、碳粉、无定形硅质材料、硅酸钙、淀粉、羧甲基纤维素钠和糊精的至少两种的混合物。
现有技术的陶粒轻集料具有较大的吸水性能，这显著区别于普通砂石骨料。陶粒轻集料的亲水机理在于：①具有静电吸附，陶粒轻集料表面裸露的大量钙离子增加了表面的电性，当水和陶粒接触形成界面时，由于静电吸引力会产生较大的吸附，使带电的极性分子，例如水，牢牢地吸附在陶粒轻集料的表面上；②比表面积大，陶粒表面的吸附量与其表面积有关，表面积越大，吸附量也就越大；③具有毛细管作用，陶粒表面是呈微孔洞的结构，其存在大量的连通气孔，表面张力产生的变化会引发毛细管现象，使水分子会自动顺着气孔向陶粒的内部迁移。而由于现有技术的陶粒轻集料的大吸水性，导致陶粒轻集料混凝土发生分层离析和坍落度损失过大，增大了混凝土的收缩，进而降低了陶粒轻集料混凝土的强度、保温、隔热等性能。
本发明所述的预处理液具有足够的磁性，并且其富含H+、羧基、羟基、活性碳等活性官能团。当陶粒(包括第二颗粒以及一次包覆的陶粒)浸泡于预处理液中时，预处理液通过静电作用、络合作用和离子交换作用等多方式地与陶粒表面的活性官能团形成复合键，使得疏水性基团向外排列；然后疏水性基团的分子之间基团缩合、齐聚形成链状、网状或立体结构的产物，其均匀地覆盖在陶粒的表面，并渗透进入陶粒的内部；而且，预处理液中的部分物质经分解后，吸附积聚在陶粒的表面，进一步增加了陶粒表面的活性；这些都显著地提高了陶粒的疏水性。所设的调节剂也参与反应，本发明在陶粒的表面包覆疏水功能层，是在一定的反应条件下，利用预处理液和调节剂的共同作用，优化陶粒的功能，使陶粒具有好的疏水性。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中步骤4)所述的烧结的步骤如下：将第三颗粒于250～550℃下预热10～30min；然后在900～1350℃下进行煅烧15～120min；随炉降温至850～950℃，保持10～30min；随炉自然降温至400℃以下；取出，自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的原料包括固体废物，其选自垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣或铝厂废渣中的至少一种；以质量百分含量计，所述的固体废物的含量≥40％；
所述的原料还包括助熔剂；所述的助熔剂选自含MgO的矿物、含CaO的矿物、含Na2O的矿物、含CaSO4的矿物、含MnO的矿物、含MnO2的矿物、含FeO的矿物、含Fe2O3的矿物、含BaCO3的矿物、含BaSO4的矿物、含Nd2O3的矿物、长石、含硼的矿物、微晶玻璃、废玻璃粉、含水富镁铝硅酸盐粘土矿物、高岭土、铝矾土、膨润土和碱式碳酸镁中的一种或多种；所述的助熔剂的含量为0～20wt％；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5％。
将来自冶金行业、能源行业等领域的垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物和助熔剂，分别烘干、破碎、粉磨和均化。所述的原料的粒度均匀，能够优化陶粒的发泡结构，得到孔隙均匀的陶粒。
现有技术中为解决制备陶粒的原料不足的问题，采用的是消化常规固废材料，其固废消化比例约为50％左右。而本发明所述的固体废物选自垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣或铝厂废渣，这是现有技术中无法消化的新型固废材料。本发明通过上述的工艺消化固废材料制备陶粒，其中固废材料在原料中的比例大于40％，且所制备的陶粒轻集料具有优异的疏水性和隔声功能。
本发明将垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物通过粉磨、配料、造粒、预烧结、包覆疏水功能层和煅烧等一系列工艺步骤，将其转变成从表面至内部均为疏松多孔、孔孔相连的“核壳式”结构的陶粒，所述的包覆在陶粒表面的疏水功能层彼此反应形成疏松的网络结构，此为“壳”；所述的陶粒镶嵌在此网络结构之中，此为“核”，其彼此镶嵌形成核壳结构。本发明的工艺一方面利用工艺步骤中的固相煅烧反应，将固体废物原料中的二噁英类物质在高温下分解，一方面利用包覆反应消除有可能造成危害的潜在环境影响因素，将重金属元素等固化在由硅氧化物、硅铝化物熔融键合所形成的晶格中，进一步消除了固体废物对于环境的影响；同时在发生固相煅烧反应和包覆反应过程中，促进大量新生矿物相和界面的生成，在实现利废的同时，获得了疏水性高且具有隔声功能的陶粒轻集料，达到了废物利用和性能改进的双重目的。
优选的，前述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其中所述的原料以氧化物的质量百分含量计，所述的原料包括以下组分：
Figure BDA0002065019260000091
其中，SiO2的质量份数与Al2O3的质量份数的比例为1.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O的质量份数之和的比例为3.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3和CaO的质量份数之和的比例为3～20；
Fe2O3、CaO和MgO的质量份数之和与Na2O和K2O的质量份数之和的比例为1～8.5；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5％。
所述的原料组分中，仅列出了其中包含的无机质材料；所述的原料中还包含有机质类的材料，如含元素C、S、P等元素，本申请文件中未一一列举。
陶粒原料的化学成分，按其成陶粒作用可分三部分：①成陶主要成分，其主要成分为SiO2和Al2O3；②助熔物质和③起泡物质。
上述的原料配料中，SiO2和Al2O3为主要成分，其含量占原料总量的53％～93％，其含量过高会降低陶粒的膨胀性，而其含量过低则会影响陶粒的强度；K2O、Na2O、CaO和MgO为助熔物质，其含量占原料总量的2％～15％，其含量过高则料球易粘结，过低则减弱陶粒的膨胀性；Fe2O3为起泡物质。
上述的SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O的质量份数之和的比例，又简称为氧化物质量比。
所述的氧化物质量比能够优化陶粒的发泡结构，改善其隔声功能。
所述的各种元素可以以氧化物态或者以其化合物的形式存在于原料中。
本发明还提出一种前述的方法制备的疏水性陶粒轻集料。
本发明还提出一种疏水性陶粒轻集料的应用。
下面通过具体的实施例作进一步说明。
实施例中所制备的陶粒轻集料的筒压强度和吸水性的测试方法均采用GB17431.1中的方法，其吸声性的测试采用驻波管法进行。所述的测试方法均为本领域很常见的方法，在申请文件中不再赘述。
实施例1
将页岩45％、铝矾土26％、粉煤灰18％、凹凸棒土7％和助熔剂4％分别烘干、破碎、粉磨和均化，控制0.045mm方孔筛筛余为1.5％以内。按照陶粒原料配制参数SiO2 53wt％，Al2O3 20wt％，Fe2O3 5wt％，CaO 3wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 2wt％进行配料，形成陶粒轻集料用粉料。
随后，将粉料投入造粒机中，喷淋质量分数15％的雾化水，制成粒径为1.5mm的球形颗粒。进一步，将球形颗粒预烧结，自室温升至150℃，保温60min；然后升温至750℃，保温30min后自然冷却至室温即制成预烧结陶粒。将预烧结陶粒置于滴水漏筛装置中，随后同时沉入质量浓度为15％的硬脂酸盐-甲基硅醇盐预处理液(1：1)中10s，取出后迅速将预浸泡后的预烧结陶粒放入盘式造粒机中与无定形硅质材料-糊精-稻壳灰调节剂(3：1：2)拌合15min至完全包裹预烧结陶粒表面，制成粒径为3mm的球形颗粒。将此球形颗粒置于滴水漏筛装置中，随后再次沉入质量浓度为7.5％的硬脂酸盐-甲基硅醇盐预处理液(1：1)中5s，取出后迅速放入盘式造粒机中与无定形硅质材料-糊精-稻壳灰调节剂(3：1：2)拌合20min至完全包裹，制成粒径为7mm的球形颗粒。将此7mm的球形颗粒直接投入烧结窑中，于350℃下预热10min，然后在1150℃下进行煅烧45min，随炉降温至850℃，保持10min，随炉自然降温至300℃，取出、自然冷却即制得疏水吸声陶粒轻集料。
经测试，陶粒1h吸水率1.4％、2h吸水率2.1％、1d吸水率3.9％、28d吸水率8.8％，筒压强度4.5MPa，堆积密度400级，吸声系数0.88。
实施例2
将垃圾焚烧灰渣46％、气化渣25％、粉煤灰18％、凹凸棒土7％和助熔剂4％分别烘干、破碎、粉磨和均化，控制0.045mm方孔筛筛余为1.5％以内。按照陶粒原料配制参数SiO253wt％，Al2O3 20wt％，Fe2O3 5wt％，CaO 3wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 2wt％进行配料，形成陶粒轻集料用粉料。
后续工艺同实施例1。
经测试，陶粒1h吸水率1.5％、2h吸水率1.8％、1d吸水率4.2％、28d吸水率8.6％，筒压强度4.4MPa，堆积密度400级，吸声系数0.89。
实施例3
将锰渣30％、铝厂废渣18％、粘土25％、粉煤灰18％、铝矾土5％和助熔剂4％分别烘干、破碎、粉磨和均化，控制0.045mm方孔筛筛余为1.5％以内。按照陶粒原料配制参数SiO2 48wt％，Al2O3 24wt％，Fe2O3 8wt％，CaO 2wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 4wt％进行配料，形成陶粒轻集料用粉料。
随后，将粉料投入造粒机中，喷淋质量分数15％的雾化水，制成粒径为1.5mm的球形颗粒。进一步，将球形颗粒预烧结，自室温升至115℃，保温30min；然后升温至900℃，保温15min后自然冷却至室温即制成预烧结陶粒。将预烧结陶粒置于滴水漏筛装置中，随后同时沉入质量浓度为20％的乳化硅油-甲基硅醇盐-硼酸盐预处理液(3：1：1)中20s，取出后迅速将预浸泡后的预烧结陶粒放入盘式造粒机中与石灰石-淀粉-稻壳灰调节剂(1：2：2)拌合40min至完全包裹预烧结陶粒表面，制成粒径为3mm的球形颗粒。将此球形颗粒置于滴水漏筛装置中，随后再次沉入质量浓度为7.5％的乳化硅油-甲基硅醇盐-硼酸盐预处理液(3：1：1)中20s，取出后迅速放入盘式造粒机中与石灰石-无定形硅质材料-糊精-稻壳灰调节剂(1：0.5：2：2)拌合40min至完全包裹，制成粒径为7mm的球形颗粒。将此7mm的球形颗粒直接投入烧结窑中，于550℃下预热5min，然后在1300℃下进行煅烧30min，随炉降温至950℃，保持30min，随炉自然降温至250℃，取出、自然冷却即制得疏水吸声陶粒轻集料。
经测试，陶粒1h吸水率1.6％、2h吸水率1.8％、1d吸水率4.5％、28d吸水率9.8％，强度5.1MPa，堆积密度500级，吸声系数0.85。
实施例4
将垃圾焚烧灰渣34％、铝厂废渣5％、气化渣5％、铁矿渣10％、粉煤灰25％、页岩17％和助熔剂4％分别烘干、破碎、粉磨和均化，控制0.045mm方孔筛筛余为1.5％以内。按照陶粒原料配制参数SiO2 65wt％，Al2O3 18wt％，Fe2O3 8wt％，CaO 4wt％，MgO 2wt％，Na2O+K2O 2wt％进行配料，形成陶粒轻集料用粉料；本实施例所用的铁矿渣来自炼铁行业所产的尾矿渣，为冶金行业的固废，其不属于本发明中所述的新兴固废材料。
随后，将粉料投入造粒机中，喷淋质量分数15％的雾化水，制成粒径为1.5mm的球形颗粒。进一步，将球形颗粒预烧结，自室温升至200℃，保温15min；然后升温至800℃，保温90min后自然冷却至室温即制成预烧结陶粒。将预烧结陶粒置于滴水漏筛装置中，随后同时沉入质量浓度为10％的硬脂酸-碳酸氢盐-苯丙/有机硅/聚醋酸乙烯复合乳液-甲基硅醇盐预处理液(1：1：1：1)中30s，取出后迅速将预浸泡后的预烧结陶粒放入盘式造粒机中与白云石-稻壳灰-碳粉-羧甲基纤维素钠调节剂(1：2：2：1)拌合60min至完全包裹预烧结陶粒表面，制成粒径为3mm的球形颗粒。将此球形颗粒置于滴水漏筛装置中，随后再次沉入质量浓度为5％的硬脂酸-碳酸氢盐-苯丙/有机硅/聚醋酸乙烯复合乳液-甲基硅醇盐预处理液(1：1：1：1)中20s，取出后迅速放入盘式造粒机中与白云石-稻壳灰-碳粉-羧甲基纤维素钠调节剂(1：2：2：1)拌合60min至完全包裹，制成粒径为12mm的球形颗粒。将此12mm的球形颗粒直接投入烧结窑中，于550℃下预热10min，然后在1350℃下进行煅烧90min，随炉降温至950℃，保持30min，随炉自然降温至150℃，取出、自然冷却即制得疏水吸声陶粒轻集料。
经测试，陶粒1h吸水率2.3％、2h吸水率2.5％、1d吸水率5.1％、28d吸水率10.3％，强度6.1MPa，堆积密度700级，吸声系数0.77。
对比例1
将垃圾焚烧灰渣46％、气化渣25％、粉煤灰18％、凹凸棒土7％和和助熔剂4％分别烘干、破碎、粉磨和均化，控制0.045mm方孔筛筛余为1.5％以内。按照陶粒原料配制参数SiO2 53wt％，Al2O3 20wt％，Fe2O3 5wt％，CaO 3wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 2wt％进行配料，形成陶粒轻集料用粉料。
随后，将粉料投入造粒机中，喷淋质量分数15％的雾化水，制成粒径为12mm的球形颗粒。于110℃干燥2小时，随后置于陶粒窑中煅烧，煅烧制度为：由室温升温至350℃经15min，350℃保温30min，350℃-1250℃90min，1250℃保温煅烧30min。
经测试，陶粒1h吸水率15.2％、2h吸水率18.6％、1d吸水率20.6％、28d吸水率38.6％，强度3.5MPa，堆积密度500级，吸声系数0.05。
市售产品对比：
购买市售的三种陶粒轻集料，1#为畅材陶粒厂生产的400型陶粒，2#为淮南恒运陶粒厂生产的800型陶粒，3#为方圆陶粒砂厂生产的900型陶粒；测试其性能，结果如下：
Figure BDA0002065019260000131
通过上述的实施例1至实施例4、对比例1以及三种市售产品的性能测试结果可见，三种市售产品的堆积密度不同，但是其表现出来的1h吸水率均大于9.9％，2h吸水率均大于10.9％，1d吸水率均大于16.7％，28d吸水率均大于25.6％，而且随着堆积密度的级数增大，其吸水性越发增大；而本发明的技术方案中，其采用预烧结、两次包覆疏水功能层并煅烧的加工工艺，所制造的陶粒的吸水率非常低，实施例1至实施例4的1h吸水率均小于2.3％，2h吸水率均小于2.5％，1d吸水率均小于5.1％，28d吸水率均小于10.3％，具有优异的疏水性；且实施例1至实施例4制备的陶粒的吸声系数均大于0.77，远远大于市售产品的吸声系数0.5，说明本发明的技术方案制备的陶粒具有优异的隔声性能。
对比例1采用与实施例2完全相同的配方以及造粒工艺，仅未采用本发明的技术方案的方法进行预烧结、包覆疏水功能层后再煅烧，而是在造粒后直接对其干燥并煅烧，通过其所制备的陶粒的性能可见，其吸水性较大，疏水性差，且其吸声系数也很小，几乎不具有隔声性能。由此可见，本发明的陶粒所取得的有益效果关键在于本发明的技术方案所限定的工艺方法，使其既具有好的疏水性能，同时又具有优异的隔声性能。
同时，在实施例2至实施例4的原料中，均添加了大于40％的新兴固废材料，而实施例1的原料则采用常规原料，通过比较各实施例所制备的陶粒的性能可见，添加大量的新兴固废材料于原料中，采用本发明的技术方案制备的陶粒的疏水性和隔声性能并无发生明显的变化，说明本发明的技术方案所制备的陶粒，不仅具有好的疏水性能与优异的隔声性能，同时还能大量消化现有技术无法消化的新兴固废材料。本发明提出的疏水性陶粒轻集料的制备方法，它不仅能够解决冶金行业、能源行业等领域新技术所产的固体废物的二次污染，而且将这些固体废物，垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣、铝厂废渣等固体废物资源化，最终生产出具有高经济附加值和高固体废物利用率的疏水性好的新型陶粒轻集料，则具有非常好的生态效益、社会效益和经济效益兼得，良好的发展前景，为绿色建材和高性能建材提供一种新的控制思路和技术方法。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1）原料配料并造粒，得第一颗粒；
2）将第一颗粒预烧结，得第二颗粒；
3）在第二颗粒表面包覆疏水功能层，得第三颗粒；
步骤3）所述的包覆疏水功能层的步骤如下：将第二颗粒置于滴水漏筛装置中，再将第二颗粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为10%～20%的预处理液中，浸泡3s～30s，取出并将浸泡后的第二颗粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹第二颗粒的表面，得一次包覆的陶粒；
将一次包覆的陶粒置于滴水漏筛装置中，再将一次包覆的陶粒与滴水漏筛装置同时沉入质量浓度为5%～10%的预处理液中，浸泡3s～30s，取出并将浸泡后的一次包覆的陶粒与调节剂拌合10min～60min，至所述的调节剂完全包裹一次包覆的陶粒的表面，得第三颗粒；
其中，所述预处理液为硬脂酸盐-甲基硅醇盐，所述调节剂为无定形硅质材料-糊精-稻壳灰；
或者，所述预处理液为乳化硅油-甲基硅醇盐-硼酸盐，第一次包覆时的调节剂为石灰石-淀粉-稻壳灰，第二次包覆时的调节剂为石灰石-无定形硅质材料-糊精-稻壳灰；
或者，所述预处理液为硬脂酸-碳酸氢盐-苯丙/有机硅/聚醋酸乙烯复合乳液-甲基硅醇盐，所述调节剂为白云石-稻壳灰-碳粉-羧甲基纤维素钠；
4）将第三颗粒煅烧，降温至400℃以下，取出、自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
2.根据权利要求1所述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，
步骤2）所述的预烧结的步骤如下：自室温升温至100℃～200℃，保温10min～120min；然后升温至700～950℃，保温10min～120min；自然冷却至室温，得第二颗粒。
3.根据权利要求1所述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，
所述的预处理液是于30℃～120℃温度下形成的水溶液态的预处理剂。
4.根据权利要求1所述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，
步骤4）所述的烧结的步骤如下：将第三颗粒于250～550℃下预热10～30min；然后在900～1350℃下进行煅烧15～120min；随炉降温至850～950℃，保持10～30min；随炉自然降温至400℃以下；取出，自然冷却，得疏水性陶粒轻集料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，
所述的原料包括固体废物，其选自垃圾焚烧灰渣、锰渣、气化渣或铝厂废渣中的至少一种；以质量百分含量计，所述的固体废物的含量≥40%；
所述的原料还包括助熔剂；所述的助熔剂选自含MgO的矿物、含CaO的矿物、含Na2O的矿物、含CaSO4的矿物、含MnO的矿物、含MnO2的矿物、含FeO的矿物、含Fe2O3的矿物、含BaCO3的矿物、含BaSO4的矿物、含Nd2O3的矿物、长石、含硼的矿物、微晶玻璃、废玻璃粉、含水富镁铝硅酸盐粘土矿物、高岭土、铝矾土、膨润土和碱式碳酸镁中的一种或多种；所述的助熔剂的含量为0～20 wt%；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的疏水性陶粒轻集料的制备方法，其特征在于，
所述的原料以氧化物的质量百分含量计，所述的原料包括以下组分：SiO2 45～68%；Al2O3 8～25%；Fe2O3 2～12%；CaO 0.5～5%；MgO 0.5～3%； Na2O+K2O 1～7%；
其中，SiO2的质量份数与Al2O3的质量份数的比例为1.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O的质量份数之和的比例为3.5～10；
SiO2和Al2O3的质量份数之和与Fe2O3和CaO的质量份数之和的比例为3～20；
Fe2O3、CaO和MgO的质量份数之和与Na2O和K2O的质量份数之和的比例为1～8.5；
所述的原料分别经粉磨和均化，其粒度要求为：通过0.045mm的方孔筛过筛，以质量计每种原料的筛余均≤3.5%。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的方法制备的疏水性陶粒轻集料。
8.一种根据权利要求7所述的疏水性陶粒轻集料的应用。
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