CN110776331A - 一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒及其制备方法。该方法中以单氰胺工业生产中的固废单氰胺渣掺合粉煤灰、赤泥、膨润土等为原料，经过造粒、高温煅烧成内部多孔、质轻的轻质陶粒，所制备的轻质陶粒满足国家标准，为单氰胺渣的资源化利用提供了一种经济有效的途径。

Description

一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒及其制备方法。
技术背景
粉煤灰是火力发电厂排出的工业废物，它是由磨成一定细度的煤粉在煤粉炉中经过1100~1500℃高温悬浮燃烧之后，由原煤中所含的不燃的粘土质矿物发生分解、氧化、熔融等变化，在表面张力作用下形成细小的液滴，在排出炉外时，经急速冷却形成粒径为1~50μm的微细球型颗粒，然后连同未被燃烧的可燃物一起由除尘器收集或者由水流管道排放到储灰场。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的强碱性固体废物，通常赤泥中主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO及稀土元素等。赤泥是一种碱性污染源，若不加以处理，会造成地下水体和土壤污染，裸露堆放的赤泥，因其颗粒极细，会随风飞扬造成空气污染。随着赤泥产生量的逐年递增和环境问题的突出，迫切需要采取措施处理该类固体废弃物。
单氰胺渣是工业上单氰胺渣生产过程中产生的碳酸钙渣子，还含有少量的炭，是石灰氮在水与二氧化碳的作用下产生的。单氰胺渣的堆放容易随雨水冲刷进入地下水而造成水体污染，暴露空气中造成的扬尘以及挥发的刺激性气味氨气造成大气污染。此外，单氰胺渣处置费用高，带给企业极大的经济压力。
陶粒是一种主要以无机材料为基础原料，经过预处理、造粒、煅烧、冷却等工艺生产的一种轻质颗粒。轻质陶粒制备原理一般为材料自身发气所致，内部会形成封闭的孔。根据陶粒不同的性质，陶粒可以作为混凝土骨料，水处理行业的滤料，农业中缓释型肥料的载体等等。目前，随着自然资源的限制开采，环保政策的限制，黏土、页岩等资源愈加匮乏。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒及其制备方法，以膨润土、单氰胺渣、粉煤灰、赤泥作为主要原料，经过成球、烘干、煅烧、筛分等步骤得到轻质陶粒目标产品。其中单氰胺渣作为一种发气成分，在熔融状态下，碳酸钙及炭高温下分解生成大量气体，致使陶粒内部形成封闭的孔隙，降低陶粒容重。此外消除了单氰胺渣污染、实现资源价值化开发的同时，得到一种轻质陶粒的新型制备方法。
本发明所述的轻质陶粒，以重量份计，其原料组成包括：膨润土5~20份，单氰胺渣10~50份，粉煤灰20~60份，赤泥0~30份。
所得陶粒外形为球形或者椭圆形，成球性能优良，高温条件下发气效果好，陶粒堆积密度为400~600kg/m3，吸水率为3~12%，有较高的筒压强度约为3.0~6.0MPa。
上述轻质陶粒的制备方法，包括以下步骤：
按照配比称量各原料，混合均匀，混合物料加入成球盘内成球并烘干，然后将料球经过预热、煅烧，最后进行自然冷却、筛分得到陶粒产品。
优选的，在成球盘内成球过程中喷入雾化水，喷水量约为原料总质量的20~28%；
优选的，通过调节成球盘转速以及角度控制成球粒径在5~20mm；
优选的，烘干温度为105~145℃，控制烘干后水分为≤2%；
优选的，所述的预热过程中，预热温度为300~700℃，预热时间为20~35min；
优选的，所述的煅烧过程中，煅烧温度为1100~1220℃，煅烧时间为8~20min。
由于单氰胺渣内的碳酸钙及炭的组成，相比于纯粉煤灰陶粒的煅烧温度大大降低，同时炭粉燃烧提供一部分热量，降低能源消耗。
本发明中所采用的粉煤灰为二级灰，主要成分有SiO2、Al2O3及少量的FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等，180目筛余2~15%；
所采用的赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的强碱性固体废物，因其含有大量的赤铁矿而成红褐色，其中主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO及稀土元素等；所采用的膨润土是一种性能十分优良，经济价值较高，应用范围较广的粘土资源。膨润土主要是由蒙脱石类矿物组成的粘土。质纯的膨润土较罕见，大多数含有不等量的杂质，如石英、长石、云母、沸石、黄铁矿等，再生产陶粒过程中起到物料粘结的作用；所采用的单氰胺渣是工业上单氰胺生产过程中产生的碳酸钙渣子，是石灰氮在水与二氧化碳的作用下产生的，其主要成为为CaCO3，其粒径一般在200目以下，其粒径较小，成球性能好。
综上所述，本发明利用单氰胺渣、粉煤灰、赤泥等固废制备了一种轻质陶粒，膨润土作为粘结剂，粉煤灰作为骨架材料，单氰胺渣作为发气材料，轻质陶粒原料来源不再仅仅局限于页岩、黏土等。同时将固废资源化，变废为宝。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施案例1
一种利用单氰胺渣制备轻质陶粒的方法，其原料配比以重量计为膨润土12份、单氰胺渣20份、赤泥13份、粉煤灰55份。
该种轻质陶粒制备方法具体步骤如下：
原料计量和混合：按照配比分别称取膨润土、单氰胺渣、赤泥、粉煤灰，并将其置于搅拌机；原料进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s后，将混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合物料加入成球盘内成球，同时喷入雾化水，喷水量约为原料总质量的20~28%；调节成球盘转速以及角度控制成球粒径在5~20mm；
料球烘干：将成球盘中的湿料球在120℃条件下烘干，烘干后生料球的含水率为1.8%；
预热及煅烧：将烘干后料球投入到窑炉内，在350℃条件下预热30min，在1210℃条件下煅烧15min；
冷却筛分：将高温煅烧后的陶粒自然冷却，然后经过筛分成产品。
以上方法得到的轻质陶粒，其堆积密度为560kg/m3，吸水率为5.2%，筒压强度为5.4MPa。
实施案例2
一种利用单氰胺渣制备轻质陶粒的方法，其原料配比以重量计为膨润土15份、单氰胺渣35份、粉煤灰50份。
该种轻质陶粒制备方法具体步骤如下：
原料计量和混合：按照配比分别称取膨润土、单氰胺渣、粉煤灰，并将其置于搅拌机；原料进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s后，将混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合物料加入成球盘内成球，同时喷入雾化水，喷水量约为原料总质量的20~28%；调节成球盘转速以及角度控制成球粒径在5~20mm；
料球烘干：将成球盘中的湿料球在125℃条件下烘干，烘干后生料球的含水率为1.8%；
预热及煅烧：将烘干后料球投入到窑炉内，在500℃条件下预热25min，在1180℃条件下煅烧13min；
冷却筛分：将高温煅烧后的陶粒自然冷却，然后经过筛分成产品。
以上方法得到的轻质陶粒，其堆积密度为490kg/m3，吸水率为8.9%，筒压强度为4.1MPa。
实施案例3
一种利用单氰胺渣制备轻质陶粒的方法，其原料配比以重量计为膨润土15份、单氰胺渣40份、赤泥5份、粉煤灰40份。
该种轻质陶粒制备方法具体步骤如下：
原料计量和混合：按照配比分别称取膨润土、单氰胺渣、赤泥、粉煤灰，并将其置于搅拌机；原料进入搅拌机后，开始计时，搅拌120s后，将混合好的原料卸出，由皮带输送至成球机；
造粒成球：混合物料加入成球盘内成球，同时喷入雾化水，调节成球盘转速以及角度控制成球粒径在5~20mm；
料球烘干：将成球盘中的湿料球在130℃条件下烘干，烘干后生料球的含水率为1.8%；
预热及煅烧：将烘干后料球投入到窑炉内，在550℃条件下预热20min，在1150℃条件下煅烧15min；
冷却筛分：将高温煅烧后的陶粒自然冷却，然后经过筛分成产品。
以上方法得到的轻质陶粒，其堆积密度为435kg/m3，吸水率为11.5%，筒压强度为3.1MPa。
通过实施案例可知，本发明方法所生产的轻质陶粒产品，其品质可与现有技术相当甚至更佳，但原料上使用了大量的难回收和利用的废弃资源，且制备方法也简单可操作，因此本发明的方法，从原料和方法上同时降低能耗和成本，为节约资源，轻质陶粒生产提供了一种新途径。

Claims (9)

1.一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，以重量份计，其原料组成包括：膨润土5~20份，单氰胺渣10~50份，粉煤灰20~60份，赤泥0~30份。
2.根据权利要求1所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，所述陶粒堆积密度为400~600kg/m3，吸水率为3~12%，筒压强度为3.0~6.0MPa。
3.根据权利要求1所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，所述的粉煤灰为二级灰，180目筛余2~15%；所述的赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的强碱性固体废物；所述的单氰胺渣粒径在200目以下。
4.权利要求1所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配比称量各原料，混合均匀，混合物料加入成球盘内成球并烘干，然后将料球经过预热、煅烧，最后进行自然冷却、筛分得到陶粒产品。
5.根据权利要求4所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，在成球盘内成球过程中喷入雾化水，喷水量为原料总质量的20~28%。
6.根据权利要求4所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，通过调节成球盘转速以及角度控制成球粒径在5~20mm。
7.根据权利要求4所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，烘干温度为105~145℃，控制烘干后水分为≤2%。
8.根据权利要求4所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，所述的预热过程中，预热温度为300~700℃，预热时间为20~35min。
9.根据权利要求4所述的一种利用单氰胺渣制备的轻质陶粒，其特征在于，所述的煅烧过程中，煅烧温度为1100~1220℃，煅烧时间为8~20min。
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