CN111362607A - 一种轻质固废免烧陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轻质固废免烧陶粒及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括以下质量百分含量的组分：钢渣粉50～55％，矿渣粉10～15％，硅酸盐水泥5～10％，激发剂1～5％，密度调节剂3～8％，水20～30％；所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，粒径为2～130μm，抗压强度大于4000psi。本发明提供的免烧陶粒轻质、高强、吸水率低，并且稳定性好，成本低、绿色环保。本发明还提供了所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，操作简便，成本低，有利于实现规模化生产。

Description

一种轻质固废免烧陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种轻质固废免烧陶粒及其制备方法。
背景技术
随着我国对环境保护的重视，传统建材由于高耗能、高排放，成为削减产能、限制发展的对象，绿色建材成为发展的主流方向。陶粒具有轻质、热稳定好、吸水率低、耐久和抗冻性好等优点，适用于屋顶绿化、雨水收集、可透水铺装、及建筑轻质墙板材料中。传统陶粒是以天然黏土、页岩等原料成球后经高温焙烧，膨化而成的人造轻骨料；但是这些原料消耗自然资源和破坏生态环境，而且高温焙烧耗能高、污染排放高，不符合可持续发展的原则。因此，研究利用固废材料采用环保的免烧工艺制备陶粒已成为行业发展的趋势。
钢渣作为炼钢工艺过程中必然副产品，其产量随着钢产量的增加大幅攀升，而钢渣回收的能力极其有限，如何有效的综合利用这些钢渣，对进一步促进我国钢铁工业持续高效的发展具有重要意义。
目前，用钢渣制成的钢渣免烧陶粒主要是采用钢渣粉、矿渣粉、水泥、铝膏粉、生石灰等为原材料及少量外加剂按比例混合、成粒，在20℃、相对湿度95％的条件下养护7天以上的新型陶粒。但是，现有的钢渣免烧陶粒存在堆积密度高、吸水率高、筒压强度低的缺点，其性能指标不符合国家标准要求，此外因使用化学发泡剂(铝膏粉)，使操作难度增大，产品稳定性较差，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种轻质固废免烧陶粒及其制备方法，本发明提供的免烧陶粒轻质、高强、吸水率低，并且稳定性好，成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种轻质固废免烧陶粒，包括以下质量百分含量的组分：
Figure BDA0002415876690000011
Figure BDA0002415876690000021
所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，粒径为2～130μm，抗压强度大于4000psi。
优选地，所述的轻质固废免烧陶粒包括以下质量百分含量的组分：
Figure BDA0002415876690000022
优选地，所述钢渣粉的比表面积为300～400m2/kg。
优选地，所述矿渣粉为S75级矿渣粉或S95级矿渣粉。
优选地，所述硅酸盐水泥为标号P.O 42.5的硅酸盐水泥。
优选地，所述激发剂包括生石灰、生石膏、硅酸钠、氢氧化钠和水玻璃中的一种或几种。
本发明提供了以上方案所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合，得到固体混合料；
(2)将所述激发剂与部分水混合，将所得激发剂水溶液与所述固体混合料混合，得到造粒浆料；
(3)将所述造粒浆料进行造粒，得到颗粒物；在所述造粒的过程中，用剩余部分水对造粒浆料进行水雾喷淋；
(4)将所述颗粒物进行养护，得到所述轻质固废免烧陶粒；
所述部分水与剩余部分水的质量比为1:2～3。
优选地，所述颗粒物的粒度为5～16mm。
优选地，所述养护的温度为20～30℃，相对湿度为60～80％。
优选地，所述养护的时间为7～14天。
本发明提供了一种轻质固废免烧陶粒，包括以下质量百分含量的组分：钢渣粉50～55％，矿渣粉10～15％，硅酸盐水泥5～10％，激发剂1～5％，密度调节剂3～8％，水20～30％；所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，粒径为2～130μm，抗压强度大于4000psi。本发明以空心玻璃微珠作为密度调节剂，空心玻璃微珠为微米级的玻璃密闭中空球体结构，具有质量轻，强度高、流动性好的特点，不仅能够降低陶粒产品的堆积密度、提高强度，而且能够很好的保证陶粒产品的稳定性并大大节约生产成本。本发明通过钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥、激发剂和高性能空心玻璃微球共同配合，使提供的免烧陶粒轻质、高强、吸水率低，并且不添加化学发泡剂，稳定性好，成本低、绿色环保。实施例结果表明，本发明提供的轻质固废免烧陶粒的堆积密度为600～700kg/m3，1h吸水率为4.90～5.52％，筒压强度为14.16～16.51MPa。
本发明提供了所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，本发明提供的制备方法操作简便，成本低，有利于实现规模化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种轻质固废免烧陶粒，包括以下质量百分含量的组分：
Figure BDA0002415876690000031
所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，粒径为2～130μm，抗压强度大于4000psi。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括钢渣粉50～55％，优选为52～53％。在本发明中，所述钢渣粉的比表面积优选为300～400m2/kg，更优选为320～370m2/kg；在所述比表面积的钢渣粉中加入激发剂，有利于提高激发剂的激发性能，从而得到较高活性的钢渣粉。在本发明中，所述钢渣粉作为免烧陶粒胶凝材料之一，能够使免烧陶粒具有一定的强度。本发明对所述钢渣粉的来源没有特别的要求，采用本领域熟知来源的钢渣粉即可，在实际操作中，可以将钢渣通过破碎、除铁和研磨工序加工成满足比表面积要求的钢渣粉。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括矿渣粉10～15％，优选为12～13％。在本发明中，所述矿渣粉优选为S75级矿渣粉或S95级矿渣粉。在本发明中，所述矿渣粉作为免烧陶粒胶凝材料之一，能够提高免烧陶粒的强度。本发明对所述矿渣粉的来源没有特别的要求，采用本领域熟知来源的相应矿渣粉即可。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括硅酸盐水泥5～10％，优选为7～8％。在本发明中，所述硅酸盐水泥优选为标号P.O 42.5的硅酸盐水泥；所述硅酸盐水泥作为免烧陶粒胶凝材料之一，能够提高免烧陶粒的强度，并且有利于其成球。本发明对所述硅酸盐水泥的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括激发剂1～5％，优选为3～4％。在本发明中，所述激发剂优选包括生石灰、生石膏、硅酸钠、氢氧化钠和水玻璃中的一种或几种；当所述激发剂为几种的混合物时，本发明对所述混合的比例没有特别的要求，以任意比混合均可。在本发明中，所述激发剂的作用是激发钢渣粉及矿渣粉的活性。本发明对所述激发剂的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括密度调节剂3～8％，优选为5～8％。本发明严格控制密度调节剂的加入量，若加入量小于3wt.％，会造成陶粒堆积密度改变幅度不明显；若加入量大于8％，则会造成陶粒强度大幅度降低。在本发明中，所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，优选为0.35g/cm3，粒径为2～130μm，优选为5～120μm，抗压强度大于4000psi，优选为4000～4500psi。在本发明中，所述空心玻璃微珠是一种超轻质无机非金属材料，外观为白色粉体，主要成分为碱石灰硼硅酸盐玻璃，结构为微米级的玻璃密闭中空球体，球体内充有少量氮气，具有质量轻，强度高、流动性好的特点；所述空心玻璃微珠不仅能够降低陶粒产品的堆积密度、提高强度，而且能够很好的保证陶粒产品的稳定性并大大节约生产成本。本发明对所述高性能空心玻璃微珠的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
以质量百分含量计，本发明提供的轻质固废免烧陶粒包括水20～30％，优选为21～25％。本发明对所述水没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的水即可。
本发明通过钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥、激发剂和高性能空心玻璃微球在特定比例下共同配合，使提供的免烧陶粒轻质、高强、吸水率低，并且稳定性好，成本低、绿色环保。本发明提供的轻质固废免烧陶粒的堆积密度为600～700kg/m3，1h吸水率为4.90～5.52％，筒压强度为14.16～16.51MPa。
本发明提供了以上方案所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合，得到固体混合料；
(2)将所述激发剂与部分水混合，将所得激发剂水溶液与所述固体混合料混合，得到造粒浆料；
(3)将所述造粒浆料进行造粒，得到颗粒物；在所述造粒的过程中，用剩余部分水对造粒浆料进行水雾喷淋；
(4)将所述颗粒物进行养护，得到所述轻质固废免烧陶粒；
所述部分水与剩余部分水的质量比为1:2～3。
本发明将所述钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合，得到固体混合料。在本发明中，所述钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂的混合优选为搅拌混合，所述搅拌混合的时间优选为30s。
本发明将所述激发剂与部分水混合，将所得激发剂水溶液与所述固体混合料混合，得到造粒浆料。本发明对所述激发剂与部分水混合的时间没有特别的要求，能够使所述激发剂完全溶于水中即可。在本发明中，所述激发剂水溶液与固体混合料的混合优选为搅拌混合，所述搅拌混合的时间优选为60s。
得到造粒浆料后，本发明将所述造粒浆料进行造粒，得到颗粒物；在所述造粒的过程中，用剩余部分水对造粒浆料进行水雾喷淋，有利于免烧陶粒成球并控制陶粒的粒径大小。本发明对所述造粒的具体方法没有特别的要求，采用本领域熟知的造粒方法即可。在本发明中，所述颗粒物的粒度优选为5～16mm。
得到颗粒物后，本发明将所述颗粒物进行养护，得到所述轻质固废免烧陶粒。在本发明中，所述养护的温度优选为20～30℃，更优选为25～30℃，相对湿度优选为60～80％，更优选为70～80％；所述养护的时间优选为7～14天，更优选为8～10天。
本发明提供了所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，本发明提供的制备方法操作简便，成本低，有利于实现规模化生产。
下面结合实施例对本发明提供的轻质固废免烧陶粒及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例提供的固废免烧陶粒由以下质量百分含量的原料组成：
钢渣粉(比表面积350m2/kg)55％、S95级矿渣粉10％、P.O 42.5普通硅酸盐水泥8％、激发剂硅酸钠3％、密度调节剂(空心玻璃微珠，真密度0.35g/cm3，粒径5～120μm，抗压强度4300psi)3％、水21％。
制备方法：
(1)按配比将钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥、密度调节剂混合搅拌30s；
(2)将激发剂溶于1/3质量的水后一起投入上述混合料搅拌60s；
(3)将搅拌后的混合料投入造粒机进行造粒，同时剩余2/3质量的水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；
(4)将上述造粒得到的颗粒物(粒度5～16mm)在25℃、相对湿度80％环境条件下，自然养护10天，得到固废免烧陶粒。
实施例2
本实施例所述固废免烧陶粒由以下质量百分含量的原料组成：
钢渣粉(比表面积380m2/kg)50％、S75级矿渣粉10％、P.O 42.5普通硅酸盐水泥10％、激发剂水玻璃3％、密度调节剂(空心玻璃微珠，真密度0.33g/cm3，粒径5～120μm，抗压强度4500psi)5％、水22％。
制备方法：
(1)按配比将钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合搅拌30s；
(2)将激发剂溶于1/3质量的水后一起投入上述混合料搅拌60s；
(3)将搅拌后的混合料投入造粒机进行造粒，同时剩余2/3质量的水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；
(4)将上述造粒得到的颗粒物(粒度5～16mm)在25℃、相对湿度80％环境条件下，自然养护10天，得到固废免烧陶粒。
实施例3
本实施例所述固废免烧陶粒由以下质量百分含量的原料组成：
钢渣粉(比表面积400m2/kg)50％、S95级矿渣粉10％、P.O 42.5普通硅酸盐水泥7％、激发剂水玻璃3％、密度调节剂(空心玻璃微珠，真密度0.35g/cm3，粒径5～120μm，抗压强度4200psi)8％、水22％。
制备方法：
(1)按配比将钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合搅拌30s；
(2)将激发剂溶于1/3质量的水后一起投入上述混合料搅拌60s；
(3)将搅拌后的混合料投入造粒机进行造粒，同时剩余2/3质量的水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；
(4)将上述造粒得到的颗粒物(粒度5～16mm)在25℃、相对湿度80％环境条件下，自然养护10天，得到固废免烧陶粒。
对比例1
采用文献《海绵城市建设用钢渣免烧陶粒的研制》(江新卫，武汉科技大学，2018年5月)中提供的钢渣免烧陶粒的制备原料和质量配比作为对比例，具体组成比例如下：
钢渣：矿渣：水泥：铝膏粉：生石灰：生石膏：硅酸钠：氢氧化钠：＝40：60：10：1：8：6：2：3。
对比例2
按照实施例1的方法制备固废免烧陶粒，区别在于：
原料组成(质量百分含量)为粉煤灰55％、矿渣粉10％、水泥8％、激发剂3％、密度调节剂3％、水21％。
对比例3
本实施例所述固废免烧陶粒由以下质量百分含量的原料组成：
钢渣粉(比表面积400m2/kg)55％、S95级矿渣粉13％、P.O 42.5普通硅酸盐水泥7％、激发剂水玻璃3％、水22％。
制备方法：
(1)按配比将钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合搅拌30s；
(2)将激发剂溶于1/3质量的水后一起投入上述混合料搅拌60s；
(3)将搅拌后的混合料投入造粒机进行造粒，同时剩余2/3质量的水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；
(4)将上述造粒得到的颗粒物(粒度5～16mm)在25℃、相对湿度80％环境条件下，自然养护10天，得到固废免烧陶粒。
采用GB/T 17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》中的方法，对实施例1～3和对比例1～3制备的固废免烧陶粒进行性能测试，具体结果见表1：
表1实施例1～3和对比例1～2制备的固废免烧陶粒的性能数据
Figure BDA0002415876690000081
Figure BDA0002415876690000091
由实施例1～3和对比例1～3可以看出，本发明提供的轻质固废免烧陶粒轻质、高强、吸水率低；并且对实施例1～3的同一工艺多次制备的免烧陶粒进行如表1所示性能测试，同一性能测试数据结果偏差都在2％以内，说明本发明提供的免烧陶粒产品稳定性好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻质固废免烧陶粒，包括以下质量百分含量的组分：
Figure FDA0002415876680000011
所述密度调节剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的真密度为0.30～0.40g/cm3，粒径为2～130μm，抗压强度大于4000psi。
2.根据权利要求1所述的轻质固废免烧陶粒，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：
Figure FDA0002415876680000012
3.根据权利要求1或2所述的轻质固废免烧陶粒，其特征在于，所述钢渣粉的比表面积为300～400m2/kg。
4.根据权利要求1或2所述的轻质固废免烧陶粒，其特征在于，所述矿渣粉为S75级矿渣粉或S95级矿渣粉。
5.根据权利要求1或2所述的轻质固废免烧陶粒，其特征在于，所述硅酸盐水泥为标号P.O42.5的硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1或2所述的轻质固废免烧陶粒，其特征在于，所述激发剂包括生石灰、生石膏、硅酸钠、氢氧化钠和水玻璃中的一种或几种。
7.权利要求1～6任意一项所述轻质固废免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述钢渣粉、矿渣粉、硅酸盐水泥和密度调节剂混合，得到固体混合料；
(2)将所述激发剂与部分水混合，将所得激发剂水溶液与所述固体混合料混合，得到造粒浆料；
(3)将所述造粒浆料进行造粒，得到颗粒物；在所述造粒的过程中，用剩余部分水对造粒浆料进行水雾喷淋；
(4)将所述颗粒物进行养护，得到所述轻质固废免烧陶粒；
所述部分水与剩余部分水的质量比为1:2～3。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述颗粒物的粒度为5～16mm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述养护的温度为20～30℃，相对湿度为60～80％。
10.根据权利要求7或9所述的制备方法，其特征在于，所述养护的时间为7～14天。
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