CN112441826B - 一种超轻陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超轻陶粒及其制备方法，所述超轻陶粒包括剥离土、碱性长石以及磷石膏，其不需要消耗粘土、页岩以及粉煤灰等价格较高的材料，而是使用分布较广的剥离土、碱性长石等为原料，不仅提高了矿物的利用率，而且还降低了陶粒的生产成本。而且，所述超轻陶粒制备时，其煅烧时陶粒不开裂且稳定性较好，陶粒的表面坚硬光滑，开孔少，吸水率低，筒压强度高。

Description

一种超轻陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种超轻陶粒及其制备方法。
背景技术
我国的许多矿山在开采过程中，经常会遇到剥离土(即矿山表层杂土)，其随着开采时矿山高度的下降，剥离量也随之增加，剥离后大量堆积，严重影响矿山的正常开采，若继续进行剥离，则会造成开采成本增加，且易引起水土流失、泥石流等自然灾害。矿山剥离土的资源化利用仍停留在部分替代原料、水泥混合材、混凝土掺合料、细骨料，用来制备水泥和混凝土，回收利用率较低，效果也不好。
陶粒属于人造轻集料，主要用于替代混凝土中的骨料。它具有密度低、筒压强度高、保温隔热、低吸水率、抗渗、抗冻、抗碱集料反应等优异性能，可用于建材、化工、污水处理、花卉养殖等多个领域，有着广泛的应用前景和良好的经济效益。
目前，已有一些科研人员对矿山剥离土的资源化利用进行了研究，取得了一系列成果，如中国发明专利申请CN110862270A公开了利用石灰石矿山剥离土生产水泥工艺，其利用9.2％～9.8％的剥离土替代部分粘土和石灰石，并采用适当的工艺措施，制得性能较好的水泥，但利用率仍较低；贾晓钊的“利用矿山废弃高塑性红黏土制备轻质陶粒的研究”表明：矿山废弃高塑性红黏土利用率达到了85.5％，但使用了7％的普通粘土、3.5％的化合物L(保密的市售化学药剂)、1％的煤粉，配方并不经济，化合物L也未公开，制得的陶粒堆积密度为420kg/m3时，筒压强度仅高出标准的11％，且1h吸水率较高，为10.7％。
发明内容
本发明的目的是提供一种超轻陶粒及其制备方法，其将分布范围较广的剥离土加以利用，进一步提高了矿物资源的利用率，在降低成本的同时达到了保护环境的目的。
为达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种超轻陶粒，按质量百分数计，包括以下组分：剥离土80％～95％、碱性长石5％～20％以及磷石膏2％～4％。
作为上述方案的优选，所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6％～8％、SiO2 53％～56％、Al2O3 17％～19％、Fe2O3 10％～12％、CaO 1％～2％、MgO 1％～2％、K2O 3％～4％、Na2O 0～1％、SO3 0～0.1％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母72％～74％、石英19％～23％和长石3％～6％。
作为上述方案的优选，所述碱性长石为钾长石或钠长石或钾长石与钠长石混合物。
作为上述方案的优选，所述磷石膏为二水磷石膏或半水磷石膏。
作为上述方案的优选，所述超轻陶粒的堆积密度为300～500kg/m3，1小时吸水率为0.5％～4％。
本发明还提供了一种超轻陶粒的制备方法，所述制备方法用于制备所述的超轻陶粒，包括：
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在100～110℃的温度下烘干1～3小时；
S3：按质量百分数计，将80％～95％的剥离土、5％～20％的碱性长石以及2％～4％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球；
S5：将生料球放入烘箱内，在60～80℃的温度下烘干2～3小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理；
S7：将高温炉以15～25℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。需要说明的是，这里的自然冷却指的是将煅烧完毕的生料球立即取出后自然冷却。
作为上述方案的优选，步骤S3中形成的所述生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％。
作为上述方案的优选，步骤S4中形成的所述生料球的粒径为8mm～12mm。
作为上述方案的优选，在步骤S6中，对经过烘干处理的生料球进行预热处理时的温度为300℃～400℃，时间为10min～30min。
作为上述方案的优选，在步骤S7中，对经过预热处理的生料球进行高温煅烧处理时的温度为1220℃～1250℃，时间为15min～20min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的超轻陶粒，其包括剥离土、碱性长石以及磷石膏，其不需要消耗粘土、页岩以及粉煤灰等价格较高的材料，而是使用分布较广的剥离土、碱性长石等为原料，不仅提高了矿物的利用率，而且还降低了陶粒的生产成本。而且，所述超轻陶粒制备时，其煅烧时陶粒不开裂且稳定性较好，陶粒的表面坚硬光滑，开孔少，吸水率低，筒压强度高。
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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所述的超轻陶粒的制备方法示意图。
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，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
本发明提供了一种超轻陶粒，按质量百分数计，包括以下组分：剥离土80％～95％、碱性长石5％～20％以及磷石膏2％～4％。
作为上述方案的优选，所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6％～8％、SiO2 53％～56％、Al2O3 17％～19％、Fe2O3 10％～12％、CaO 1％～2％、MgO 1％～2％、K2O 3％～4％、Na2O 0～1％、SO3 0～0.1％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母72％～74％、石英19％～23％和长石3％～6％。
作为上述方案的优选，所述碱性长石为钾长石或钠长石或钾长石与钠长石混合物。
作为上述方案的优选，所述磷石膏为二水磷石膏或半水磷石膏。
作为上述方案的优选，所述超轻陶粒的堆积密度为300～500kg/m3，1小时吸水率为0.5％～4％。
本发明还提供了一种超轻陶粒的制备方法，所述制备方法用于制备所述的超轻陶粒，包括：
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在100～110℃的温度下烘干1～3小时；
S3：按质量百分数计，将80％～95％的剥离土、5％～20％的碱性长石以及2％～4％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球；
S5：将生料球放入烘箱内，在60～80℃的温度下烘干2～3小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理；
S7：将高温炉以15～25℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
作为上述方案的优选，步骤S3中形成的所述生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％，这是由于当所述生料的粒径80μm时筛余率不超过40％时，便于生料球的制备。
作为上述方案的优选，步骤S4中形成的所述生料球的粒径为8mm～12mm，这是由于如果所述生料球的粒径较小，则易烧透，但气体容易溢出，膨胀性降低；如果所述生料球的粒径较大，则易烧性不好，容易造成生料球内外受热不均匀，虽气体不易溢出，膨胀性增加，但内部容易出现大孔，容易影响所述超轻陶粒的结构稳定性及强度。
作为上述方案的优选，在步骤S6中，对经过烘干处理的生料球进行预热处理时的温度为300℃～400℃，时间为10min～30min。
作为上述方案的优选，在步骤S7中，对经过预热处理的生料球进行高温煅烧处理时的温度为1220℃～1250℃，时间为15min～20min，这是由于对经过烘干处理的生料球进行高温煅烧处理时，煅烧温度越高、煅烧时间越长，则所述超轻陶粒的堆积密度越低。
以下为本发明的具体实施例。
实施例一
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将91.5％的剥离土、5％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为350℃，时间为25min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为半水磷石膏。
实施例二
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将87％的剥离土、9.5％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为320℃，时间为25min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为半水磷石膏。
实施例三
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将82％的剥离土、14.5％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为320℃，时间为10min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为二水磷石膏。
实施例四
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将77％的剥离土、19.5％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为320℃，时间为10min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为二水磷石膏。
对比例一
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将95.5％的剥离土、1％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为350℃，时间为25min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为半水磷石膏。
对比例二
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将71.5％的剥离土、25％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为320℃，时间为10min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为二水磷石膏。
对比例三
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在105℃的温度下烘干2小时；
S3：按质量百分数计，将66.5％的剥离土、30％的碱性长石以及3.5％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料，且生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球，且所述生料球的粒径为8mm-12mm；
S5：将生料球放入烘箱内，在70℃的温度下烘干2小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理，且预热处理的温度为320℃，时间为10min；
S7：将高温炉以20℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理，且高温煅烧处理的温度为1250℃，时间为20min；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
需要说明的是，在本实施例中：
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6.72％、SiO2 53.36％、Al2O3 18.9％、Fe2O3 11.36％、CaO 1.05％、MgO 1.19％、K2O 3.40％、Na2O 0.03％、SO30.01％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母73.39％、石英21.1％和长石5％。
所述碱性长石为钾长石和钠长石组成的混合物，其中含有2.07％的K2O和6.79％的Na2O。
所述磷石膏为二水磷石膏。
为了验证不同陶粒的性能的比较，分别对实施例一-实施例四中的陶粒的物理性能进行检测，结果如下表所示：
Figure BDA0002803258880000111
Figure BDA0002803258880000121
对比例一相较于实施例一、二、三、四，其配料中的剥离土过多且碱性长石过少，使制得的陶粒抗开裂稳定性差，得到的陶粒开裂成小碎石及爆裂状，表面未形成明显的釉皮，且表面积增大，气体易溢出，造成堆积密度较高，1h吸水率也高。
对比例二、三相较于实施例一、二、三、四，其配料中的剥离土较少且碱性长石过多，使制得的陶粒形态不好，出现熔融、塌陷、变形，且发气膨胀不足，堆积密度较高，脆性大；其次，剥离土利用率降低，碱性长石使用率提高，从而成本提高。
将实施例一、二、三、四制备的陶粒与国家标准《GB/T 17431.1-2010轻集料及其试验方法第一部分：轻集料》进行对比，可知，本发明大量采用剥离土所制备的超轻陶粒，在堆积密度为300～400kg/m3的超轻集料范围内时，仍具有较低的吸水率和较高的筒压强度，远优于国家标准的要求，特别适用于配制超低密度混凝土、陶粒泡沫混凝土，配制混凝土时需水量低、流动性好。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种超轻陶粒，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：剥离土80％～95％、碱性长石5％～20％以及磷石膏2％～4％；
所述剥离土的化学成分按质量百分数计，包括：烧失量6％～8％、SiO253％～56％、Al2O3 17％～19％、Fe2O3 10％～12％、CaO 1％～2％、MgO 1％～2％、K2O 3％～4％、Na2O 0～1％、SO3 0～0.1％；所述剥离土的矿物组成按质量百分数计，包括：白云母72％～74％、石英19％～23％和长石3％～6％；所述碱性长石为钾长石或钠长石或钾长石与钠长石混合物；所述磷石膏为二水磷石膏或半水磷石膏；所述超轻陶粒的堆积密度为300～500kg/m3，1小时吸水率为0.5％～4％。
2.一种超轻陶粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1所述的超轻陶粒，包括：
S1：将剥离土进行破碎处理，并确保粒径小于8mm；
S2：将经过破碎处理的剥离土放入烘箱内，在100～110℃的温度下烘干1～3小时；
S3：按质量百分数计，将80％～95％的剥离土、5％～20％的碱性长石以及2％～4％的磷石膏混合、并进行粉磨以形成生料：
S4：将生料放入造粒机中以形成生料球；
S5：将生料球放入烘箱内，在60～80℃的温度下烘干2～3小时；
S6：将经过烘干处理的生料球放入高温炉内，进行预热处理；
S7：将高温炉以15～25℃/min的升温速度进行加热，以对位于所述高温炉内的生料球进行高温煅烧处理；
S8：将经过高温煅烧处理的生料球自然冷却即得到超轻陶粒。
3.根据权利要求2所述的超轻陶粒的制备方法，其特征在于，步骤S3中形成的所述生料的粒径为80μm时筛余率不超过40％。
4.根据权利要求2所述的超轻陶粒的制备方法，其特征在于，步骤S4中形成的所述生料球的粒径为8mm～12mm。
5.根据权利要求2所述的超轻陶粒的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，对经过烘干处理的生料球进行预热处理时的温度为300℃～400℃，时间为10min～30min。
6.根据权利要求2所述的超轻陶粒的制备方法，其特征在于，在步骤S7中，对经过预热处理的生料球进行高温煅烧处理时的温度为1220℃～1250℃，时间为15min～20min。
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