CN112851166A - 一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，包括如下步骤：(1)将采集的矿山剥离土进行倒浆分散，采用10微米的标准筛筛下浆料，压滤干燥后，得到矿山剥离土原料；(2)按照如下配方进行配置免烧陶粒原料混合物，然后进行混合搅拌陈化处理；(3)混料、搅拌，然后在圆盘造粒机中进行成球造粒，得到成球陶粒；(4)养护，烘干，即可得到高强免烧陶粒。本发明不仅二次利用了矿山剥离土，解决了其难以处理的难题，而且变废为宝，得到了有价值的免烧陶粒，取得了良好的经济效益。

Description

一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法
技术领域
本发明涉及一种免烧陶粒的制备方法，涉及矿山剥离土资源的二次利用技术，具体是一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法。
背景技术
矿山在开采过程中会产生大量的剥离土，该类剥离土主要成分为石英、高岭石、蒙脱石、云母等非金属矿物成分，且经过长时间的风化，基本不存在大颗粒，小于2微米的颗粒占比达到80％～90％，随着矿山开采高度的下降，形成的矿山剥离土也大大增加。
现有技术中，针对这部分矿山剥离土的处理方式是堆放填埋，然而，这种方式存在如下问题：(1)矿山剥离土的堆存产生的运输费用极大，给企业带来了极大的经济压力；(2)矿山剥离土的大量堆积，会破坏地表植被，造成严重的土壤问题，直接危害周边环境；(3)堆积的矿山剥离土若遭遇长时间强降雨，极有可能诱发山洪、泥石流和山体滑坡等自然灾害，直接危害人民生命、财产安全。因此，现有的处理方式存在一系列的经济、社会和环境问题。如何二次利用这部分材料，变废为宝，显然具有积极的现实意义。
另一方面，陶粒在近几年得到了飞速发展，其是人造建筑轻骨料的简称，其具有球状的外形，表面光滑而坚硬，内部呈蜂窝状，有密度小、热导率低、强度高的特点，在耐火材料行业中，陶粒主要用于作隔热耐火材料的骨料。此外，陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等，特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点。利用陶粒这些优异的性能，可以将它广泛应用与建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门，应用领域越来越广，还在继续扩大。
传统的陶粒一般是以粘土和页岩焙烧而成，这不仅需要大量开采优质粘土和页岩矿山，破坏耕地和自然环境，而且焙烧过程(焙烧温度高达800～900℃)存在能耗高和环境污染严重的问题，不符合节能和环保的原则。因此利用固体废弃物制备免烧型陶粒必然是大势所趋。
免烧陶粒就是不用焙烧的陶粒，这种陶粒是利用少量水泥等物质为胶结材料，以活性固体废弃物为填料，再配以外加剂及其他辅助材料，经造粒后，自然养护(如太阳能养护、蒸汽养护、蒸压养护)而成的人造轻集料，密度为500～1000kg/m3，多用于结构保温混凝土、轻质砌块和墙板。但是按常规技术生产的免烧陶粒，由于其空隙中水分蒸发造成毛细孔较多，因此吸水率会高于焙烧陶粒，通常大于15％；此外，在使用大量密度较大的固体废弃物制备陶粒时，其堆积密度也会较高，一般很难达到轻质的要求。因此，由于免烧陶粒存在吸水率高、强度低等问题，仍然需要进一步的研发。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，包括如下步骤：
(1)将采集的矿山剥离土进行倒浆分散，采用10微米的标准筛筛下浆料，压滤干燥后，得到矿山剥离土原料；
以重量计，所述矿山剥离土原料中粒径小于2微米的颗粒占比为80％～90％；
(2)按照如下配方进行配置免烧陶粒原料混合物，然后进行混合搅拌陈化处理；
所述免烧陶粒原料混合物的配方如下，以重量计：
Figure BDA0002875063460000021
所述粉煤灰的粒径范围为40～60微米；
(3)将步骤(2)得到的混合物放入混料机中，低速搅拌3-5分钟，然后在圆盘造粒机中进行成球造粒，得到成球陶粒；
(4)将步骤(3)得到的成球陶粒置于恒温恒湿养护箱进行养护，然后在105℃烘箱烘干至恒重，即可得到高强免烧陶粒；
所述高强免烧陶粒的吸水率为8～10％，筒压强度为8～9MPa。
上文中，所述高强免烧陶粒的粒径范围是1～5mm。
优选的，所述步骤(1)中，所述矿山剥离土原料的成分如下，以重量计：
Figure BDA0002875063460000031
上文中，石英在陶粒中充当骨架，是陶粒强度的基本保证；一定量的高岭石和蒙脱石的存在，有利于提升剥离土的塑性，从而增加了剥离土粉料与其他原料的粘结性能，有助于陶粒的成球。
优选的，所述步骤(2)中，所述矿山剥离土原料和粉煤灰的质量比为1：1～3.5。
优选的，所述步骤(2)中，所述水泥为425标准水泥。
优选的，所述步骤(2)中，所述矿粉为S90及以上活性矿粉。
优选的，所述步骤(3)中，所述圆盘造粒机的转速为10-35r/min，倾角20-40°。进一步优选的，所述圆盘造粒机的转速为15-30r/min，更优选为20-25r/min；进一步优选的，倾角为25-35°，更优选为28-32°。
优选的，所述步骤(4)中，所述养护条件为：温度20-21℃，湿度为90-93％，养护时间为10-15天。
优选的，所述高强免烧陶粒的吸水率为8.5～9％，筒压强度为8.3～8.6MPa。
本发明同时请求保护一种采用上述制备方法得到的高强免烧陶粒。该高强免烧陶粒的吸水率为8～10％，筒压强度为8～9MPa。优选的，吸水率为8.5～9％，筒压强度为8.3～8.6MPa。
本发明的工作机理如下：干燥的粉料一般都具有亲水性，在颗粒表面分子力作用下，水分子被吸附在粉料表面；由于分子引力的作用，在吸附水外层又形成一层薄膜水，薄膜水内层靠近颗粒，受其吸力作用较强，称强结合水，它与吸附水称为最大分子水，可使粉料成形，但仍不具塑性；薄膜水的外层更接近于自由水，可以在外力作用下发生塑性变形；当粉料被水润湿其量超过薄膜水时，在颗粒间出现毛细水，开始为触点态，使颗粒连接起来，进一步润湿时则呈蜂窝态，在水的表面张力及外力作用下，颗粒团聚，继续润湿出现饱和态毛细水，使颗粒之间产生最大的毛细力。细粒径剥离土的加入，增加了原料体系的比表面积，亲水性增大，使得颗粒间的吸附力，在水的表面张力及外力作用下，颗粒团聚，促使了陶粒吸水率的降低，筒压强度的增加。随着水泥水化反应的进行，后期养护过程中，陶粒筒压强度继续增加。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，不仅二次利用了矿山剥离土，解决了其难以处理的难题，而且变废为宝，得到了有价值的免烧陶粒，取得了良好的经济效益；
2、实验证明，相比现有技术，采用本发明的配方制得的高强免烧陶粒不仅具有极高的筒压强度，而且吸水率较低，且可以达到轻质的要求；
3、本发明的制备方法简单易行，且成本极低，相比现有技术，成本节约了约25％，取得了显著的效果，更适于商业上的成功，因此适于推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一中的免烧陶粒的外观形态图。
图2是本发明实施例一中矿山剥离土的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，包括如下步骤：
(1)将采集的矿山剥离土进行倒浆分散，浆料过10微米的标准筛，将筛下浆料压滤干燥后，作为免烧陶粒制备的矿山剥离土原料；
(2)成分配料：分别称取上述步骤(1)的矿山剥离土1kg，粉煤灰3.5kg，425标准水泥0.4kg，矿粉0.1kg；然后进行混合搅拌陈化处理；
(3)混合搅拌：将上述混合物放入混料机中，低速搅拌4分钟；
(4)成球造粒：将混合料在圆盘造粒机中进行造粒，先将圆盘造粒机转速调整为15r/min，倾角为30°，待粉料均匀撒于圆盘后，采用喷雾方式加水，观察粉料成球状态，待大部分粉料成为小颗粒后，再添加粉料，如此反复操作，待陶粒大小达到所需要求后，将大颗粒筛出，小颗粒继续留在圆盘中，加入粉料，如此反复操作，制得成球陶粒；
(5)标准养护：将上述成球陶粒置于恒温恒湿养护箱进行养护，养护条件设定为温度20℃，湿度93％，时间为10天；
(6)性能测试：将养护后的陶粒进行105℃烘箱烘干至恒重，测试陶粒的筒压强度为8.49MPa，吸水率8.42％。
上述矿山剥离土的成分如下，以重量计：
Figure BDA0002875063460000051
图1是免烧陶粒的外观形态图。图2是矿山剥离土的X射线衍射图谱。说明采用的剥离土均属于无机硅酸盐矿物，且成分较为复杂。有一定代表性。
实施例二
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰3.0kg，425标准水泥0.35kg，矿粉0.1kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
实施例三
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰2.5kg，425标准水泥0.30kg，矿粉0.09kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
实施例四
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰2.0kg，425标准水泥0.28kg，矿粉0.08kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
实施例五
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰1.0kg，425标准水泥0.25kg，矿粉0.07kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
对比例一
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰0.8kg，425标准水泥0.25kg，矿粉0.07kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
对比例二
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其步骤(2)中的配方：矿山剥离土1kg，粉煤灰4.1kg，425标准水泥0.35kg，矿粉0.1kg。
成球造粒和标准养护的步骤相同。
对比例三
一种制备免烧陶粒的方法，其制备过程如下：
(1)成分配料：粉煤灰4.5kg，425标准水泥0.4kg，矿粉0.1kg；然后进行混合搅拌陈化处理；
(2)混合搅拌：将上述混合物放入混料机中，低速搅拌4分钟；
(3)成球造粒：将混合料在圆盘造粒机中进行造粒，先将圆盘造粒机转速调整为15r/min，倾角为30°，待粉料均匀撒于圆盘后，采用喷雾方式加水，观察粉料成球状态，待大部分粉料成为小颗粒后，再添加粉料，如此反复操作，待陶粒大小达到所需要求后，将大颗粒筛出，小颗粒继续留在圆盘中，加入粉料，如此反复操作，制得成球陶粒；
(4)标准养护：将上述成球陶粒置于恒温恒湿养护箱进行养护，养护条件设定为温度20℃，湿度93％，时间为10天；即可得到最终产品陶粒。
测试上述实施例和对比例的性能，结果如下表所示：
Figure BDA0002875063460000071
由上表可见，当采用相同的制备工艺时，矿山剥离土和粉煤灰的比例非常重要，当两者的质量比处于1：1～3.5时，可以得到筒压强度高、吸水率低的免烧陶粒；而当对比例一中两者的比例为1：0.8时，得到的陶粒的筒压强度明显大大降低；而当对比例二中两者的比例为1：4.1时，得到的陶粒的吸水率明显大大增加；当对比例三中完全采用粉煤灰时，得到的陶粒筒压强度高，吸水率低，但是粉煤灰作为一种重要资源，价格较高，全部利用粉煤灰制备免烧陶粒，与利用剥离土混掺相比，生产成本高出至少30％。
对比例四
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于利用珍珠岩尾矿(10-15份)和(70-90份)S95级矿粉为主要原料，添加水玻璃(5-10份)为碱激发剂，制备的免烧陶粒强度6.09MPa，吸水率4.88％。
结果参见下表：
Figure BDA0002875063460000081
由上表可见，对比例四中，珍珠岩尾矿的利用率仅为10-15％，尾矿利用率不高，吸水率低的原因也仅仅是因为在陶粒成球后涂抹了一层水玻璃硅酸钠。
对比例五
一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其制备过程与实施例一相同，不同之处在于其采用的矿山剥离土的粒径不同，本对比例采用的是粒径为0.1～1mm矿山剥离土。
结果参见下表：
Figure BDA0002875063460000082
由上可见，采用0.1-1mm的矿山剥离土制备的免烧陶粒，颗粒间的密实度有所降低，陶粒内部的孔隙增多，一方面增加了陶粒的吸水率，另一方面也会降低免烧陶粒的筒压强度。
上述实施例和对比例中，筒压强度的检测方法采用的是GB/T17431.2-1010；吸水率的检测方法采用的是GB/T17431.2-1010。
以上发明所述的特定实施例，对本技术领域的技术人员来讲显而易见的是，在不背离本发明实质和范围的情况下可作为许多其他的改变和变形，因此，所附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有此类改变和变形。

Claims (9)

1.一种采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将采集的矿山剥离土进行倒浆分散，采用10微米的标准筛筛下浆料，压滤干燥后，得到矿山剥离土原料；
以重量计，所述矿山剥离土原料中粒径小于2微米的颗粒占比为80％～90％；
(2)按照如下配方进行配置免烧陶粒原料混合物，然后进行混合搅拌陈化处理；
所述免烧陶粒原料混合物的配方如下，以重量计：
Figure FDA0002875063450000011
所述粉煤灰的粒径范围为40～60微米；
(3)将步骤(2)得到的混合物放入混料机中，低速搅拌3-5分钟，然后在圆盘造粒机中进行成球造粒，得到成球陶粒；
(4)将步骤(3)得到的成球陶粒置于恒温恒湿养护箱进行养护，然后在105℃烘箱烘干至恒重，即可得到高强免烧陶粒；
所述高强免烧陶粒的吸水率为8～10％，筒压强度为8～9MPa。
2.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述矿山剥离土原料的成分如下，以重量计：
Figure FDA0002875063450000012
3.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述矿山剥离土原料和粉煤灰的质量比为1：1～3.5。
4.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述水泥为425标准水泥。
5.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述矿粉为S90及以上活性矿粉。
6.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述圆盘造粒机的转速为10～35r/min，倾角20-40°。
7.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述养护条件为：温度20-21℃，湿度为90-93％，养护时间为10-15天。
8.根据权利要求1所述的采用矿山剥离土制备高强免烧陶粒的方法，其特征在于：所述高强免烧陶粒的吸水率为8.5～9％，筒压强度为8.3～8.6MPa。
9.由权利要求1至8任一所述的制备方法得到的高强免烧陶粒。
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