CN113372129A - 一种以修复后土壤制备的疏水轻质陶粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轻集料开发领域，具体涉及一种轻质陶粒及其制备方法,该轻质陶粒是由修复后污染土壤、黏土、废陶瓷、废玻璃、煤粉和水复配后，在经制球、烧制而成。本发明的轻质陶粒以修复后污染土壤、废玻璃与陶瓷为主要原料，具有原料来源广泛，价格便宜，且可实现固废资源化利用的优势，同时制备的轻质陶粒具有密度小、强度大的特点。因此，本发明可实现废玻璃、陶瓷以及修复后土壤的在建筑材料、绿化材料、工业过滤材料等领域的广泛资源化利用。

Description

一种以修复后土壤制备的疏水轻质陶粒及制备方法
技术领域
本发明属于轻集料开发领域，具体涉及一种以修复后土壤、废玻璃与陶瓷为原料的轻质陶粒及其制备方法。
背景技术
在中国，环境保护的力度越来越大，为避免环境破坏而进行的产业升级、技术革新、结构调整在快速进行，由此而腾出大批的老旧工业用地，例如冶炼厂、化工产品制造厂、农药厂等等，这些腾出的工业用地的土壤被严重污染，既不适合当作农业用地，也不适合作为城市居住区，使得宝贵的土地资源得不到很好的利用。为此，土壤修复是必需的工作。目前主流的处理方法是热处理法和化学还原法，修复后土壤的结构通常会遭到破坏，作为农业用地的效能难以实现。虽然安全性得到改善，但是人们还是出于心理因素，不太接受作为居住用地，因此，仍然需要给恢复后的受污染土壤找到合适的用途。
发明内容
本发明的一个目的是，将修复后土壤作为主要原料制备陶粒，实现资源再利用。
本发明的另一个目的是，将根据本发明获得的陶粒用于轻集料混凝土砌块，而降低其吸水率。
根据本发明的轻质陶粒由如下原料制备得到：
修复后土壤 20-40
黏土 10-30
废弃玻璃 10-35
废弃陶瓷 20-40
煤 2.5-30
水 10-25
石蜡 0.5-10。
本发明提供的陶粒，以修复后土壤、废弃玻璃、废弃陶瓷与石蜡为主要原料，不仅具有原料来源广泛且便宜，可有效缓解修复后土壤及废弃玻璃、陶瓷的处置难题，同时，所制产品具有强度大、吸水率低的优势，最大筒压强度可达5.8MPa以上。
具体实施方式
本发明基于这样的构思，修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷的主要化学成分是SiO2、Al2O3，并含有碱金属以及铁的氧化物，具有作为陶粒生产原料的潜质。而陶粒具有隔热阻燃、防潮阻湿、质轻坚硬等优势，被广泛应用于水质净化、建筑工程、园林绿化等行业。因此，基于修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为主要原料的陶粒生产技术，是一条前景广阔的固废资源化途径。
发明人还有这样的考虑：轻集料混凝土砌块具有轻质、抗震、防火、隔热和吸音等优异的性能，己被越来越多地应用于大跨度桥梁和高大建筑之中。但由于轻集料吸水率较高，在同等工作性能的条件下，要求轻集料混凝土砌块较大的水灰比，因而其强度的提高受到限制。如果能将本发明制备的轻质、高强度陶粒用于轻集料混凝土而又降低陶粒吸水率，进而降低其混凝土砌块的吸水率，那么该轻集料混凝土砌块的使用效能会很受期待。
基于上述考虑，本发明提出如权利要求书所述的构思，下面对该技术构思做详细阐释。
本发明中，提到物料的用量时，均是以质量份计，而且是净含量，不包含含有的水分。
根据本发明，制备轻质陶粒的生产原料以质量份计主要由下列组分组成：
Figure BDA0003171602040000021
在一种优选实施方式中，生产原料以质量份计主要由下列组分组成：
Figure BDA0003171602040000022
本发明不排除其他少量助剂或者调节剂的使用，所谓少量是一般不超过上述组合物总质量的10％，优选不超过5％的范围，例如为了使得石蜡均匀分散而使用的分散剂、乳化剂。
本发明中使用一定比例的废陶瓷，为陶粒提供更高的机械强度。废陶瓷可以从建筑垃圾、陶瓷厂废料和城市垃圾分类中获得。废陶瓷需要被加工成200目以下的粉末。
本发明添加较高量的废玻璃是有益的，其在烧结初期提供足够的玻璃相，将土壤中陶瓷成分、废陶瓷成分连接在一起，形成连续基体，原料中的煤粉被加热到足够温度时产生的部分气体被包裹在基体内，具有很好的造孔效果。废弃玻璃优选不超过各原料总和的15％，使所得陶粒具有有利的烧结温度和机械性能。
在配方中，黏土和煤粉是成本相对昂贵的材料，不考虑成本因素，高比例使用添加这两种原料是有利的，高量的黏土赋予生坯很好的粘结性和成型性，黏土自身也是陶瓷成分的主要来源。但是用量过高会提高原料成本。本发明优选15-20份之间的用量。同理，煤粉的优选范围在8-15份之间，在此区间，可以取得造孔能力和成本的更佳平衡。
本发明使用石蜡对获得的陶粒进行表面处理，通常以喷涂或浸渍施加于烧结后的陶粒，赋予陶粒一定的表面疏水性能。所用石蜡以乳液、溶液或热熔液形式提供，可以是液体石蜡，但优选碳原子数在20-36之间的固体石蜡，使用之前将其制成液态，例如溶液或水性乳液，优选以水性乳液方式提供。这借助于适量的表面活性剂得以完成。优选的表面活性剂是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。可以使用的阴离子表面活性剂包括高级脂肪酸的盐和磺酸化物，典型的高级脂肪酸的例子包括硬脂酸、油酸、月桂酸、豆蔻酸、豆蔻酸，这里的盐是碱金属或者碱土金属的盐，典型的是钠盐、钾盐、钙盐，其中钠盐最为优选。磺酸化物选自C10-18烷基磺酸钠、C10-18烷基苯磺酸钠中的一种或多种，典型的例子是二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠。本发明更优选非离子型表面活性剂，例如脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物(泊洛沙姆)。脂肪酸甘油酯的例子包括脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油酯，例如甘油单硬脂酸酯、甘油双硬脂酸酯、甘油三硬脂酸酯、月桂酸单甘油酯，月桂酸双甘油酯等；脂肪酸山梨坦的例子包括山梨坦单硬脂酸酯、山梨坦单油酸酯。聚氧乙烯脂肪酸酯的HLB值优选在6.5-9.5之间，更优选在8.5-9.5之间。聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物的分子量可以在4000-8000之间。
使用上述表面活性剂将石蜡配制成0.2-20％质量浓度的水乳液。如果采取喷涂方法，适用的浓度为不低于5％，优选10-15％。如果是浸渍，适用的浓度在1-5％之间，优选1-3％之间，浸渍的优势是可以对陶粒的内部进行表面处理。喷涂的优势是采用高浓度的乳液集中处理陶粒外表面，其是与混凝土浆接触的绝大部分，可以满足建筑混凝土用途的陶粒的疏水要求。
一般而言，制备本发明的轻质陶粒的步骤为：
(1)将以上所述的修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷干燥去除其水分，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒；
(2)将步骤(1)得到的原料，按照前述比例与煤粉和适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过350-650℃预热后，再经1050-1350℃的焙烧后，最后经过降温后获得轻质陶粒；
(5)按照上述的石蜡质量，将获得轻质陶粒通过喷涂法进行表面疏水改性，最后获得以修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为原料的疏水轻质陶粒。
本发明提供的陶粒制备方法，以修复后土壤、废弃玻璃、废弃陶瓷与石蜡为主要原料，不仅具有原料来源广泛且便宜，可有效缓解修复后土壤及废弃玻璃、陶瓷的处置难题，同时，所制产品具有强度大、吸水率低的优势，最大筒压强度可达5.8MPa以上。
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
陶粒D1的原料组成：
Figure BDA0003171602040000041
陶粒D1的制备方法如下：
(1)将以上所述的修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒，并干燥去除其水分；
(2)将步骤(1)中的各原料，按照比例与煤粉、适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过350℃预热后，再经1260℃的焙烧，冷却后，最后以石蜡为原料通过喷涂法获得最终产物，其中用分子量4000-6000的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物配制质量浓度10％的石蜡乳液。
实施例2
陶粒D2的原料组成：
(1)陶粒D2的组成及原料组份如下：
Figure BDA0003171602040000051
陶粒D2的制备方法如下：
(1)将以上所述的修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒，并干燥去除其水分；
(2)将步骤(1)中的各原料，按照比例与煤粉、适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过400℃预热后，再经1210℃的焙烧后，冷却后，最后以石蜡为原料通过熔融冷凝法获得最终产物陶粒D2，其中用分子量4000-6000的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物配制质量浓度10％的石蜡乳液。
实施例3
陶粒D3的原料组成：
Figure BDA0003171602040000052
陶粒D3的制备方法如下：
(1)将以上所述的修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒，并干燥去除其水分；
(2)将步骤(1)中的各原料，按照比例与煤粉、适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过380℃预热后，再经1225℃的焙烧后，冷却后，以3％的石蜡乳液(以十二烷基苯磺酸钠为分散剂)浸渍所得陶粒，最后经干燥后获得最终产物，即以修复后土壤、废弃玻璃、陶瓷与石蜡为原料的陶粒D3。
实施例4
陶粒D4的原料组成：
Figure BDA0003171602040000061
陶粒D4的制备方法如下：
(1)将以上所述的修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒，并干燥去除其水分；
(2)将步骤(1)中的各原料，按照比例与煤粉、适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过380℃预热后，再经1280℃的焙烧后，最后冷却后，最后以15％石蜡乳液喷涂陶粒，得到陶粒D4。
实施例5
按照《GB/T1743.1-2010轻集料及其试验方法》评价了产品的堆积密度、筒压强度与吸水率，试验结果见表1。
表1以修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为原料的陶粒D1-D4的评价结果
Figure BDA0003171602040000062
从表1可以看出，以修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为原料的陶粒D1-D4的筒压强度均大于4MPa，其中产品D3筒压强度高达5.8MPa，产品的吸水率均低于10％，具有良好的骨架强度和疏水性能。

Claims (7)

1.一种以修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为原料的轻质陶粒，其特征在于，生产原料以质量份计主要由下列组分组成：
Figure FDA0003171602030000011
2.根据权利要求1的轻质陶粒，其生产原料以质量份计主要由下列组分组成：
Figure FDA0003171602030000012
3.制备权利要求1或2所述的轻质陶粒的方法，包括如下步骤：
(1)将修复后土壤、黏土、废弃玻璃与废弃陶瓷干燥去除其水分，分别粉碎至毫米级别以下的颗粒；
(2)将步骤(1)得到的原料，按照前述比例与煤粉和适量水混合后制球；
(3)上述制得湿球在不开裂的前提下，尽快完成生球干燥；
(4)干燥完成后的生球经过350-650℃预热后，再经1050-1350℃的焙烧后，最后经过降温后获得轻质陶粒；
(5)将获得轻质陶粒用石蜡通过进行表面疏水改性，最后获得以修复后土壤、废弃玻璃与陶瓷为原料的疏水轻质陶粒。
4.根据权利要求3所述的轻质陶粒的制备方法，其中，石蜡是以喷涂或浸渍施加于烧结后的陶粒。
5.根据权利要求4所述的轻质陶粒的制备方法，其中，石蜡以乳液、溶液、热熔液形式提供。
6.根据权利要求4所述的轻质陶粒的制备方法，其中，石蜡以质量分数0.2-20％的乳液提供，以喷涂或浸渍施加于烧结后的陶粒。
7.根据权利要求4所述的轻质陶粒的制备方法，其中，用于配制石蜡乳液的分散剂选自以下的一种或多种：C10-20高级脂肪酸的钠盐、钾盐和钙盐、C10-18烷基磺酸钠、C10-18烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物。
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