CN113526976A - 一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废处置及资源化技术领域，旨在解决现有技术中利用固废制备陶粒的方法，配方复杂，添加的粘结剂、发泡剂、助熔剂等种类繁多，经济性较差，难以工业化应用的问题，提供一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒，采用本发明所述的方法，将煤矸石和钢渣分别粉磨均化，并按一定比例配料，将配好的生料粉进行均化、造粒、陈腐、干燥、焙烧、冷却等过程，并严格控制各个处理过程中的各项参数，得到的成品陶粒，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求，利用煤矸石和钢渣为原料烧制陶粒，节约了珍贵的粘土、页岩等资源，有效利用了煤矸石、钢渣大宗固体废物，实现了固废的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。

Description

一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒
技术领域
本发明涉及固废处置及资源化技术领域，具体而言，涉及一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒。
背景技术
煤矸石是煤炭开采过程中产生的固体废弃物，钢渣是炼钢过程产生的大宗工业固体废物，煤矸石、钢渣均是我国排放量最大的工业固废之一。煤矸石、钢渣大宗固废处置难，而且煤矸石、钢渣堆积会造成大量土地占用、水土流失、地质沙漠化等环境问题。因此大宗固废减量化、资源化处置迫在眉睫。
陶粒是一种优良的节能建材，具有良好保温、隔热、高强、抗渗、轻质、隔音等优点。近年来市场应用广泛，潜力巨大。
现有技术中利用固废制备陶粒的方法，配方复杂，添加的粘结剂、发泡剂、助熔剂等种类繁多，经济性较差，难以工业化应用。
发明内容
本发明旨在提供一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒，以解决现有技术中利用固废制备陶粒的方法，配方复杂，添加的粘结剂、发泡剂、助熔剂等种类繁多，经济性较差，难以工业化应用的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，包括以下步骤：
S1：将煤矸石、钢渣分别粉磨至一定粒径，得到煤矸石粉、钢渣粉；
S2：将合格粉料分别进行均化；
S3：按一定配比将煤矸石粉、钢渣粉配成生料粉；
S4：将配好的生料粉进一步完成均化；
S5：将生料粉与一定比例的水加入连续造粒机中完成造粒，得到生陶粒；
S6：将生陶粒置于陈腐仓内进行陈腐；
S7：陈腐后将陶粒放入干燥机内完成干燥；
S8：将干燥后的陶粒放入焙烧窑内完成焙烧；
S9：将陶粒用冷却机冷却，得到成品煤矸石-钢渣陶粒。
本发明所述的方法利用煤矸石和钢渣为原料烧制陶粒，不仅节约了珍贵的粘土、页岩等资源，而且解决了煤矸石、钢渣大宗固体废物的有效处置，真正实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。
本发明制备陶粒的方法有别于现有技术中的陶粒制备方法，本发明生产原料只使用煤矸石、钢渣固废，工艺配比简单，生产过程中不添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等。
一般传统陶粒配方多采用的粘结剂为粘土质原料，主要因为粘土质原料具有较好的粘性及可塑性，粘土遇水产生粘聚力，可使其形态凝聚不散。而可塑性是指能在外力作用下能塑造各种形状而不发生开裂，外力撤除后仍能保持形貌不变。
粘土的粘性及可塑性可以使生陶粒更好的成型和减少破损率，而本申请采用的煤矸石原料本来就具备一定的粘性及可塑性，煤矸石作地质层中煤炭的伴生材料，能够与其结合依附，意味其本身具备一定粘性，这就为与其他材料的融合提供了基础。煤矸石原料经过本发明中粉磨、均化、陈腐后，塑性指数可大大提高，因此不需要加入粘结剂改善粘性及可塑性。
另一方面，完成陶粒的烧制生料化学组成需满足一定要求，SiO2、Al2O3、助熔剂等成分需进行合理的搭配，一般会添加助熔剂等校正料调整其化学成分组成。而本发明中两种原材料的化学组分搭配合理，满足陶粒生产的需要，不需要另加助熔剂等校正料。
此外，因煤矸石含有少量煤炭而具有一定的热值，在烧制过程中可发生体积膨胀，释放一定量气体，形成多孔陶粒，因此不需要添加碳粉等发泡剂成分。
采用本发明所述的方法，将配好的生料粉进行均化、造粒、陈腐、干燥、焙烧、冷却等过程，并严格控制各个处理过程中的各项参数，得到的成品陶粒，粒径0.10-20mm，堆积密度在700-1200kg/m3左右，筒压强度5-7MPa之间，吸水率＜10％，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求。
综上所述，本发明采用煤矸石和钢渣作为原料，由于煤矸石自身的性质再加上经历粉磨、均化、陈腐过程后，煤矸石具备足够的粘性和可塑性，因此无需加入粘结剂，煤矸石和钢渣搭配合理，满足陶粒生产的需要，不需要另加助熔剂等校正料。因此，本发明制备陶粒所使用的原料种类少，无需添加多余物质，节约了粘土、页岩资源，经济性好，而且有效利用了工业固废，缓解了环境压力，提高了经济效益。
在一种实施方式中：
S1中，煤矸石粉粒径为80μm筛余≤20％，钢渣粉粒径为80μm筛余≤15％。
在一种实施方式中：
S2中，将合格粉料在均化仓或均化库中进行均化。
在一种实施方式中：
S3中，煤矸石粉占比60％-80％，钢渣粉占比20％-40％；
S3中，配好的生料粉的化学成分组成包括:Si02：36％-55％，Al203：20-14％，Fe2O3+FeO：10％-15％，CaO+MgO：15％-22％，K2O+Na2O：1％-2％。
本发明中两种原材料的化学组分搭配合理，满足陶粒生产的需要，不添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等。
有别于传统陶粒的原料化学组成，一般烧制陶粒化学成分组成范围为：SiO2含量(53％-79％)、助熔物含量(Fe2O3+FeO+CaO+MgO+K2O+Na2O：8％-24％)。本发明突破了传统陶粒原料化学组成中高硅、低助熔的特点，本发明中原料化学组成中SiO2含量较低(36％-55％)，而助熔物含量较高(Fe2O3+FeO+CaO+MgO+K2O+Na2O：26％-39％)，具有低硅、高助熔的特点，可在低烧成温度下生产出高强度陶粒。
在一种实施方式中：
S4中，配好的生料粉通过混料装置、混合均化库完成再均化。
多级均化可使原材料组分波动更小，性质更加稳定，有利于后期造粒及烧成。
在一种实施方式中：
所述混料装置为混料机。
在一种实施方式中：
S5中，造粒喷雾用水量占生料粉的15％-18％。
在一种实施方式中：
S6中，陶粒陈腐时间大于24h。
采用陈腐工艺，陈腐后的陶粒水分分布更加均匀，有利于后期陶粒烧成，其光度、强度、合格率等性能指标，也会随之提升。
在一种实施方式中：
S7中，干燥温度为100-200℃、时间为2-3h。
在一种实施方式中：
S8中，焙烧过程包括预热段和烧结段，预热段温度450-800℃，时间为10-15min，烧结段温度1050-1130℃，时间为8-15min。
在一种实施方式中：
S9中，陶粒冷却过程为：高温陶粒先急冷3-5min至700℃，再缓慢冷却8-10min至400℃，最后在急冷3-5min至110-150℃。
本发明中陶粒采用干燥+预热+烧成三段式制备工艺，冷却采用急冷+缓冷+急冷的组合模式。各温度段配置合理，可有效防止陶粒破损、开裂。也可提高产品强度等性能指标。
一种陶粒，所述陶粒采用上述方法所制备，所述陶粒的原料为煤矸石和钢渣。
陶粒的原料种类少，充分利用了工业固废煤矸石和钢渣，无需添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等，制造工艺简单，成本低，经济性好，解决了煤矸石、钢渣大宗固体废物的有效处置，真正实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。
在一种实施方式中：
陶粒的堆积密度在700-1200kg/m3左右，筒压强度5-7MPa之间，吸水率＜10％，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求。
在一种实施方式中：
采用煤矸石粉和钢渣粉制备所述陶粒，按重量百分比计，煤矸石粉的含量为60％-80％，钢渣粉的含量为20％-40％。
在一种实施方式中：
按煤矸石粉：钢渣粉为80％：20％的比例配制生料粉，生料粉化学成分组成:Si02：48％，Al203：19％，Fe2O3+FeO：11％，CaO+MgO：15％，K2O+Na2O：2％，得到成品煤矸石-钢渣陶粒，粒径为5mm，堆积密度为900kg/m3，筒压强度6.5MPa，吸水率10％。
在一种实施方式中：
按煤矸石粉：钢渣粉为60％：40％的比例配制生料粉，生料粉化学成分组成:Si02：42％，Al203：16％，Fe2O3+FeO：15％，CaO+MgO：20％，K2O+Na2O：2％，得到成品煤矸石-钢渣陶粒，粒径为10mm，堆积密度为1000kg/m3，筒压强度6.7MPa，吸水率8％。
一种陶粒的配方，它包括按重量百分比计的煤矸石60％-80％、钢渣20％-40％。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法及陶粒的有益效果是：
1、本发明生产原料只使用煤矸石、钢渣固废，生产过程中不添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等。
2、利用煤矸石和钢渣为原料烧制陶粒，不仅节约了珍贵的粘土、页岩等资源，而且解决了煤矸石、钢渣大宗固体废物的有效处置，真正实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。
3、工艺配比简单，方案经济可行，适合工业化生产。
4、采用本发明所述的方法，将配好的生料粉进行均化、造粒、陈腐、干燥、焙烧、冷却等过程，并严格控制各个处理过程中的各项参数，得到的成品陶粒，粒径0.10-20mm，堆积密度在700-1200kg/m3左右，筒压强度5-7MPa之间，吸水率＜10％，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求。
本发明所述的陶粒的有益效果是：
陶粒的原料种类少，充分利用了工业固废煤矸石和钢渣，无需添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等，制造工艺简单，成本低，经济性好，解决了煤矸石、钢渣大宗固体废物的有效处置，真正实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。
附图说明
图1为本发明所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出一种陶粒，所述陶粒的原料为煤矸石和钢渣，所述陶粒的配方是：它包括按重量百分比计的煤矸石60％-80％、钢渣20％-40％，化学成分组成包括:Si02：36％-55％，Al203：20-14％，Fe2O3+FeO：10％-15％，CaO+MgO：15％-22％，K2O+Na2O：1％-2％。
该陶粒的原料种类少，充分利用了工业固废煤矸石和钢渣，无需添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等，成本低，经济性好，解决了煤矸石、钢渣大宗固体废物的有效处置，真正实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，适合在工业上大规模推广使用。
实施例2
参见图1，本实施例提出一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，包括以下步骤：
S1：将煤矸石粉磨至粒径为80μm筛余≤15％，将钢渣粉磨至粒径为80μm筛余≤10％，得到煤矸石粉、钢渣粉；
S2：将煤矸石粉、钢渣粉分别置于均化库内充分均化；
S3：按煤矸石粉：钢渣粉为80％：20％的比例配制生料粉，生料粉化学成分组成:Si02：48％，Al203：19％，Fe2O3+FeO：11％，CaO+MgO：15％，K2O+Na2O：2％；
S4：将配好的生料粉通过均化库完成再均化；
S5：将生料粉与一定比例的水加入连续造粒机中完成造粒，得到生陶粒，其中，造粒喷雾用水量占生料粉的15％；
S6：将生陶粒置于陈腐仓内进行陈腐，陈腐时间25h；
S7：陈腐后将陶粒放入干燥机内完成干燥，干燥温度为150℃、时间为2.5h；
S8：将干燥后的陶粒放入焙烧窑内完成焙烧，焙烧过程包括预热段和烧结段，焙烧窑中预热段温度600℃，时间为15min，烧结段温度1080℃，时间为12min；
S9：将陶粒用冷却机先急冷3-5min至700℃，再缓慢冷却8-10min至400℃，最后在急冷3-5min至110-150℃，得到成品煤矸石-钢渣陶粒，该陶粒的粒径为5mm，堆积密度为900kg/m3，筒压强度6.5MPa，吸水率10％。
本发明生产原料只使用煤矸石、钢渣固废，生产过程中不添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等，工艺配比简单，方案经济可行，适合工业化生产，采用本方法得到的成品陶粒，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求，具体的，满足《中华人民共和国国家标准轻集料及其试验方法》中的要求。
需要说明的是，本发明不仅在生产原料上进行突破，仅采用煤矸石、钢渣两种固废，另外提出了煤矸石、钢渣的具体配比，并结合了本方法中的一系列处理过程，包括均化、造粒、陈腐、干燥、焙烧、冷却等操作，以及这些处理过程中参数的控制，包括用水量、陈腐时间、干燥温度及时间、焙烧温度及时间、冷却温度等，在各个方面的配合下，制造出了达到高强陶粒标准要求的陶粒，具有巨大的经济价值，能够在工业上大量生产，实现了固体废物的减量化、无害化和资源化，节约了珍贵的粘土、页岩等资源，而且带来了陶粒这项收益。
实施例3
本实施例提出一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，包括以下步骤：
S1：将煤矸石粉磨至粒径为80μm筛余≤10％，将钢渣粉磨至粒径为80μm筛余≤5％，得到煤矸石粉、钢渣粉；
S2：将煤矸石粉、钢渣粉分别置于均化库内充分均化；
S3：按煤矸石粉：钢渣粉为60％：40％的比例配制生料粉，生料粉化学成分组成:Si02：42％，Al203：16％，Fe2O3+FeO：15％，CaO+MgO：20％，K2O+Na2O：2％；
S4：将配好的生料粉通过混料装置+均化库完成再均化；
S5：将生料粉与一定比例的水加入连续造粒机中完成造粒，得到生陶粒，其中，造粒喷雾用水量占生料粉的17％；
S6：将生陶粒置于陈腐仓内进行陈腐，陈腐时间30h；
S7：陈腐后将陶粒放入干燥机内完成干燥，干燥温度为200℃、时间为3h；
S8：将干燥后的陶粒放入焙烧窑内完成焙烧，焙烧过程包括预热段和烧结段，焙烧窑中预热段温度700℃，时间为12min，烧结段温度1110℃，时间为8min；
S9：将陶粒用冷却机先急冷3-5min至700℃，再缓慢冷却8-10min至400℃，最后在急冷3-5min至110-150℃，得到成品煤矸石-钢渣陶粒，该陶粒的粒径为10mm，堆积密度为1000kg/m3，筒压强度6.7MPa，吸水率8％。
本发明生产原料只使用煤矸石、钢渣固废，生产过程中不添加任何粘结剂、发泡剂、助熔剂等，工艺配比简单，方案经济可行，适合工业化生产，采用本方法得到的成品陶粒，各项性能指标满足规范要求，达到高强陶粒标准要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1：将煤矸石、钢渣分别粉磨至一定粒径，得到煤矸石粉、钢渣粉；
S2：将合格粉料分别进行均化；
S3：按一定配比将煤矸石粉、钢渣粉配成生料粉；
S4：将配好的生料粉进一步完成均化；
S5：将生料粉与一定比例的水加入连续造粒机中完成造粒，得到生陶粒；
S6：将生陶粒置于陈腐仓内进行陈腐；
S7：陈腐后将陶粒放入干燥机内完成干燥；
S8：将干燥后的陶粒放入焙烧窑内完成焙烧；
S9：将陶粒用冷却机冷却，得到成品煤矸石-钢渣陶粒。
2.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S1中，煤矸石粉粒径为80μm筛余≤20％，钢渣粉粒径为80μm筛余≤15％。
3.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S2中，将合格粉料在均化仓或均化库中进行均化。
4.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S3中，煤矸石粉占比60％-80％，钢渣粉占比20％-40％；
S3中，配好的生料粉的化学成分组成包括:Si02：36％-55％，Al203：20-14％，Fe2O3+FeO：10％-15％，CaO+MgO：15％-22％，K2O+Na2O：1％-2％。
5.根据权利要求4所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S4中，配好的生料粉通过混料装置、混合均化库完成再均化。
6.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S5中，造粒喷雾用水量占生料粉的15％-18％。
7.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S6中，陶粒陈腐时间大于24h。
8.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S7中，干燥温度为100-200℃、时间为2-3h。
9.根据权利要求1所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法，其特征在于：
S8中，焙烧过程包括预热段和烧结段，预热段温度450-800℃，时间为10-15min，烧结段温度1050-1130℃，时间为8-15min。
10.一种陶粒，其特征在于：
所述陶粒采用权利要求1-9任一所述的利用煤矸石及钢渣制备陶粒的方法所制备，所述陶粒的原料为煤矸石和钢渣。
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