CN114213141A - 以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于固废、危废物资源回收利用技术领域的以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒及其制备。本发明公布的免烧陶粒，包含以下组分：水玻璃砂粉尘10％‑50％，电石渣4％‑15％，余量为具有火山灰活性的材料。制备方法为：将水玻璃砂粉尘与烘干的电石渣一起球磨，球磨后与粉煤灰、矿粉、赤泥等具备火山灰活性的材料混合，搅拌均匀成为混合粉料，然后利用滚球机滚球成型制备陶粒胚体，静置养护后得到性能良好的中高强免烧陶粒。本发明利用水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂，替代了传统免烧陶粒使用的价格高昂的碱激发剂，极大地降低了免烧陶粒的制备成本，获得了较高经济收益的免烧陶粒。
Description
技术领域
本发明属于固废、危废资源回收利用技术领域，涉及水玻璃砂破碎、再生产生粉尘的回收利用，具体涉及以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒及其制备。
背景技术
水玻璃砂在干法和湿法再生的过程中都要经历破碎、筛选等过程，这个过程中会产生大量的粉尘。干法再生是通过加热灼烧水玻璃砂，使得其表面硬化的水玻璃膜变脆，然后在机械摩擦作用下使得其表面水玻璃膜脱落，这个过程会产生大量的碱性粉末。中国作为铸造大国，每年产生的水玻璃砂粉尘多达百万吨，这些粉末呈现强碱性，其中还含有在铸造过程中残留的重金属，这些废粉如果处理不当会对环境造成极大的威胁。目前这些废粉常用的处理方法就是填埋，但是这种处理方式占用土地且填埋费用高昂，废粉中的重金属在地下也不会自然分解，还会随地下水慢慢渗入到周围的生态环境中，造成极大的环境污染。除填埋外目前针对这些废粉并没有其他合适的处理方案。
免烧陶粒是一种新型的建筑材料，其质地轻、隔热、隔音效果优良。免烧陶粒一般利用碱激发原理激发具备火山灰活性的材料在陶粒内部产生聚合物，其强度高，耐久性好，不需要使用燃料进行灼烧，生产能耗低，环境友好。目前的免烧陶粒都需要添加一定量的碱性激发剂，如NaOH、KOH、水玻璃等，这些价格高昂的试剂使免烧陶粒的制造成本居高不下，不能规模应用。因此目前急需找到一种激发效果好、价格经济的碱激发材料。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒及其制备，采用的技术方案如下：
一种以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒，以质量分数计，包含以下组分：
水玻璃砂粉尘10％-50％，电石渣4％-15％，余量为具有火山灰活性的材料。
进一步地，所述具有火山灰活性的材料选自粉煤灰、赤泥和矿粉中一种或几种。
进一步地，所述的免烧陶粒，其特征在于，以质量分数计，包含以下组分：
水玻璃砂粉尘10％-50％，电石渣4％-15％，粉煤灰10％～40％，赤泥8％～30％，矿粉9％～22％；
优选地，所述赤泥为拜耳法赤泥和/或烧结法赤泥；
优选地，所述矿粉为S95级矿粉；
优选地，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰和/或Ⅲ级粉煤灰。
一种以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒的制备方法，具体步骤为：
将水玻璃砂粉尘、电石渣按比例球磨，球磨后得到混料；
将所述球磨后混料与具有火山灰活性成分的材料混合均匀，得到混合粉料；
将所述混合粉料滚球成型，制得陶粒胚体；
将所述陶粒胚体静置、养护，即得到免烧陶粒；
优选地，所述具有火山灰成分的材料选自粉煤灰、赤泥和矿粉中一种或几种。
进一步地，所述球磨后混料的比表面积为350-400㎡/kg；
优选地，所述球磨的转速为500r/min，时间为10-15min；
优选地，所述电石渣和赤泥在进行球磨前进行烘干操作；
优选地，所述烘干温度为105℃-110℃。
进一步地，所述球磨后混料与具备火山灰活性的材料采用搅拌的方式进行混合；
优选地，所述搅拌速度为500r/min，搅拌时间为5min。
进一步地，所述滚球成型的具体操作为：先取部分混合粉料，开启滚球机，缓慢喷雾使其润湿形成微球，成微球后继续喷雾使微球表面润湿，然后加入少量混合粉料使其粘结在湿润的微球上，不断重复喷雾润湿、加料的过程，使其变大，制备成含水量15％-20％的陶粒胚体。
进一步地，所述陶粒胚体静置时环境温度为35℃-40℃，环境湿度为90％-95％，静置时间为8h-10h。
进一步地，所述养护包括依次进行的蒸汽养护和自然养护；
优选地，所述蒸汽养护时，先以15-20℃/h的升温速率升温至75-85℃，养护8h-10h，再以25-30℃/h降温速率降温至20-30℃完成蒸汽养护；
更优选地，所述蒸汽养护时，先以20℃/h的升温速率升温至80℃，养护8h-10h，再以30℃/h降温速率降温至30℃完成蒸汽养护；
优选地，所述自然养护时，环境温度为室温，环境湿度为80-90％，自然养护时间为7-9d。
更优选地，所述自然养护时，环境温度为室温，环境湿度为90％，自然养护时间为7d。
进一步地，所述免烧陶粒的粒径为5-20mm；
进一步地，所述免烧陶粒的桶压强度为4-7MPa。
本发明取得的有益效果为：
(1)本发明的免烧陶粒包含以下组分：水玻璃砂粉尘10％-50％，电石渣5％-15％，余量为具有火山灰活性的材料，该免烧陶粒以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂，具有火山灰活性的材料为活性被激发材料，利用水玻璃砂粉尘中包含着大量的NaOH和活性SiO2的特性，以水玻璃砂粉尘和电石渣替代传统免烧陶粒使用的价格高昂的碱激发剂，降低了碱激发免烧陶粒的生产成本，使得制造的免烧陶粒具备较高的经济性，且目前没有利用水玻璃砂粉尘作为碱激发剂制备免烧陶粒的相关报道。
本发明利用水玻璃砂废粉和电石渣混磨制备的激发剂激发效果效果良好，可激发其他具备火山灰活性的材料，制备得到的免烧陶粒作为骨料制备的混凝土强度可达4-7Mpa，性能优良且绿色环保，兼具环境和经济的优越性，有着广泛的应用前景。
(2)本发明采用的水玻璃再生废粉为工业危废，以水玻璃砂粉尘作为免烧陶粒的碱激发剂，一方面降低免烧陶粒的生产成本，另一方面在消耗废粉中的碱性物质的同时固化了废粉中的重金属，解决了再生废粉处理难、对环境威胁大的问题，相比填埋更加安全可靠。
(3)本发明采用的工艺简单，可操作性强，以水玻璃砂粉尘和电石渣作为激发剂可与多种具备火山灰活性材料的材料进行复合，适用性强。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明，现参照下列实施例进一步描述本发明。实施例仅用于解释而不以任何方式限制本发明。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。
实施例1
先将约4.5kg湿基电石渣放入烘箱中在105℃下烘干12h至恒重后下冷却至室温，之后取干燥电石渣3.0kg和水玻璃砂粉尘10.0kg混合后放入球磨机中球磨12min，预活化备用；称取粉煤灰3.0kg，矿粉5.0kg，赤泥2.0kg与球磨好的粉料混合，以500r/min的速度搅拌5min混合均匀；取200g混合粉料到陶粒机中，使用喷雾器间歇喷雾10-15次滚成微球，继续喷入少量水使微球表面刚好润湿但不至于粘结在一起，再加入少量粉料包裹在微球表面，不断重复喷水、添料、滚球的过程，制备成含水量20％、直径5-10mm的陶粒胚体；将制备好的陶粒胚体静置于40℃，湿度90％的环境中静置养护8h，产生初始强度，将静置后的陶粒放入蒸汽养护箱中以20℃/h的升温速率升温至80℃，蒸汽养护8h，然后以30℃/min的降温速率降温至30℃完成蒸汽养护，最后将蒸汽养护好的陶粒转入室温，湿度90％环境中养护7d，最终获得筒压强度5.3MPa的中强度免烧陶粒。
实施例2
先将约3.5kg湿基电石渣放入烘箱中在105℃下烘干12h至恒重后下冷却至室温，之后取干燥电石渣2.0kg和水玻璃砂粉尘10.0kg混合后放入球磨机中球磨10min，预活化备用；称取粉煤灰5.0kg，矿粉3.0kg，赤泥2.0kg与球磨好的粉料混合，以500r/min的速度搅拌5min混合均匀；取200g混合粉料到陶粒机中，使用喷雾器间歇喷雾10-15次滚成微球，继续喷入少量水使微球表面刚好润湿但不至于粘结在一起，再加入少量粉料包裹在微球表面，不断重复喷水、添料、滚球的过程，制备成含水量20％、直径5-10mm的陶粒胚体；将制备好的陶粒胚体静置于40℃，湿度90％的环境中静置养护8h，产生初始强度，将静置后的陶粒放入蒸汽养护箱中以20℃/h的升温速率升温至90℃，蒸汽养护8h，然后以30℃/min的降温速率降温至30℃完成蒸汽养护，最后将蒸汽养护好的陶粒转入室温，湿度90％环境中养护7d，最终获得筒压强度4.1MPa的中强度免烧陶粒。
实施例3
先将约2.5kg湿基电石渣放入烘箱中在105℃下烘干12h至恒重后下冷却至室温，之后取干燥电石渣1.0kg和水玻璃砂粉尘10.0kg混合后放入球磨机中球磨8min，预活化备用；称取粉煤灰5.0kg，矿粉2.0kg，赤泥3.0kg与球磨好的粉料混合，以500r/min的速度搅拌5min混合均匀；取200g混合粉料到陶粒机中，使用喷雾器间歇喷雾10-15次滚成微球，继续喷入少量水使微球表面刚好润湿但不至于粘结在一起，再加入少量粉料包裹在微球表面，不断重复喷水、添料、滚球的过程，制备成含水量20％、直径5-10mm的陶粒胚体；将制备好的陶粒胚体静置于40℃，湿度90％的环境中静置养护8h，产生初始强度，将静置后的陶粒放入蒸汽养护箱中以20℃/h的升温速率升温至80℃，蒸汽养护8h，然后以30℃/min的降温速率降温至90℃完成蒸汽养护，最后将蒸汽养护好的陶粒转入室温，湿度90％环境中养护7d，最终获得筒压强度3.7MPa的中强度免烧陶粒。
制备所得的免烧陶粒结构致密，吸水率1.2％，颜色为棕红色，陶粒堆积密度为650-736kg/m3，筒压强度3.7-5.3MPa，符合国家标准GB/T17431.1-2010相关要求。将其作为混凝土轻质粗骨料，按照国家标准JGJ51-2002制备轻骨料混凝土，最高强度可达到47MPa。制备的免烧陶粒重金属渗出均满足生活垃圾填埋场控制标准(GB 16889-2008)要求，如表1所示实施例3所制备陶粒重金属渗出结果：
表1免烧陶粒重金属渗出测试结果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒，其特征在于，以质量分数计，包含以下组分：
水玻璃砂粉尘10％-50％，电石渣4％-15％，余量为具有火山灰活性的材料。
2.如权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述具有火山灰活性的材料选自粉煤灰、赤泥和矿粉中一种或几种。
3.如权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，以质量分数计，包含以下组分：
水玻璃砂粉尘10％-50％，电石渣4％-15％，粉煤灰10％～40％，赤泥8％～30％，矿粉9％～22％；
优选地，所述赤泥为拜耳法赤泥和/或烧结法赤泥；
优选地，所述矿粉为S95级矿粉；
优选地，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰和/或Ⅲ级粉煤灰。
4.一种以水玻璃砂粉尘和电石渣为激发剂的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
将水玻璃砂粉尘、电石渣按比例球磨，得到球磨后混料；
将所述球磨后混料与具有火山灰活性成分的材料混合均匀，得到混合粉料；
将所述混合粉料滚球成型，制得陶粒胚体；
将所述陶粒胚体静置、养护，即得到免烧陶粒；
优选地，所述具有火山灰成分的材料选自粉煤灰、赤泥和矿粉中一种或几种。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨后混料的比表面积为350-400㎡/kg；
优选地，所述球磨的转速为500r/min，时间为10-15min；
优选地，所述电石渣和赤泥在进行球磨前进行烘干操作；
优选地，所述烘干温度为105℃-110℃。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨后混料与具备火山灰活性的材料采用搅拌的方式进行混合；
优选地，所述搅拌速度为500r/min，搅拌时间为5min。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述滚球成型的具体操作为：先取部分混合粉料，开启滚球机，缓慢喷雾使其润湿形成微球，成微球后继续喷雾使微球表面润湿，然后加入少量混合粉料使其粘结在湿润的微球上，不断重复喷雾润湿、加料的过程，使其变大，制备成含水量15％-20％的陶粒胚体。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述陶粒胚体静置时环境温度为35℃-40℃，环境湿度为90％-95％，静置时间为8h-10h。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述养护包括依次进行的蒸汽养护和自然养护；
优选地，所述蒸汽养护时，先以15-20℃/h的升温速率升温至75-85℃，养护8h-10h，再以25-30℃/h降温速率降温至20-30℃完成蒸汽养护；
优选地，所述自然养护时，环境温度为室温，环境湿度为80-90％，自然养护时间为7-9d。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述免烧陶粒的粒径为5-20mm；
所述免烧陶粒的桶压强度为4-7MPa。
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