CN114230362B - 一种高效吸水性陶粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效吸水性陶粒的制备方法。在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰，将其烧结成陶粒，实现其资源化再利用；通过计算烧结陶粒的粉煤灰原料的热值，确定烧结的实际温度。本发明中通过对原材料热值进行专门配比，通过热值计算，将烧结温度稳定控制在1200°C±50°C，克服传统陶粒烧结工艺烧结过程中由于粉煤灰受热燃烧放热，而使烧结温度不稳定的问题。同时，使制得的陶粒具有较高的吸水性能，满足生产生活需要。

Description

一种高效吸水性陶粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效吸水性陶粒的制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源的国家，76%发电量来自于火力发电厂。随着工业经济的快速发展，煤炭的使用量也随之大量上升，工业固体废弃物（粉煤灰）的排放量因此急剧增长，2000年粉煤灰排放量达1.5亿吨，2010年约为3亿吨，2020年达到4亿吨，这给我国的国民经济建设及生态环境造成了巨大压力。大量粉煤灰等大宗工业固废的存放，不仅占有大量土地，而且造成严重的环境污染，同时，不成熟的治理手段也造成人力和物力的巨大浪费。

粉煤灰是燃煤锅炉在燃烧过程中产生的未燃尽的火山灰质细小颗粒，这种工业固体废弃物大量堆放，不仅占用土地资源，而且容易扬尘，严重污染环境。利用粉煤灰制备人造轻质骨料粉煤灰陶粒，是用灰量大、经济效益好、社会效益好的项目之一。粉煤灰陶粒内部多孔，具有质量轻、强度高、保温隔热、抗冻性能好、抗酸碱腐蚀、抗震性好等一系列优点，因此可以广泛应用于建筑、道路、桥梁和地下工程等领域，又可用于耐火保温、化工、石油、污水处理、园艺等方面，可以取代混凝土中的石子用作轻质干拌混凝土骨料，也可用于地板砖、道路砖垫层铺设，施工方便，需水量少，此外用于地板垫层铺设时还可减少结构件承重，提高建筑的抗震性能，还能吸声降噪，提升人居环境质量。

常规的粉煤灰陶粒制备方法主要有压密粘结、煅烧两种。前者制备工艺复杂，制成陶粒力学强度较差，表面较为粗糙，导致以其为粗骨料制备的陶粒混凝土强度较低且流动性较差。后者制备的陶粒表面有一层致密的釉质层，从而其筒压强度高，整体性好。但是，以上两种传统的制备方法，均对所使用的粉煤灰原料有较高的要求，一般需要使用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，对于劣质粉煤灰和循环硫化床产出的循环流化床粉煤灰，完全不能加以利用。而目前对环境影响最大、处理最难的恰为循环流化床锅炉产出的循环流化床粉煤灰，主要以填充、灰场储存和排弃为主要手段，大部分用于道路的填埋和基础填埋，或者埋沟和征地倾倒。据统计，每万吨灰渣至少需要4-5亩场地进行堆放，综合处理费用极大。

因此，仍需一种改进的粉煤灰陶粒制备方法，对难以处理的循环流化床粉煤灰进行处理或再利用。

发明内容

本发明旨在提供一种高效吸水性陶粒的制备方法，通过工艺的优化设计和方法创新，利用废弃资源、降低原料成本、实现对难以处理的循环流化床粉煤灰的资源化再利用，同时解决现有技术中陶粒桶压强度低、工作性能差等问题。同时，使制得的陶粒具有较高的吸水性能，满足生产生活需要。

本发明创新性地在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰，将其烧结成陶粒，实现其资源化再利用。粉煤灰主要为煤炭燃烧过程中排出的微小灰粒，由于目前工艺无法实现煤炭百分百的充分燃烧，故其燃烧后排出的微小灰粒仍然具有一定的热值。如果在使用粉煤灰制作陶粒的烧结过程中考虑这部分粉煤灰的残余热值，并加以利用，可减少烧结过程中的能源消耗。因此，可以通过计算烧结陶粒的粉煤灰原料的热值，确定烧结的实际温度。故本发明中通过对原材料热值进行专门配比，通过热值计算，将烧结温度稳定控制在1200°C±50°C，克服传统陶粒烧结工艺烧结过程中由于粉煤灰受热燃烧放热，而使烧结温度不稳定的问题。此外，与传统粉煤灰相比，循环流化床粉煤灰粉质更细，在初期成球阶段通过制备工艺优化改进，在不额外添加助粘剂的情况下即可形成母球。由于减少助粘剂的添加，使制得的陶粒性质更为单一稳定，成本更低。

本发明提供了一种高效吸水性陶粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：以普通Ⅱ级粉煤灰和循环流化床粉煤灰为原料，按以下步骤测定原料粉煤灰的热值；

（1）在燃烧皿中准确称取分析试样(小于0.2mm)1～1.1000g。

（2）在燃烧皿底铺一个石棉垫，提高充氧压力至3.0～3.2MPa(30～32atm)，然后放入燃烧皿中。

（3）取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上，注意与试样保持良好接触。

（4）往氧弹中加入10mL蒸馏水，小心拧紧氧弹盖，接上氧气导管，往氧弹中缓缓充入氧气，直到压力达到2.6～2.8MPa(26～28atm)。充氧时间不得少于30s。

（5）往内筒中加入足够的蒸馏水，使氧弹盖的顶面(不包括突出的氧气阀和电极)淹没在水面下10～20mm。

（6）把氧弹放入装好水的内筒中，如氧弹中无气泡漏出，则表明气密性良好，即可把内筒放在外筒的绝缘架上；如有气泡出现，则表明漏气，应找出原因，加以纠正，重新充氧。然后接上点火电极插头，装上搅拌器和量热温度计，并盖上外筒和盖子。温度计的水银球应对准氧弹主体(进、出气阀和电极除外)的中部，温度计和搅拌器均不得接触氧弹和内筒。靠近量热温度计的露出水银柱的部位，应另悬一支普通温度计，用以测定露出柱的温度。

（7）开动搅拌器，5min 后开始计时和读取内筒温度(t₀)并立即通电点火；随后记下外筒温度(t_j)和露出柱温度(t_e)。

（8）观察内筒温度。如在30s内温度急剧上升，则表明点火成功；点火后1′40″时读取一次内筒温度(t_1′40″)，读到0.01K即可。

（9）接近终点时，开始按1min 间隔读取内筒温度。读温前开动振荡器，要读到0.001K。

以第一个下降温度作为终点温度(t_n)。

（10）计算弹筒发热量、高位发热量和总热值。

步骤二：若测得普通Ⅱ级粉煤灰的热值为M，循环流化床粉煤灰的热值为N，按照a*M+b*N=1800-2000kJ/kg，进行热值配比；循环流化床粉煤灰占粉煤灰总重量的30%以上；

步骤三：按照步骤二中得出的普通Ⅱ级粉煤灰：循环流化床粉煤灰质量比a:b的比值，均匀混合两种原料；

步骤四：步骤三中混合完毕的粉煤灰原料，投入成核机，制成直径1-2mm的粉煤灰球核；

步骤五：步骤四中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径宜为3-6m；

步骤六：控制圆盘成核机倾角8°-10°，角速度0.08-0.12rad/s，在圆盘长大区均匀洒水，运转至步骤五中球核长大至2.5-3.5mm；

步骤七：采用调整圆盘成球机的工艺参数制备不同粒径的陶粒：

（a）对于制备粒径3-5mm的陶粒，在圆盘长大区均匀洒水，上调圆盘成球机倾角至13°-15°，角速度至0.10-0.12rad/s，运转至成球粒径4-5mm；

（b）对于制备粒径5-10mm的陶粒，在（a）中所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至18°-20°，角速度至0.16-0.25rad/s，运转至成球粒径6-10mm；

（c）对于制备粒径10-16mm的陶粒，在（b）中所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至22°-25°，角速度至0.25-0.50rad/s，运转至成球粒径11-16mm；

步骤八：将步骤七中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度宜为950°C-1100°C；

步骤九：步骤八中所述的焙烧炉底设置四个风箱，其与焙烧炉底部紧密接触，由下向上充分向炉内吹入空气，使母球充分燃烧。设置多个风箱能保证料球整体受风均匀，从而保证料球在焙烧过程中温度稳定；

步骤十：点火成功后焙烧温度主要由步骤一中所配热值控制，宜为1150°C-1300°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长宜为30min-1h，更优地，陶粒可在适宜的焙烧温度下保温一定时间；

步骤十一：焙烧完成后陶粒冷却至200~500℃进行卸料，送入破碎机进行冷却破碎，根据步骤七中生成的母球直径，分别形成3-5、5-10、10-16mm的高强高吸水性能粉煤灰陶粒。

进一步地，所述步骤四中的成核机为普通混合成核机。

进一步地，所述步骤五中的圆盘成球机为3m直径的圆盘成球机。

进一步地，所述步骤七中的粘结助剂为水玻璃溶液、树脂増粘剂、絮凝剂、聚丙烯酰胺、纤维素醚、硅烷偶联剂中的一种或多种。

进一步地，所述步骤十一中的破碎机为多齿辊破碎机。

本发明提供了采用上述高效吸水性陶粒的制备方法制得的高效吸水性陶粒。所述高效吸水性陶粒5min吸水量达饱和吸水量的75%-85%，1h吸水量达饱和吸水量的85%-90%，48h吸水基本达到饱和，约为陶粒自重的12-20%。

本发明的有益效果：

1）本发明制备的高效吸水性陶粒，采用难以处理的循环流化床粉煤灰作为原材料组分，粗灰、细灰、湿灰、半干灰等均能利用，吃灰量大，用灰量可达到80%-95%，能够高效迅速地将循环流化床粉煤灰资源化利用，解决其导致的大量环境问题，推动循环经济转型发展，具有重要的战略意义。

2）本发明制备的高效吸水性陶粒，其内部多孔，具有质量轻、强度高、保温隔热、抗冻性能好、抗酸碱腐蚀、抗震性好等一系列优点，上述10-16mm粒径范围的陶粒，堆积密度为750kg/m³时，筒压强度达到了8.6MPa，5-10mm堆积密度为810kg/m³，筒压强度达到了10.95MPa，符合GB/T 17431.1-2010轻集料标准，可以广泛应用于建筑、道路、桥梁和地下工程等领域，取代石子作为环保轻质的优良轻骨料制备混凝土。

3）本发明制备的高效吸水性陶粒，其表面致密坚硬，内部孔隙疏松，吸水性能优越，具有较高的吸透水率，因此又可用于耐火保温、化工、石油、污水处理、园艺等方面，适宜作为透气利水的水处理滤掉等使用。其5min吸水量可达饱和吸水量的75%-85%，1h吸水量可达饱和吸水量的85%-90%，48h吸水基本达到饱和，约为陶粒自重的12-20%。

附图说明

图1为本发明的高效吸水性陶粒制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明,但需要指出的是,本发明的陶粒制备方法并不限于这种特定的组分或步骤。对于本领域技术人员显然可以理解的是,以下的说明内容即使不做任何调整或修正,也可以直接适用于在此未指明的其他类似组分或工艺步骤。

此外应理解,本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤,除非另有说明；还应理解,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

1）相比于普通粉煤灰陶粒的制作流程，本发明创新性地在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰，循环流化床粉煤灰作为煤炭电厂循环流化床锅炉生产过程中排出的资源废弃物，其含碳量少，游离氧化钙含量多，长久以来一直难以处理，以填埋作为其主要处理手段，占用大量土地形成资源浪费。本发明将其烧结成陶粒，实现其资源化再利用。在原材料配比计算时，按照本发明步骤1所述，配比热值宜介于1800~2000 kJ/kg，测定所使用的Ⅱ级粉煤灰热值为M=2730kJ/kg，所使用的循环流化床粉煤灰的热值为N=1000kJ/kg，在本实施例中，拟烧结的陶粒粒径为3~5mm，其粒径较小，在鼓风焙烧时通过风量少，因此烧结需热更大，故确定配比热值为1930 kJ/kg，计算两种材料比例为a：b=1:1。

2）按照步骤1中所述a：b=1:1的量分别取对应质量分数的Ⅱ级粉煤灰和循环流化床粉煤灰，混合投入成核机，制成1-2mm大小的母核；

3）步骤2中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径为3m，倾角9°，角速度0.10rad/s，在圆盘长大区均匀洒水，运转至上述球核长大至2.5-3.5mm；

4）本实例中拟制备的陶粒粒径为3-5mm，区别于普通3-5mm陶粒添加助粘剂的成球过程，本发明不加粘结剂地，在圆盘长大区均匀洒水，上调圆盘成球机倾角至15°，角速度至0.12rad/s，即可均匀制成成球粒径4-5mm的粉煤灰陶粒母球。

5）将步骤4中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度为1100°C，使用四个风箱进行鼓风；

6）点火成功后焙烧温度主要由步骤1中所配热值控制，传统的陶粒烧结工艺不对原材料热值进行专门配比，易导致其烧结过程中温度不稳定，从而使陶粒受热不均匀，导致其制得的成品陶粒薄弱面多，强度不足。本发明的实施例中，通过热值计算，烧结温度可稳定控制在1250°C±50°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长宜为30min，焙烧完成后，陶粒在焙烧炉中保温2h，制得的陶粒材质均匀稳定，强度更高；

7）焙烧完成后陶粒冷却至250℃进行卸料，送入多齿辊破碎机进行冷却破碎，形成3-5mm直径的球形高强高吸水性能粉煤灰陶粒。相比于普通粉煤灰陶粒，本实施例中制备的粉煤灰陶粒，不仅在原材料中创新性地使用了传统方法难以回收的循环流化床粉煤灰，同时通过制备工艺优化改进，在制备过程中不再额外添加助粘剂，制得的陶粒性质更为单一稳定，成本更低。此外，通过原材料热值精确控制，本实施例中制得的陶粒受热更均匀，薄弱面更少，强度更高。

本实施例中，制备的粉煤灰陶粒呈球形或者椭球形，表面粗糙坚硬，呈淡灰黄色，内部多孔呈灰黑色，粒径范围在3-5mm, 堆积密度为840kg/m³，相比于传统粉煤灰陶粒3-5Mpa的筒压强度，本法制得的陶粒强度大大提高，其筒压强度为12.50Mpa。

实施例2

制备陶粒的方法包括以下步骤：

1）相比于普通粉煤灰陶粒的制作流程，本发明创新性地在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰，在原材料配比计算时，配比热值宜介于1800~2000 kJ/kg，由生产厂家提供的Ⅱ级粉煤灰热值为M=2420kJ/kg，测定所使用的CFB灰的热值为N=790kJ/kg，在本实施例中，拟烧结的陶粒粒径为6~10mm，其粒径适中，在鼓风焙烧时通过风量一般，因此烧结需热适中，故配比热值为1877 kJ/kg，计算两种材料比例为a：b=2:1。

2）按照步骤1中所述a：b=2:1的量分别取对应质量分数的Ⅱ级粉煤灰和循环流化床粉煤灰，混合投入成核机，制成1-2mm大小的母核；

3）步骤2中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径为3m，倾角10°，角速度0.08rad/s，在圆盘长大区均匀洒水，运转至上述球核长大至2.5-3.5mm；

4）本实例中拟制备的陶粒粒径为5-10mm，按照本发明所述，不加粘结剂地，在圆盘长大区均匀洒水，上调圆盘成球机倾角至13°，角速度至0.12rad/s，运转至成球粒径4-5mm。

5）本实例中拟制备的陶粒粒径为5-10mm，按照本发明所述，在步骤4）所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至18°，角速度至0.20rad/s，运转至成球粒径6-10mm。相比于传统6-10mm大粒径陶粒的制备工艺，本发明仅在母球成球5mm之后才加入助粘剂，大大减少了助粘剂的使用量，不仅使陶粒材质更为稳定，还节约了生产成本。

6）将步骤5）中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度为1150°C，使用四个风箱进行鼓风；

7）点火成功后焙烧温度主要由步骤1中所配热值控制，传统的陶粒烧结工艺不对原材料热值进行专门配比，易导致其烧结过程中温度不稳定，从而使陶粒受热不均匀，导致其制得的成品陶粒薄弱面多，强度不足。本发明的实施例中，通过热值计算，烧结温度可稳定控制在1200°C±50°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长宜为30min，焙烧完成后，陶粒在焙烧炉中保温2h，制得的陶粒材质均匀稳定，强度更高；

7）焙烧完成后陶粒冷却至250℃进行卸料，送入多齿辊破碎机进行冷却破碎，形成5-10mm直径的球形高强高吸水性能粉煤灰陶粒。

本实施例中，制备的粉煤灰陶粒呈球形或者椭球形，表面粗糙坚硬，呈淡灰黄色，内部多孔呈灰黑色，粒径范围在6-10mm, 堆积密度为810kg/m³，相比于传统6-10mm大粒径陶粒不足3Mpa的低强度，本实施例中制得的陶粒不仅保持了均匀饱满的大结构粒径，其强度还获得了明显提高，本例制得的陶粒筒压强度可达10.95Mpa，更接近天然石子的抗压强度，完全满足各类水处理滤料、种植基质、混凝土骨料等材料的强度要求。

实施例3

具体地，制备陶粒的方法包括以下步骤：

1）相比于普通粉煤灰陶粒的制作流程，本发明创新性地在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰。在原材料配比计算时，按照本发明步骤1所述，配比热值宜介于1800~2000 kJ/kg，由生产厂家提供的Ⅱ级粉煤灰热值为M=2300kJ/kg，测定所使用的CFB灰的热值为N=700kJ/kg，在本实施例中，拟烧结的陶粒粒径为11~16mm，其粒径较大，在鼓风焙烧时通过风量大，因此烧结需热较少，故配比热值为1807 kJ/kg，计算两种材料比例为a：b=9:4。

2）按照步骤1）中所述a：b=9:4的量分别取对应质量分数的Ⅱ级粉煤灰和循环流化床粉煤灰，混合投入成核机，制成1-2mm大小的母核；

3）步骤2）中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径为3m，倾角10°，角速度0.08rad/s，在圆盘长大区均匀洒水，运转至上述球核长大至2.5-3.5mm；

4）本实例中拟制备的陶粒粒径为11-16mm，按照本发明所述，不加粘结剂地，在圆盘长大区均匀洒水，上调圆盘成球机倾角至13°，角速度至0.12rad/s，运转至成球粒径4-5mm。

5）按照本发明所述，在步骤4）所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至18°，角速度至0.20rad/s，运转至成球粒径6-10mm。

6）在步骤5）所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至24°，角速度至0.30rad/s，运转至成球粒径11-16mm。相比于传统11-16mm大粒径陶粒的制备工艺，本发明仅在母球成球5mm之后才加入助粘剂，大大减少了助粘剂的使用量，不仅使陶粒材质更为稳定，还节约了生产成本。

7）将步骤5）中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度为1150°C，使用四个风箱进行鼓风；

8）点火成功后焙烧温度主要由步骤1）中所配热值控制，传统的陶粒烧结工艺不对原材料热值进行专门配比，易导致其烧结过程中温度不稳定，从而使陶粒受热不均匀，导致其制得的成品陶粒薄弱面多，强度不足。本发明的实施例中，通过热值计算，烧结温度可稳定控制在1150°C±50°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长宜为30min，焙烧完成后，陶粒在焙烧炉中保温2h，制得的陶粒材质均匀稳定，强度更高；

9）焙烧完成后陶粒冷却至250℃进行卸料，送入多齿辊破碎机进行冷却破碎，形成11-16mm直径的球形高强高吸水性能粉煤灰陶粒。

本实施例中，制备的粉煤灰陶粒呈球形或者椭球形，表面粗糙坚硬，呈淡灰黄色，内部多孔呈灰黑色，粒径范围在11-16mm, 堆积密度为775kg/m³，相比于传统11-16mm大粒径陶粒不足3Mpa的低强度，本实施例中制得的陶粒不仅保持了均匀饱满的大结构粒径，其强度还获得了明显提高，本例制得的陶粒筒压强度可达8.5Mpa，更接近天然石子的抗压强度，完全满足各类水处理滤料、种植基质、混凝土骨料等材料的强度要求。

对比例1

1）本对比例按照传统普通粉煤灰陶粒的制作流程进行陶粒烧制。在原材料配比计算时，传统烧制流程中，粉煤灰原料仅使用Ⅱ级粉煤灰，且不进行热值计算。在该实施过程中，拟烧结的陶粒粒径为3~5mm。

2）直接将所需Ⅱ级粉煤灰混合投入成核机，制成1-2mm大小的母核；

3）步骤2）中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径为3m，倾角15°，角速度0.10rad/s，并在圆盘长大区均匀喷洒助黏剂，运转至上述球核长大至3mm左右；

4）在步骤3）所成母球的基础上，在圆盘边缘区均匀喷洒助黏剂，运转至成球粒径4-5mm。传统3-5mm粒径陶粒的制备工艺与本发明相比，在母球成时加入大量助粘剂，使陶粒材质均匀性降低，不仅提高了生产成本，还降低了所制备陶粒的强度。

5）将步骤4）中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度为1000°C，传统3-5mm粒径陶粒的制备工艺与本发明相比，没有充分利用Ⅱ级粉煤灰的残余热值，富余的热值使其焙烧时炉内温度较高，而其点火温度较低；

6）步骤5）中陶粒在焙烧炉内焙烧30-60min后，进行陶粒冷却。传统的陶粒烧结工艺不对原材料热值进行专门配比，也不专门控制烧结过程中的炉内温度，从而使陶粒受热不均匀，导致其制得的成品陶粒薄弱面多，强度不足。本发明与传统工艺相比，本发明通过热值计算，烧结温度可稳定控制在1150°C±50°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长宜为30min，焙烧完成后，陶粒在焙烧炉中保温2h，制得的陶粒材质均匀稳定，强度更高；

9）步骤6）中陶粒冷却完成后进行卸料，送入多齿辊破碎机进行冷却破碎，形成3-5mm直径的球形高强高吸水性能粉煤灰陶粒。

本对比例中，制备的粉煤灰陶粒呈球形或者椭球形，表面粗糙多孔，质地较硬，粉状质多，呈淡灰色，内部多孔呈灰黑色，粒径范围在3-5mm, 堆积密度为770kg/m³，本例制得的陶粒筒压为4.5Mpa，较天然石子的抗压强度强度较低，可满足水处理滤料、种植基质、LC30以下的混凝土骨料等材料的强度要求。

由本发明方法制备的这种高吸水性能陶粒,具有强度高,抗开裂,轻质环保,保温性能好等特点,其堆积密度小于840kg/m³，筒压强度大于8.0Mpa，保温性能优秀；满足建筑行业的质量需求,可广泛用于高层建筑、大跨度桥梁和桥面铺装等工程领域，性能较之普通陶粒更为优秀。

由本发明方法制备的这种高吸水性能陶粒，其表面致密坚硬，内部孔隙疏松，吸水性能优越，具有较高的吸透水率，因此又可用于耐火保温、化工、石油、污水处理、园艺等方面，适宜作为透气利水的水处理滤料等使用。其5min吸水量可达饱和吸水量的75%-85%，1h吸水量可达饱和吸水量的85%-90%，48h吸水基本达到饱和，约为陶粒自重的12-20%。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明,但是应该指明的是,我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改,其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：以普通Ⅱ级粉煤灰和循环流化床粉煤灰为原料，测定原料粉煤灰的热值；

步骤二：若测得普通Ⅱ级粉煤灰的热值为M，循环流化床粉煤灰的热值为N，按照a*M+b*N=1800-2000kJ/kg，进行热值配比；循环流化床粉煤灰占粉煤灰总重量的30%以上；

步骤三：按照步骤二中得出的普通Ⅱ级粉煤灰：循环流化床粉煤灰质量比a:b的比值，均匀混合两种原料；

步骤四：步骤三中混合完毕的粉煤灰原料，投入成核机，制成直径1-2mm的粉煤灰球核；

步骤五：步骤四中制成的粉煤灰球核，送入圆盘成球机中进行造粒成球，圆盘成球机的直径为3-6m；

步骤六：控制圆盘成核机倾角8°-10°，角速度0.08-0.12rad/s，在圆盘长大区均匀洒水，运转至步骤五中球核长大至2.5-3.5mm；

步骤七：采用调整圆盘成球机的工艺参数制备不同粒径的陶粒；

步骤八：将步骤七中所制成的母球投入焙烧炉进行点火鼓风焙烧，点火温度为950°C-1100°C；

步骤九：步骤八中所述的焙烧炉底设置四个风箱，其与焙烧炉底部紧密接触，由下向上充分向炉内吹入空气，使母球充分燃烧；设置多个风箱能保证料球整体受风均匀，从而保证料球在焙烧过程中温度稳定；

步骤十：点火成功后焙烧温度主要由步骤一中所配热值控制，为1150°C-1300°C，平均垂直焙烧速度为20mm/min，焙烧时长为30min-1h；

步骤十一：焙烧完成后陶粒冷却至200~500℃进行卸料，送入破碎机进行冷却破碎，根据步骤七中生成的母球直径，分别形成3-5、5-10、10-16mm的高强高吸水性能粉煤灰陶粒。

2.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，测定原料粉煤灰的热值包括以下步骤：

（1）在燃烧皿中准确称取分析试样1～1.1000g；

（2）在燃烧皿底铺一个石棉垫，提高充氧压力至3.0～3.2MPa，然后放入燃烧皿中；

（3）取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上，注意与试样保持良好接触；

（4）往氧弹中加入10mL蒸馏水，小心拧紧氧弹盖，接上氧气导管，往氧弹中缓缓充入氧气，直到压力达到2.6～2.8MPa；充氧时间不得少于30s；

（5）往内筒中加入足够的蒸馏水，使氧弹盖的顶面淹没在水面下10～20mm；

（6）把氧弹放入装好水的内筒中，如氧弹中无气泡漏出，则表明气密性良好，即可把内筒放在外筒的绝缘架上；如有气泡出现，则表明漏气，应找出原因，加以纠正，重新充氧；然后接上点火电极插头，装上搅拌器和量热温度计，并盖上外筒和盖子；温度计的水银球应对准氧弹主体的中部，温度计和搅拌器均不得接触氧弹和内筒；靠近量热温度计的露出水银柱的部位，应另悬一支普通温度计，用以测定露出柱的温度；

（7）开动搅拌器，5min 后开始计时和读取内筒温度t₀并立即通电点火；随后记下外筒温度t_j和露出柱温度t_e；

（8）观察内筒温度：如在30s内温度急剧上升，则表明点火成功；点火后1′40″时读取一次内筒温度t_1′40″，读到0.01K即可；

（9）接近终点时，开始按1min 间隔读取内筒温度；读温前开动振荡器，要读到0.001K；

以第一个下降温度作为终点温度t_n；

（10）计算弹筒发热量、高位发热量和总热值。

3.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：步骤七中，采用调整圆盘成球机的工艺参数制备不同粒径的陶粒：

（a）对于制备粒径3-5mm的陶粒，在圆盘长大区均匀洒水，上调圆盘成球机倾角至13°-15°，角速度至0.10-0.12rad/s，运转至成球粒径4-5mm；

（b）对于制备粒径5-10mm的陶粒，在（a）中所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至18°-20°，角速度至0.16-0.25rad/s，运转至成球粒径6-10mm；

（c）对于制备粒径10-16mm的陶粒，在（b）中所成母球的基础上，在圆盘长大区均匀喷洒粘结助剂，并上调圆盘成球机倾角至22°-25°，角速度至0.25-0.50rad/s，运转至成球粒径11-16mm。

4.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的成核机为普通混合成核机。

5.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的圆盘成球机为3m直径的圆盘成球机。

6.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤七中的粘结助剂为水玻璃溶液、树脂増粘剂、絮凝剂、聚丙烯酰胺、纤维素醚、硅烷偶联剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高效吸水性陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤十一中的破碎机为多齿辊破碎机。

8.一种采用权利要求1~7任一项所述的方法制备的高效吸水性陶粒，其特征在于：所述高效吸水性陶粒5min吸水量达饱和吸水量的75%-85%，1h吸水量达饱和吸水量的85%-90%，48h吸水基本达到饱和，为陶粒自重的12-20%。

9.根据权利要求8所述的高效吸水性陶粒，其特征在于：10-16mm粒径范围的陶粒，堆积密度为750kg/m³时，筒压强度能达到8.6MPa，5-10mm堆积密度为810kg/m³，筒压强度能达到10.95MPa。

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