CN114315407B

CN114315407B - 一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法

Info

Publication number: CN114315407B
Application number: CN202210031470.9A
Authority: CN
Inventors: 史才军; 杨黎; 胡翔; 吴泽媚; 刘剑辉
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2042-01-12
Also published as: CN114315407A

Abstract

一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，包括以下步骤：（1）取铝矾土尾矿、硅灰和造孔剂，混合均匀，得干混合料；（2）向所述干混合料中加水，搅拌成泥料，造粒，得生球料；（3）将所述生球料干燥；（4）焙烧，即成。本发明通过调整制备工艺，优化配方，对陶砂的功能性进行设计，所得陶砂粒径小而孔隙率高，不仅能满足内养护对陶砂性能的要求，同时也可用于结构用的轻集料混凝土；采用铝矾土尾矿作为主要原料，硅灰作为辅料以制备陶砂，不仅减少对黏土或页岩等不可再生资源的使用，同时可解决因铝矾土尾矿堆放造成的土地资源浪费和环境问题；本发明方法简单，易实施，适合大规模生产。

Description

一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法

技术领域

本发明涉及一种制备多孔陶砂的方法，具体涉及一种利用铝矾土尾矿制备多孔陶砂的方法。

背景技术

为了满足结构轻质保温要求，以黏土、页岩等为原料经高温煅烧制备而成的人造轻骨料，粒径一般控制在5-25㎜。而粒径小于5㎜的陶砂主要由陶粒破碎筛分得到。经破碎后的陶粒，原先闭合的大孔被打开，部分成为断裂面，在搅拌中一部分吸收的水很容易脱掉，保水性很差，且颗粒之间性能差异较大。粒径小于5㎜的陶砂常用作高性能混凝土和超高性能混凝土的内养护材料，这种过早脱水行为影响内养护效果，且破碎的陶粒中被打开的大孔对混凝土的强度不利。

此外，粒径大小对陶粒制备过程中的膨胀程度有影响，而膨胀程度又反过来影响着孔隙率。若粘土或页岩的发气组分偏低，制作大粒径陶粒更能生产出多孔的轻质陶粒；而直接用于制作小粒径陶粒时，因气体易逸出，膨胀性能欠佳，造成孔隙率偏低。因此，随着陶粒粒径减小，保持较高吸水率陶粒变得更加困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种简单易实施的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，包括以下步骤：

（1）取铝矾土尾矿、硅灰和造孔剂，混合均匀，得干混合料；

（2）向所述干混合料中加水，搅拌成泥料，造粒，得生球料；

（3）将所述生球料干燥；

（4）焙烧，即成。

优选地，所述铝矾土尾矿主要化学成分如下：Al₂O₃ 35-55%、SiO₂ 19-33%、Fe₂O₃1-13%、K₂O1.5-4%，1050℃烧失量大于12%。

优选地，所述铝矾土尾矿的为小于200目的干燥颗粒。

优选地，步骤（1）中，所述硅灰中SiO₂含量≥96%。

优选地，步骤（1）中，所述造孔剂为碳酸钙。

优选地，步骤（1）中，按重量份计算，铝矾土尾矿为70~95份、硅灰5~30份和造孔剂0~10份；硅灰的质量优选小于铝矾土尾矿质量的32%。

优选地，步骤（2）中，加水量为所述干混合料质量的20%-22%。

优选地，步骤（2）中，所述生料球的粒径为2-5mm。

优选地，步骤（3）中，先将生料球置于阴凉通风处4-8h，再在60-105℃烘干6-12h。

优选地，步骤（4）中，焙烧包括两个阶段：以4.5~5.5℃/min从室温升至400-700℃，保温2-5min，然后以9.5~10.5℃/min继续升温至1000-1150℃，保温5-10min后随炉冷却。发明人在研究过程中发现，铝矾土尾矿中的黏土矿物在400-700℃范围内大量脱水产生水气，若升温太快或直接进入高温状态，内部气压突然增加会引起料球表层开裂和球团爆炸，影响陶砂的质量。预热处理不仅可避免此问题的发生，而且此阶段形成的初始多孔结构有利于改善陶砂的性能。除了原料组分，液相的形成也取决于焙烧温度。为确保陶砂具备一定的开放孔，焙烧温度应控制在以固相反应为主，液相生成为辅的范围内。因此以9.5~10.5℃/min升温至1000-1150℃，保温5-10min后随炉冷却。

本发明通过调整制备工艺及优化配方来控制陶砂的孔结构，进而对陶砂的功能性进行设计。铝矾土尾矿与黏土质原料具有相近的化学组成，但其铝含量偏高，可通过添加硅调节剂来设计原料组成。硅灰是在冶炼金属硅和硅铁合金过程中大量排放的一种超细球型粉尘废弃物。硅灰中的SiO₂呈非晶态，调整生料中SiO₂含量的效果好、价格较低，在本发明中还对孔结构产生影响：本发明所用的铝矾土尾矿中Al₂O₃含量偏高，而Al₂O₃/SiO₂的比值对陶砂的熔融起到重要作用，比值越大，其熔融温度也就相应越高。使用硅灰可调整生料中SiO₂的含量，其无晶硅组分可降低液相生成的温度，相当于助熔组分。液相的生成将引起孔结构的改变，从而影响陶砂的性能。本发明中优选碳酸钙作为造孔剂，可在650-800℃下分解，释放的CO₂有利于增加预热阶段形成的初始孔结构的孔隙率。

本发明有益效果：

1）本发明通过调整制备工艺，优化配方，对陶砂的功能性进行设计，所得陶砂粒径小而孔隙率高，不仅能满足内养护对陶砂性能的要求，同时也可用于结构用的轻集料混凝土；

2）采用铝矾土尾矿作为主要原料，硅灰作为辅料以制备陶砂，不仅减少对黏土或页岩等不可再生资源的使用，同时可解决因铝矾土尾矿堆放造成的土地资源浪费和环境问题；

3）本发明方法简单，易实施，适合大规模生产。

附图说明

图1是实施例1制得的陶砂内部形貌的SEM图。

图2是实施例1制得的陶砂表面形貌的SEM图。

图3是实施例2制得的陶砂内部形貌的SEM图。

图4是实施例2制得的陶砂表面形貌的SEM图。

图5是实施例3制得的陶砂内部形貌的SEM图。

图6是实施例3制得的陶砂表面形貌的SEM图。

图7是对比例制得的陶砂内部形貌的SEM图。

图8是对比例制得的陶砂表面形貌的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例、对比例和附图对本发明作进一步阐述，但实施例不应视作对本发明权利的限定。

本发明实施例和对比例所使用的原料，均通过常规商业途径获得。

本发明各个实施例和对比例所用铝矾土尾矿的主要化学成分为：Al₂O₃ 35-55%、SiO₂ 19-33%、Fe₂O₃1-13%、K₂O1.5-4%，1050℃烧失量大于12%，铝矾土尾矿颗粒预先于60-105℃下烘干、磨细，过200目筛；所用造孔剂为市售分析纯CaCO₃，纯度为99%；所用硅灰中SiO₂含量大于96%。

实施例1

本实施例利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法为：

1）用重量份计算，取铝矾土尾矿90份：硅灰5份：造孔剂5份，放入搅拌机中搅拌均匀，获得干混合料；

2）向所述干混合料中加入干混合料质量20%的水，搅拌成泥料后造粒成球，得粒径2-5mm的生球料；

3）将所述生球料置于阴凉通风处4-8h后，放入干燥箱105℃烘干12h；

4）将干燥后的生球料放入电炉中进行焙烧：先以5℃/min从室温升至700℃，保温2min，然后以10℃/min继续升温至1050℃，保温5min后随炉冷却，即成。

本实施例所得陶粒的粒径为2-5mm。使用扫描电子显微镜观察陶粒的内部及表面，结果如图1和图2所示，可以看出陶粒内部和表面分布有大量孔隙，其24h吸水率为16.6%，堆积密度为1047kg/m³。

实施例2

本实施例利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法为：

1）用重量份计算，取铝矾土尾矿85份：硅灰10份：造孔剂5份，放入搅拌机中搅拌均匀，获得干混合料；

2）向所述干混合料中加入干混合料质量21%的水，搅拌成泥料后造粒成球，得粒径2-5mm的生球料；

本实施例所得陶粒的粒径为2-5mm。使用扫描电子显微镜观察陶粒的内部及表面，结果如图3和图4所示，可以看出陶粒内部和表面分布有大量孔隙，其24h吸水率为15.6%，堆积密度为1058kg/m³。

实施例3

本实施例利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法为：

1）用重量份计算，取铝矾土尾矿85份：硅灰5份：造孔剂10份，放入搅拌机中搅拌均匀，获得干混合料；

本实施例所得陶粒的粒径为2-5mm。使用扫描电子显微镜观察陶粒的内部及表面，结果如图5和图6所示，可以看出陶粒内部和表面分布有大量孔隙，其24h吸水率为18.2%，堆积密度为960kg/m³。

对比例

本对比例利用铝矾土尾矿制备小粒径陶砂的方法为：

1）用重量份计算，取铝矾土尾矿70份：硅灰30份：造孔剂5份，放入搅拌机中搅拌均匀，获得干混合料；

4）将干燥后的生球料放入电炉中进行焙烧：先以5℃/min从室温升至700℃，保温2min，然后以10℃/min继续升温至1150℃，保温5min后随炉冷却，即成。

本对比例所得陶粒的粒径为2-5mm。使用扫描电子显微镜观察陶粒的内部及表面，结果如图7和图8所示，可以看出陶粒内部出现孔并合现象，且尺寸较大，同时表面孔隙较少，其24h吸水率为1.2%，堆积密度为931kg/m³。

Claims

1.一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（3）将所述生球料干燥；

（4）焙烧，即成；

所述铝矾土尾矿主要化学成分如下：Al₂O₃ 35-55%、SiO₂ 19-33%、Fe₂O₃1-13%、K₂O1.5-4%，1050℃烧失量大于12%；

步骤（1）中，按重量份计算，铝矾土尾矿为70~95份、硅灰5~30份和造孔剂0~10份；硅灰的质量小于铝矾土尾矿质量的32%；

步骤（2）中，所述生料球的粒径为2-5mm；

步骤（4）中，焙烧包括两个阶段：以4.5~5.5℃/min从室温升至400-700℃，保温2-5min，然后以9.5~10.5℃/min继续升温至1000-1150℃，保温5-10min后随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，所述铝矾土尾矿的为小于200目的干燥颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硅灰中SiO₂含量≥96%。

4.根据权利要求1或2所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述造孔剂为碳酸钙。

5.根据权利要求3所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述造孔剂为碳酸钙。

6.根据权利要求1或2所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（2）中，加水量为所述干混合料质量的20%-22%。

7.根据权利要求3所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（2）中，加水量为所述干混合料质量的20%-22%。

8.根据权利要求4所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（2）中，加水量为所述干混合料质量的20%-22%。

9.根据权利要求1或2所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（3）中，先将生料球置于阴凉通风处4-8h，再在60-105℃烘干6-12h。

10.根据权利要求3所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（3）中，先将生料球置于阴凉通风处4-8h，再在60-105℃烘干6-12h。

11.根据权利要求4所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（3）中，先将生料球置于阴凉通风处4-8h，再在60-105℃烘干6-12h。

12.根据权利要求6所述的利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，其特征在于，步骤（3）中，先将生料球置于阴凉通风处4-8h，再在60-105℃烘干6-12h。