CN114804685B - 一种双层免烧陶粒及其制备方法 - Google Patents

一种双层免烧陶粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层免烧陶粒，主要由填充层和加强层构成，所述填充层主要由微珠球组成，所述微珠球采用微珠和界面剂制成，所述加强层主要由不锈钢渣、外加剂和水组成。该双层免烧陶粒能消耗掉大量不锈钢渣，还能固化部分二氧化碳，可以实现不锈钢渣的高值化利用和节能减排，且各项性能满足国家标准的相关要求。本发明还公开了上述双层免烧陶粒的制备方法，该制备方法工艺简洁，能耗和生产成本低，生产周期短。

Description

一种双层免烧陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种双层免烧陶粒及其制备方法。
背景技术
免烧陶粒是一种人造轻质骨料，不需要经过高温烧结，主要依靠其原料自身的性质，经养护后，发生一系列的物理化学变化，生产的产物使各分子连接起来，形成稳定的化合物，具有容重轻、保温隔热、强度高、导热性低等优点，符合节能减排、绿色生产的要求。近些年，免烧陶粒所需要的原材料逐步涉足于工业废料以及垃圾废料的领域当中，应用范围逐渐扩展建筑领域、环保材料、饰品领域等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双层免烧陶粒，该双层免烧陶粒能消耗掉大量不锈钢渣，还能固化部分二氧化碳，可以实现不锈钢渣的高值化利用和节能减排，且各项性能满足国家标准的相关要求。
本发明的目的还在于提供上述双层免烧陶粒的制备方法，该制备方法工艺简洁，能耗和生产成本低，生产周期短。
本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种双层免烧陶粒，主要由填充层和加强层构成，所述填充层主要由微珠球组成，所述微珠球采用微珠和界面剂制成，所述加强层主要由不锈钢渣、外加剂和水组成。
优选的，所述微珠为玻化微珠、膨胀珍珠岩和聚苯颗粒的一种或几种，所述微珠粒径范围为0.5～2mm，堆积密度为80～150kg/m3。
优选的，所述界面剂为三乙醇胺、聚苯乙烯和聚合醇胺的一种，其掺量为微珠总质量的5～10％。
优选的，所述微珠球的粒径在4.75mm以下。
优选的，所述不锈钢渣为冶炼不锈钢过程中排放的工业固体废弃物，排放过程中未采用急冷工艺，在排放过程中有大量的β-C2S转化为γ-C2S，同时伴有粉化现象，矿物组成中γ-C2S含量不低于70％，且粒径低于45μm占比不低于90％。
优选的，所述外加剂为聚乙烯醇，其用量为不锈钢渣总质量的0.5～1.5‰。
优选的，所述水的用量为不锈钢渣总质量的13～16％。
优选的，所述双层免烧陶粒的粒径为20～30mm。
本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：上述双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先选取微珠，将界面剂喷洒在微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用，然后将不锈钢渣进行陈化处理，称取不锈钢渣，加入部分水置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化12～24h后备用；
(2)制球：将步骤(1)中的微珠球、陈化处理后的不锈钢渣粉料投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速，并向混合料中纳米喷雾用余量水配制的外加剂溶液，使成球粒径达到20～30mm；
(3)养护：将制备的陶粒置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压控制在0.1～0.3MPa，碳化时间为3～7d，陶粒碳化后干燥至恒重，即制得双层免烧陶粒。
在该双层免烧陶粒的制备方法中：优选的，步骤(1)中部分水的用量占不锈钢渣总质量的9～11％；步骤(2)中圆盘倾斜角为45°，圆盘转速控制在30～35r/min。
本发明中的双层免烧陶粒由填充层和加强层构成，其中填充层以微珠为主，通过微珠造粒预处理，提供吸声材料所需的多孔结构；加强层以不锈钢渣为主，其在碳化养护阶段不锈钢渣与二氧化碳在适宜环境下发生碳化反应，生成的碳酸钙使免烧陶粒具有适当的强度。
本发明中双层免烧陶粒的制备方法，采用圆盘造粒机设备，让表面湿润的粉料(经过陈化处理的不锈钢渣)包裹住微珠球在圆盘造粒机设备内部不断滚动或翻动，再加上机械作用的挤压，促使这些粉料逐渐形成颗粒，其制备工艺简洁，能耗和生产成本低，生产周期短，其制备的免烧陶粒堆积密度约为560～600kg/m3，筒压强度约为5～6.5Mpa；同时，所制备的双层免烧陶粒不仅消耗掉大量不锈钢渣，又能固化部分二氧化碳，实现了不锈钢渣的高值化利用和节能减排的双重目的。
与传统技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明中的双层免烧陶粒主要由填充层和加强层构成，填充层主要由质量较轻的微珠粒群组成，外面包裹一层不锈钢渣粉料作为加强层，该双层结构的陶粒填充层内部的气孔相互连接，陶粒变成可呼吸的材料，用在多孔吸声材料的骨料方面具有明显优势；加强层以不锈钢渣为主料，在水和外加剂协同作用下制备免烧陶粒，随后进行碳化养护，使所制备的陶粒具有一定的筒压强度，且其他各性能指标制备满足GB/T17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》标准要求；
(2)本发明充分利用微珠协同不锈钢渣制备出双层免烧陶粒，减少了水泥用量，且双层免烧陶粒具有质轻、保温隔热、强度高的优点，与此同时，本发明制备过程中吸收掉部分二氧化碳，与当下的“双碳”政策相契合，具有很好的社会效益；
(3)本发明消耗掉了大量的不锈钢渣，实现了不锈钢渣的高值化利用，减少了其对环境的危害，具有显著的经济效益和环境效益，有利于企业的可持续发展；
(4)本发明制备工艺简洁，能耗和生产成本低，生产周期短，制备出的免烧陶粒满足轻集料相关标准要求，可广泛被用作吸声材料或保温隔热材料骨料领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下各实施例中采用的原料包括但不限于：微珠为玻化微珠、膨胀珍珠岩和聚苯颗粒的一种或几种，所述微珠粒径范围为0.5～2mm，堆积密度为80～150kg/m3；所述微珠球的粒径在4.75mm以下；所述不锈钢渣为冶炼不锈钢过程中排放的工业固体废弃物，排放过程中未采用急冷工艺，在排放过程中有大量的β-C2S(β-Ca2SiO4的缩写)转化为γ-C2S(γ-Ca2SiO4的缩写)，同时伴有粉化现象，矿物组成中γ-C2S含量不低于70％，且粒径低于45μm占比不低于90％。
实施例1
取适量的玻化微珠、不锈钢渣；三乙醇胺的加入量按玻化微珠总质量的5％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的15％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的1‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量的水(占总质量的10％)放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化12h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角为45°，圆盘转速控制在30r/min，)，并向混合料中纳米喷雾采用剩余水配制的外加剂溶液，成球尺寸达到20mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.1MPa，碳化时间为7d，陶粒碳化后烘干至恒重进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见下表1。
实施例2
取膨胀珍珠岩、不锈钢渣；聚苯乙烯的加入量按膨胀珍珠岩总质量的7％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的16％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的1.5‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量的水(占水总质量的11％)放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化18h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角为45°，圆盘转速控制在32r/min)，并向混合料中纳米喷雾由剩余水配制而成的外加剂溶液，成球尺寸达到23mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.2MPa，碳化时间为5d，陶粒碳化后烘干至恒重进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见下表1。
实施例3
取聚苯颗粒、不锈钢渣；聚合醇胺的加入量按聚苯颗粒总质量的8％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的13％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的0.5‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量(占水总质量的9％)的水放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化20h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角约为45°，圆盘转速控制在35r/min)，并向混合料中纳米喷雾外加剂溶液，成球尺寸达到25mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.3MPa，碳化时间为3d，陶粒碳化后烘干至恒重进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见下表1。
实施例4
取玻化微珠50％(质量百分含量)、膨胀珍珠岩50％(质量百分含量)以及适量的不锈钢渣；三乙醇胺的加入量按玻化微珠和膨胀珍珠岩总质量的10％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的14％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的1‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量的水(占水总质量的多少9％)放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化24h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角约为45°，圆盘转速控制在30r/min)，并向混合料中纳米喷雾外加剂溶液，成球尺寸达到27mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.3MPa，碳化时间为7d，陶粒碳化后烘干至恒重后进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见下表1。
实施例5
取玻化微珠50％、聚苯颗粒50％和适量的不锈钢渣；聚合醇胺的加入量按玻化微珠和膨胀珍珠岩总质量的9％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的16％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的1.5‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量(占水总质量的11％)的水放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化18h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角约为45°，圆盘转速控制在30r/min)，并向混合料中纳米喷雾外加剂溶液，成球尺寸达到30mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.2MPa，碳化时间为7d，陶粒碳化后烘干至恒重进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见表1。
实施例6
取膨胀珍珠岩50％、聚苯颗粒50％和适量的不锈钢渣；聚苯乙烯的加入量按膨胀珍珠岩和聚苯颗粒总质量的9％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的15％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的0.5‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量(占水总质量的10％)的水放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化20h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角约为45°，圆盘转速控制在34r/min)，并向混合料中纳米喷雾外加剂溶液，成球尺寸达到25mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.1MPa，碳化时间为6d，陶粒碳化后烘干至恒重进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率，具体结果见表1。
实施例7
取玻化微珠30％(质量百分含量)、膨胀珍珠岩50％(质量百分含量)、聚苯颗粒20％(质量百分含量)和适量的不锈钢渣；聚苯乙烯的加入量按玻化微珠、膨胀珍珠岩和聚苯颗粒总质量的8％计，水的加入量按不锈钢渣总质量的15％计，外加剂聚乙烯醇的加入量按不锈钢渣总质量的1‰计。
本实施例提供的双层免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：首先微珠造粒，利用界面剂喷洒微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用；其次不锈钢渣陈化处理，称取适量的不锈钢渣，加入一定量(占水总质量的9％)的水放置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化24h后备用；
(2)制球：将微珠球、不锈钢渣粉料(陈化后不锈钢渣)投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速(圆盘倾斜角约为45°，圆盘转速控制在35r/min)，并向混合料中纳米喷雾外加剂溶液，成球尺寸达到20mm；
(3)养护：将制备的陶粒放置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压为0.2MPa，碳化时间为6d，陶粒碳化后烘干至恒重后进行性能测试。
制备的免烧陶粒依据GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》标准其筒压强度、堆积密度和吸水率，具体结果见下表1。
本发明中实施各例结果如表1所示，满足GB/T17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》标准要求。
表1 本发明实施例1-7中的筒压强度、堆积密度和吸水率结果
上面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双层免烧陶粒，其特征是主要由填充层和加强层构成，所述填充层主要由微珠球组成，所述微珠球采用微珠和界面剂制成，所述加强层主要由不锈钢渣、外加剂和水组成；
所述微珠为玻化微珠、膨胀珍珠岩和聚苯颗粒的一种或几种，所述微珠粒径范围为0.5～2mm，堆积密度为80～150kg/m3；
所述界面剂为三乙醇胺、聚苯乙烯和聚合醇胺的一种，其掺量为微珠总质量的5～10%；
所述外加剂为聚乙烯醇，其用量为不锈钢渣总质量的0.5～1.5‰。
2.根据权利要求1所述的双层免烧陶粒，其特征是：所述微珠球的粒径在4.75mm以下。
3.根据权利要求1所述的双层免烧陶粒，其特征是：所述不锈钢渣为冶炼不锈钢过程中排放的工业固体废弃物，排放过程中未采用急冷工艺，在排放过程中有大量的β-C2S转化为γ-C2S，同时伴有粉化现象，矿物组成中γ-C2S含量不低于70%，且粒径低于45μm占比不低于90%。
4.根据权利要求1所述的双层免烧陶粒，其特征是：所述水的用量为不锈钢渣总质量的13～16%。
5.根据权利要求1所述的双层免烧陶粒，其特征是：所述双层免烧陶粒的粒径为20～30mm。
6.权利要求1-5任一项所述双层免烧陶粒的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）预处理：首先选取微珠，将界面剂喷洒在微珠表面混合均匀后，依次过9.5mm、4.75mm的圆孔套筛，制得微珠球备用，然后将不锈钢渣进行陈化处理，陈化处理为称取不锈钢渣，加入部分水置于水泥搅拌机搅拌均匀后陈化12～24h后备用；
（2）制球：将步骤（1）中的微珠球、陈化处理后的不锈钢渣粉料投入圆盘造粒机中，固定好造粒机的倾斜角和转速，并向混合料中纳米喷雾用余量水配制的外加剂溶液，使成球粒径达到20～30mm；
（3）养护：将制备的陶粒置于碳化反应釜中进行碳化养护，二氧化碳分压控制在0.1～0.3MPa，碳化时间为3～7d，陶粒碳化后干燥至恒重，即制得双层免烧陶粒。
7.根据权利要求6所述双层免烧陶粒的制备方法，其特征是：步骤（1）中部分水的用量占不锈钢渣总质量的9~11%； 步骤（2）中圆盘倾斜角为45°，圆盘转速控制在30～35r/min。
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玻化微珠陶粒混凝土的正交试验研究;张泽平;安培霞;师鹏;李珠;;混凝土(第02期);全文 *

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