CN1235892A - 人造轻质集料的生产方法和由该方法生产的人造轻质集料 - Google Patents

人造轻质集料的生产方法和由该方法生产的人造轻质集料 Download PDF

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Abstract

通过蒸汽养护进行集料化时容易控制绝对干比重,特别是低比重的人造轻质集料的制备方法,和由该方法制备的人造轻质集料。将硅酸质原料和石灰质原料混合,或者在混合之后分散,接着加水进行淤浆化,浇铸到模板中进行养护,再将在该模板内硬化到半可塑性状态的生料块通过筛孔挤出,同时在长轴方向切断或者破裂,将其在滚动之后进行蒸汽养护。由上述制备方法制备的、绝对干比重为0.5—1.5的人造轻质集料。

Description

人造轻质集料的生产方法和 由该方法生产的人造轻质集料
本发明涉及人造轻质集料，具体地说涉及为了将煤火力发电厂和燃煤炉等产生的煤灰重新作为资源作为特别是土木建筑用的人造轻质集料，进行有效利用的人造轻质集料的生产方法和由该方法生产的人造轻质集料。
与石油相比，煤的资源更丰富，每单位发热量的价格更便宜，因此，按照国内的能源政策，一直计划或者实施大幅度增加特别是作为发电用燃料的使用量。其结果是煤火力发电厂和燃煤锅炉等产生的煤灰与煤的使用量大致成比例增加。因此，有效利用急剧增加的煤灰已成为严重的问题。
为了有效地利用大量产生的煤灰，作为人造轻质集料使用则因其需求量大而是可行的。
然而，现状是煤灰采用烧结格子(シンタ-グレ-ト)方式将一部分进行集料化，但是作为人造集料使用在国内非常少见是现有情况。其原因是在煤火力发电厂和燃煤锅炉等中，为了减少在锅炉的水管和锅炉壁上附着灰，选择使用产生高熔点灰的煤。
也就是说，由于通常由煤火力发电厂和燃煤炉等产生的煤灰熔点高，在进行轻质集料化时必须混入大量的低熔点粘土和页岩进行烧制。但是，确保大量这类粘土和页岩是困难的，开采、运输、前处理、混合这类粘土和页岩需要大量费用，结果人造轻质集料的生产成本增大，而且由于每单位产品的煤灰使用率低造成的煤灰的有效利用率差等问题使得无法有效再利用煤灰作为人造轻质集料。
本发明的目的是提供通过蒸汽养护在进行集料化时容易控制绝对干比重，特别是低比重的人造集料的制备方法和由该方法制备的人造轻质集料。
即，为了达到上述目的，本发明的第1个实施方案所说的人造轻质集料的制备方法是特征在于将硅酸质原料和石灰质原料混合，或者在混合之后粉碎，接着加水进行淤浆化，浇铸到模板中进行养护，再将在该模板内硬化到半可塑性状态的生料块通过筛孔挤出，同时在长轴方向切断或者破碎，将其在滚动之后进行蒸汽养护的方法，其特征在于上述蒸汽养护法是通过在高压蒸汽养护，或者常压蒸汽养护之后进行高压蒸汽养护，并且往上述硅酸质原料和石灰质原料的混合物中再加入硫酸钙，或再往上述淤浆中加入发泡剂，作为石灰质原料的水泥和氧化钙和/或氢氧化钙的加入量分别为1～50重量％，换算成CaO为1～50重量％，而硫酸钙的加入量换算成CaSO4为0.5～10重量％，在进行上述滚动时，涂敷表面特性改性剂，其后进行蒸汽养护。
本发明的第2个实施方案所说的人造轻质集料的特征在于通过上述第1个实施方案所说的制备方法制备，并且绝对干比重为0.5～1.5。
下面对本发明的详细内容和其作用进行具体说明。
本发明是将煤灰、石英砂、硅酸等硅酸质原料和生石灰、消石灰和水泥等石灰质原料和根据需要的硫酸钙混合，或者在混合之后进行粉碎，接着加水进行淤浆化，浇铸到模板中进行养护，再在该模板内硬化到半可塑性状态的生料块通过筛孔挤出，同时在长轴方向切断或者断裂成所需的尺寸，然后，将其采用盘式制粒机或滚筒等滚动造粒机进行滚动，磨去棱角，使表面致密化。
根据需要，为了达到所需比重，往淤浆中加入金属铝粉末等发泡剂，或者在滚动时涂敷表面特性改性剂等之后，进行蒸汽养护，优选进行高压蒸汽养护，或者在常压蒸汽养护之后进行高压蒸汽养护。
在本发明中，对作为硅酸质原料使用的煤灰没有特别的限定，例如可以采用粉煤灰和煤渣灰的混合物作为原粉、符合JIS A6201的包括粉煤灰、粗粉、熔渣灰的所有煤灰，而且对上述煤灰的粒度没有特别限定。
作为钙源的石灰质原料是为了通过和煤灰中的主要成分硅石和氧化铝进行火山灰反应进一步提高强度而加入的，可以是水泥、氧化钙(即生石灰)或者氢氧化钙(即消石灰)中的至少一种。
至于在集料化中换算成氧化物的上述钙的混合量，从提高集料强度和煤灰利用率的角度出发，氧化钙和/或氢氧化钙换算成CaO为1～50重量％、水泥为1～50重量％，优选2～40重量％。
此时，所采用的水泥没有特别限定，例如可以是JIS标准中规定的普通波特兰水泥、快硬波特兰水泥、超快硬波特兰水泥、中等波特兰水泥、耐硫酸盐波特兰水泥、白水泥、超速硬水泥、矾土波特兰水泥、硅土波特兰水泥、炉渣水泥、粉煤灰水泥等。
对本发明所采用的硫酸钙没有特别的限定，可以举出石膏、半水石膏、熟石膏、排烟脱硫石膏等，硫酸钙的加入量换算成CaSO4为0.5～10重量％，这从提高集料强度和煤灰利用率的角度来说是优选的。
因此，对粉碎上述硅酸质原料和石灰质原料的混合物的方法没有特别限定，可采用公知方法，例如从集料强度方面考虑，可以采用能够将混合的集料混合原料微粉碎至平均粒度小于15微米，优选小于10微米的任何方法，例如可以举出罐磨机、振动磨机、行星磨机等球磨机、往复式的喷射粉碎机、涡轮粉碎机等。
然后将上述粉碎物湿式混和进行淤浆化，对所采用的混和方法没有特别的限定，可以采用公知的混和装置。
进行淤浆化时采用的水量相对于全部固体成分的重量优选为50～100重量％。其原因是在不到50重量％的情况下，不仅不能够得到所需要的比重，而且淤浆的粘度高，不能在短时间内从混合机中排出，另一方面，如果超过了100重量％，生料块硬化至半可塑性状态需要的时间长，生产性恶化，不实用。
在将这些集料混合原料在混合机中搅拌进行淤浆化之后，优选根据需要可以加入金属铝粉末等的发泡剂，对发泡剂的加入量没有特别的限定，但是相对于固体和水的合计量优选为0.1重量％以下。对于使用的金属铝粉末，优选粒度在50微米以下，表面积大、易分散的。在发泡的情况下，优选同时采用油酸等的气泡保持剂。
接着，将这样制备的淤浆浇铸到模板中，硬化至半可塑性状态，在考虑生产性的情况下，这时的条件是优选在30～90℃下进行养护。对模板没有特别限定，例如优选是配有分批式的箱或将硬化至半可塑性状态的生料块变细的钢琴丝筛孔，并且可以以与切断装置相配的大小连续浇铸进行细分化的模板等。
装配有钢琴线筛孔的切断装置的钢琴线直径为1～0.6毫米，材质优选使用耐高张力钢。筛孔的网孔为了得到所需粒径的集料可适当选择，通常为10毫米。将硬化至半可塑性状态的生料块压出，同时在形成所需长度时施加张力，用钢琴线切断，或者用钢制的圆棒等破碎，制成碎片。在压出生料块时，使筛孔的周围部分比中心部分压出的速度要慢，因此可以制备保持适当粒度分布的薄片。生料块就发泡程度而言，切断之后的薄片表面之间不易变成团状的为好。
将这些切断或者破碎的薄片加入到盘式造粒机或者滚筒等滚动造粒机中，通过滚动去掉破碎片的角，同时，堵住薄片表面上的细孔进行致密化。在根据需要进一步提高这些滚动物的表面强度的情况下，涂敷水泥粉末等表面特性改性剂，或者适当涂敷可赋予其它所需机能的材料。
下面对得到的滚动物进行蒸汽养护的工序进行说明。
蒸汽养护方法已知为湿润养护、常压蒸汽养护和高压蒸汽养护方法，本发明优选高压蒸汽养护，作为高压蒸汽养护的前养护也可以施以常压蒸汽养护。该常压蒸汽养护的条件是在30℃～100℃养护1个小时以上。另一方面，在高压釜中进行的高压蒸汽养护的条件由于随着硅酸质原料和石灰质原料和根据需要加入的硫酸钙的比例而改变，根据这些比例得出条件，从生产性和集料强度的角度说，是在120℃～250℃1个小时以上，优选3个小时的蒸汽养护。
实施例
通过下面的实施例对本发明进行详细地说明。
本发明并不限于下面的实施例。
本发明的实施例中采用的煤灰的主要成分是SiO2:56.20重量％、Al2O3:32.10重量％、Fe2O3:3.57重量％、CaO:0.59重量％、MgO:1.40重量％、Na2O:0.22重量％、K2O:0.48重量％。
[实施例1]
将由煤灰80重量％、水泥20重量％制成的集料混合原料在球磨机中混合粉碎，使平均粒径为5微米。接着加入相当于该粉碎物总量的75重量％的水，用混合机混合，进行淤浆化之后，浇铸到模板中，在40℃、相对湿度为95％的气氛下进行4个小时的养护。将硬化到半可塑性状态的生料块用网孔10毫米、线径0.25毫米的钢琴线切断，制成边长约10毫米的立方体状的碎片。再将该碎片采用盘式造粒机滚动，磨去棱角和表面致密化，加工成直径约10毫米的球状。将其填充到高压釜中，在200℃(15kg/cm2)下进行8个小时的高压蒸汽养护，制成集料1(实施例1)。
为了评价所得到的集料1(实施例1)，采用JIS A1110测定绝对干比重，采用一轴压缩破坏负荷测定压坏强度。压坏强度采用压坏试验机对直径为10毫米的各种集料进行测定，求其平均值。其结果列于表1。
根据表1可见，实施例1的集料1的绝对干比重为1.20，压坏强度为26kgf。
[实施例2～19]
除煤灰79重量％、普通波兰特水泥20重量％、石膏1重量％之外与实施例1相同制备集料2(实施例2)，除煤灰77重量％、普通波兰特水泥20重量％、石膏3重量％之外与实施例1相同制备集料3(实施例3)，除煤灰75重量％、普通波兰特水泥20重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料4(实施例4)，除煤灰70重量％、普通波兰特水泥25重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料5(实施例5)，除煤灰65重量％、普通波兰特水泥30重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料6(实施例6)，除煤灰75重量％、快硬波兰特水泥20重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料7(实施例7)，除煤灰75重量％、超快硬波兰特水泥20重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料8(实施例8)，除煤灰75重量％、快硬波兰特水泥20重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料9(实施例9)，除了只将煤灰粉碎到5微米，煤灰70重量％、普通波兰特水泥25重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料10(实施例10)，除了只将煤灰粉碎到5微米，煤灰65重量％、普通波兰特水泥30重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料11(实施例11)，除了只将煤灰粉碎到5微米，煤灰60重量％、普通波兰特水泥35重量％、石膏5重量％之外与实施例1相同制备集料12(实施例12)，除了加入固体组分总重量的65重量％的水之外，与实施例4相同制备集料13(实施例13)，除了加入固体组分总重量的70重量％的水之外，与实施例4相同制备集料14(实施例14)，除了高压釜养护温度为185℃之外，与实施例4相同制备集料15(实施例15)，除了高压釜养护温度为150℃之外，与实施例4相同制备集料16(实施例16)，除了模板浇铸之后在60℃、相对湿度为95％的气氛下养护4个小时之外，与实施例4同样制备集料17(实施例17)，除了模板浇铸之后在80℃、相对湿度为95％的气氛下养护4个小时之外，与实施例4同样制备集料18(实施例18)，除作为高压蒸汽养护的前养护，在40℃、相对湿度在95％以下进行1个小时的常压蒸汽养护之外与实施例4相同制备集料19(实施例19)。
对所得到的集料2～19进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，实施例2～19的集料2～19，绝对干比重1.19～1.41。压坏强度35～71kgf。
[实施例20]
将由煤灰89重量％，普通波兰特水泥10重量％，熟石膏1重量％构成的集料混合原料在球磨机中混合粉碎，使平均粒度为5微米。接着加入相当于该粉碎物总量的67重量％的水，用混合机混合，进行淤浆化之后，浇铸到保持40℃的模板中，在40℃、相对湿度为95％的气氛下进行3.5个小时的养护。将硬化到半可塑性状态的生料块用网孔10毫米、线径0.25毫米的钢琴线网切断，制成边长约10毫米的立方体状碎片。再将该碎片采用盘式造粒机滚动，磨去棱角和表面致密化，加工成直径约10毫米的球状。将其填充到高压釜中，在185℃(蒸汽压10.5kg/cm2)下进行8个小时的高压蒸汽养护，制成集料20(实施例20)。
对所得到的集料20进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，实施例20的集料20，绝对干比重为1.46。压坏强度36kgf。
[实施例21～25]
除煤灰79重量％、普通波兰特水泥20重量％、熟石膏1重量％之外与实施例20相同制备集料21(实施例21)，除煤灰85重量％、普通波兰特水泥10重量％、熟石膏1重量％、生石灰4重量％之外与实施例20相同制备集料22(实施例22)，除煤灰79重量％、普通波兰特水泥20重量％、熟石膏1重量％，加入全部固体组分重量的0.02重量％的金属铝粉末和0.07重量％油酸之外与实施例20相同制备集料23(实施例23)，除了将集料混合原料的平均粒径粉碎到10微米，用4.5个小时硬化至半可塑性状态之外，与实施例21相同制备集料24(实施例24)，除了将集料混合原料的平均粒径粉碎到14微米，在7个小时内硬化至半可塑性状态之外，与实施例21相同制备集料25(实施例25)。
对所得到的集料21～25进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，实施例21～25的集料21～25，绝对干比重为1.17～1.44，压坏强度为53～105kgf。
[实施例26]
将由煤灰83重量％，普通波兰特水泥10重量％，半水石膏1重量％、生石灰6重量％构成的集料混合原料在球磨机中混合粉碎到平均粒度为14微米。接着加入相当于该粉碎物总量的67重量％的水，用混合机混合，进行淤浆化之后，加入全部固体组分重量的0.02重量％的金属铝粉末和0.07重量％的油酸之后浇铸到模板中，在45℃、相对湿度为95％的气氛下进行4个小时的养护。将硬化到半可塑性状态的生料块用网孔开度10毫米、线径0.25毫米的钢琴线切断，制成边长约10毫米的立方体状的碎片。再将该碎片采用盘式造粒机滚动，磨去棱角和表面致密化，加工成直径约10毫米的球状。将其填充到高压釜中，在185℃(蒸汽压10.5kg/cm2)下进行8个小时的高压蒸汽养护，制成集料26(实施例26)。
对所得到的集料26进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，实施例26的集料26，绝对干比重为1.22，压坏强度54kgf。
[实施例27～28]
除了加入相当于全部固体组分重量的0.04重量％的金属铝粉末之外与实施例26相同制备集料27(实施例27)，除了加入相当于与实施例26具有相同组成的粉碎物的全部固体组分重量的100重量％的水之外与实施例26相同制备集料28(实施例28)。
对所得到的集料27、28进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，实施例27、28的集料27、28，绝对干比重为0.79～1.17，压坏强度为31～49kgf。
[比较例1]
将由煤灰60重量％，普通波兰特水泥40重量％构成的集料原料在球磨机中混合粉碎，使平均粒度为5微米。接着加入相当于该粉碎物总量的23重量％的水，用混合机混合之后，成型为10毫米的球状。将该成形物在20℃的湿润空气中放置24个小时之后，在65℃、相对湿度为95％的气氛下养护48个小时，再在20℃的湿润空气中养护96个小时，制备集料29(比较例1)。
对所得到的集料29进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，比较例1的集料29，虽然压坏强度为109kgf，但是绝对干比重为1.82超过了1.5。
[比较例2]
将由煤灰80重量％，普通波兰特水泥15重量％，石膏5重量％构成的集料原料在球磨机中混合粉碎，使平均粒度为5微米。接着加入相当于该粉碎物总量的23重量％的水，用混合机混合之后，成型为10毫米的球状。将该成形物在50℃、相对湿度为95％的气氛下养护15个小时，再在95℃、相对湿度95％的气氛下养护15个小时，制备集料30(比较例2)。
对所得到的集料30进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，比较例2的集料30，虽然压坏强度为51kgf，但是绝对干比重为1.59，超过1.5。
[比较例3]
除了不进行在高压釜中的高压蒸汽养护，在40℃、相对湿度为95％的气氛下养护7天之外，与实施例1同样制备集料31(比较例31)。
对所得到的集料31进行与实施例1一样的测定，其评价结果并列列于表1。
从表1可见，比较例3的集料31，虽然绝对干比重为1.33，但压坏强度为11kgf的低强度。
表1
  集料   绝对干比重   压坏强度(kg/f)     集料 绝对干比重   压坏强度(kg/f)
    1     实施例1     1.20     26     17 实施例17     1.23     48
    2     实施例2     1.19     37     18 实施例18     1.26     45
    3     实施例3     1.22     44     19 实施例19     1.19     41
    4     实施例4     1.21     48     20 实施例20     1.46     36
    5     实施例5     1.31     77     21 实施例21     1.44     105
    6     实施例6     1.35     76     22 实施例22     1.44     69
    7     实施例7     1.25     52     23 实施例23     1.26     61
    8     实施例8     1.25     52     24 实施例24     1.22     60
    9     实施例9     1.25     39     25 实施例25     1.17     53
    10     实施例10     1.21     39     26 实施例26     1.22     54
    11     实施例11     1.29     55     27 实施例27     0.79     31
    12     实施例12     1.41     77     28 实施例28     1.17     49
    13     实施例13     1.25     47     29 比较例1     1.82     109
    14     实施例14     1.23     44     30 比较例2     1.59     51
    15     实施例15     1.23     39     31 比较例3     1.33     11
    16     实施例16     1.23     35
通过上面对本发明的描述，以由煤火力发电厂和燃煤锅炉等产生的煤灰为原料，可以低成本高效地生产非烧制成型的容易调整绝对干比重的人造轻质集料。因此不需要工业废弃物的掩埋处理，由于可再利用到特别是土木建筑材料等上，从而可能对环境保护和能源的稳定供应很有用。

Claims (8)

1．一种人造轻质集料的生产方法，其特征在于混合硅酸质原料和石灰质原料，或者在混合之后进行粉碎，接着加水进行淤浆化，浇铸到模板中进行养护，再将在该模板内硬化到半可塑性状态的生料块通过筛孔压出，同时在长轴方向切断或者破裂，将其在滚动之后进行蒸汽养护。
2．权利要求1记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于上述蒸汽养护法是高压蒸汽养护，或者在常压蒸汽养护之后进行的高压蒸汽养护。
3．权利要求1或2记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于往上述硅酸质原料和石灰质原料的混合物中再加入硫酸钙。
4．权利要求1～3中任意一项记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于往上述淤浆中再加入发泡剂。
5．权利要求1～4中任意一项记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于作为石灰质原料的水泥、氧化钙和/或氢氧化钙的加入量分别为1～50重量％、换算成CaO为1～50重量％。
6．权利要求3～5中任意一项记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于硫酸钙的加入量换算成CaSO4为0.5～10重量％。
7．权利要求1～6中任意一项记载的人造轻质集料的生产方法，其特征在于在上述滚动时涂敷表面特性改性剂，然后进行蒸汽养护。
8．一种人造轻质集料，其特征在于采用权利要求1～7中任意一项记载的人造轻质集料的生产方法制备，并且绝对干比重为0.5～1.5。
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