CN1872782A - 用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法 - Google Patents

用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法，用油页岩渣制备的陶粒由原料经烧结制成，原料包括油页岩渣。用油页岩渣制备陶粒的方法，其方法步骤为：(1)将原料研细后制成料球，原料包括油页岩渣；(2)将料球干燥；(3)在1000－1300℃下烧结；(4)冷却，成品。本发明陶粒具有一层隔水保气坚硬外壳，颜色呈暗红色，吸水率小于3％，筒压强度大于6.5MPa。本发明方法的优点在于：充分利用油页岩渣中的矿物成分及可燃成分制备多孔高强度陶粒，产品具有一定的附加值。

Description

用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑行业中所用的轻骨料——陶粒，特别是陶粒及其制备方法。
背景技术
油页岩渣是油页岩在开采、炼油及燃烧过程中产生的剥离土和岩灰渣。它的来源有油页岩干馏提取页岩油后剩余的废渣、油页岩燃烧发电后的废渣和油页岩作为燃料直接燃烧产生的炉渣等。油页岩渣所含的主要矿物有石英、高岭土、赤铁矿、云母、刚玉、白云石、硫铁矿等，属于含有少量残炭的类似火山灰质瘠性原料，有一定的颗粒度。由于在干馏或燃烧过程中，去除了其中的挥发分、碳质或其它有机酸等，形成多孔结构，具有很好的活性。在油页岩开发的早期阶段，由于缺乏环境意识与可持续发展观念，对油页岩灰渣的处理方式都是将其直接丢弃，堆置在附近，形成固体废弃物。这些废弃物含有大量毒性或潜在毒性物质，如重金属元素、微量放射性元素、致癌物质等，经过雨水淋溶或扩散后严重污染周围的水源、土地及生物，破坏农业生产，使土地毒化、酸化，破坏土壤生产能力，从而危害居民健康。其污染范围往往超过所占土地面积的数倍，导致严重的生态环境污染。
从利用角度看，油页岩渣如像粉煤灰那样用于筑路工程，虽然用量较大，但附加值太低。最好的利用方案是既能保证有相当大的用量，又使其具有一定的附加值。生产多种建材制品是油页岩渣利用的最佳途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法，本发明可以充分利用油页岩渣中的矿物成分及可燃成分，制成的陶粒高强度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
用油页岩渣制备的陶粒，它由原料经烧结制成，原料包括油页岩渣。
上述方案中，它的原料中还包括玻璃；原料中油页岩渣、玻璃的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％。
上述方案中，它的原料中还包括围岩或/和石英；原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣50-90％、玻璃5-25％、围岩0-25％、石英0-5％。
用油页岩渣制备陶粒的方法，其方法步骤为：
(1)将原料研细后制成料球，原料包括油页岩渣；
(2)将料球干燥；
(3)在1000-1300℃下烧结；
(4)冷却，成品。
上述方案中，原料还包括玻璃，原料中油页岩渣、玻璃的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％；
步骤(1)具体为：将原料分别破碎，混合后研细，加水制成料球。
上述方案中，原料还包括围岩或/和石英，原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％、围岩0-25％、石英0-5％。
上述方案中，原料经研细后，粒径小于0.1mm，且粒径大于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的25-35％，粒径小于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的65-75％。
上述方案中，步骤(3)具体为：将料球置于可控升温炉内，以4-5℃/分钟的速度升温至800-1500℃，在1000-1300℃下烧结30-40分钟。
上述方案中，原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣50-90％、玻璃5-25％、围岩0-25％、石英0-5％。
步骤(3)在1100-1200℃下烧结。
本发明陶粒具有一层隔水保气坚硬外壳，颜色呈暗红色，吸水率小于3％，筒压强度大于6.5MPa，其它技术指标均超过GB2838-81(粉煤灰陶粒和陶砂)标准要求，也优于GB2839-81(粘土陶粒和陶砂)和GB2840-81(页岩陶粒和陶砂)标准要求。
本发明方法的优点在于：
1、充分利用油页岩渣中的矿物成分及可燃成分制备多孔高强度陶粒，产品具有一定的附加值。
2、由于油页岩渣的化学成分以硅铝为主。单用油页岩渣作为生产陶粒的原料，不满足陶粒生产的要求。故须酌量加入熔剂性原料，平板玻璃的主要化学成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、R2O等，其质量百分比随成形方法不同而略有差异，除SiO2较高外，Na2O的含量也较高，最高可达15.5％。玻璃在高温下熔融，能形成粘稠的液相，是坯料中碱金属的主要来源，能降低陶粒的烧成温度。这些液相能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，在液相中Al2O3和SiO2相互作用，赋予坯体一定的机械强度和化学稳定性，使烧结后的陶粒具有高强度。为降低成本，玻璃可以采用废玻璃。
3、根据实验测定，油页岩围岩的Al2O3含量为30.06％，SiO2为54.15％，以高岭石为主(达63％)。有资料表明在陶瓷工业中，富含高岭石的粘土和高岭土等是最常用的原料，在高温烧结时反应可生成莫来石，起到提高坯体的机械强度、热稳定性、及化学稳定性的作用。但由于油页岩围岩的元素成分含量大多在烧胀陶粒所需原料化学成分含量以外，不具有烧胀性能，因此也可以用作外加剂改善物料中硅铝的含量。选择油页岩围岩作为附加原料，正是满足了固体废弃物处理与处置中“就地取材”的原则，在将来油页岩渣陶粒规模化生产中可大量的节约成本。
4、石英作为瘠性原料，可以调节泥料的可塑性，可降低坯料的干燥收缩和变形，有助于加速干燥过程。在陶粒产品烧成时，石英的加热膨胀可对坯体的收缩起部分补偿作用。高温时石英部分熔解于液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒构成坯体的骨架，提高陶粒产品的强度。
附图说明
图1本发明方法实施例的工艺流程图
具体实施方式
本发明用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法的实施例1-13，其方法步骤为：
(1)将原料分别破碎，混合后研细，加水制成料球；具体步骤为：
a、对原料分别进行破碎成粉；
b、原料配备：将原料按照配方称取所需的量；
c、拌料：将配好的混合料倒入快速研磨机中，研磨3-5分钟，最终使混合料的粒径满足以下要求：粒径小于0.1mm，且粒径大于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的25-35％，粒径小于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的65-75％。
d、成球：方法一，将混合料加入30％的水手工搓成一定粒径的料球；方法二，将混合料进入成球盘，利用旋转的成球盘形成母球，再继续喷水，使母球在滚动过程中不断增大，以制成符合要求的料球；
(2)将料球干燥：将料球自然干燥24h，再置于烘箱中用110℃烘干；
(3)在1000-1300℃下烧结；将料球置于可控升温电炉内，以4-5℃/分钟的速度升温至800-1500℃，在1000-1300℃下烧结30-40分钟。
(4)自然冷却，成品。
本发明用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法所选用的原料包括：油页岩渣或/和废玻璃或/和围岩或/和石英。原料中各组分的重量百分比为：油页岩渣30-100％、废玻璃0-50％、围岩0-25％、石英0-5％组成。各实施例原料中各组分的重量百分比见表1。
产品性能分析：
在实施例1、2中，可以制备出符合国家标准要求的陶粒。但原料中油页岩渣含量较低，废玻璃含量较高。由于废玻璃的成本高于油页岩渣，致使陶粒成本提升，又不符合资源化利用中大量消耗固体废物的原则。并且油页岩渣含量的降低，使原料中铝的含量降低，从而大大降低陶粒的烧结温度，缩小烧结范围，不利于实际生产。在实施例12、13中，油页岩渣的掺加量达到95％以上。油页岩渣主要富含硅铝，熔剂性物质含量较少，致使陶粒很难烧成，提升了烧结温度，增加能耗，也不利于工业化生产。实施例3-11，原料中的硅铝比适当，又含有足够的熔剂成分，在烧结温度在1100-1200℃间，可烧制出符合国家标准GB2839-81(粘土陶粒和陶砂)质量要求的轻质高强陶粒。因此，实施例3-11为最佳实施方案，其工艺流程如图1所示。
适宜烧胀陶粒的原料化学成分范围(％)为SiO2：53％-79％、Al2O3：10％-25％、Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等熔剂之和13％-26％。从化学成分上看，油页岩渣满足以上要求。油页岩渣主要由高岭石和石英组成，含有少量的碱土金属氧化物，属于粘土矿物。因此，经过合适的原料配合，可烧制出满足要求的陶粒。
表1：
  实施例   油页岩(％)   废玻璃(％)   围岩(％)   石英(％)   烧结温度℃
  1   30   50   15   5   1000-1100
  2   40   40   15   5   1000-1100
  3   50   30   15   5   1100-1200
  4   55   20   25   /   1100-1200
  5   60   25   10   5   1100-1200
  6   65   15   15   5   1100-1200
  7   70   25   5   /   1100-1200
  8   75   10   10   5   1100-1200
  9   80   20   /   /   1100-1200
  10   85   5   5   5   1100-1200
  11   90   10   /   /   1100-1200
  12   95   5   /   /   1200-1300
  13   100   /   /   /   1200-1300
原料规格见表2：
表2：w％
  成分   SiO2   Al2O3   TFe2O3   TiO2   CaO   MgO   K2O   Na2O   烧失量
  油页岩渣   67.01   20.4   7.82   0.59   0.24   0.85   2.16   0.09   0.42
  围岩   54.15   30.06   1.56   1.46   0.03   0.10   0.85   0.09   11.01
  废玻璃   71.47   2.60   0.20   0.05   8.82   2.04   0.98   12.92   0.20
  石英   99.98   /   /   /   /   /   /   /   0.02

Claims (9)

1、用油页岩渣制备的陶粒，其特征在于：它由原料经烧结制成，原料包括油页岩渣。
2、如权利要求1所述的陶粒，其特征在于：它的原料中还包括玻璃；原料中油页岩渣、玻璃的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％。
3、如权利要求2所述的陶粒，其特征在于：它的原料中还包括围岩或/和石英；原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣50-90％、玻璃5-25％、围岩0-25％、石英0-5％。
4、用油页岩渣制备陶粒的方法，其特征在于：其方法步骤为：
(1)将原料研细后制成料球，原料包括油页岩渣；
(2)将料球干燥；
(3)在1000-1300℃下烧结；
(4)冷却，成品。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于：原料还包括玻璃，原料中油页岩渣、玻璃的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％；
步骤(1)具体为：将原料分别破碎，混合后研细，加水制成料球。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：原料还包括围岩或/和石英，原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣30-95％、玻璃5-50％、围岩0-25％、石英0-5％。
7、如权利要求4所述的方法，其特征在于：原料经研细后，粒径小于0.1mm，且粒径大于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的25-35％，粒径小于0.05mm的颗粒重量占原料总重量的65-75％。
8、如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(3)具体为：将料球置于可控升温炉内，以4-5℃/分钟的速度升温至1000-1300℃，在1000-1300℃下烧结30-40分钟。
9、如权利要求6所述的方法，其特征在于：原料中油页岩渣、玻璃、围岩、石英的重量百分比为：油页岩渣50-90％、玻璃5-25％、围岩0-25％、石英0-5％；
步骤(3)在1100-1200℃下烧结。
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