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CN110128109B - 一种高强陶粒及其制备方法 - Google Patents

一种高强陶粒及其制备方法 Download PDF

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CN110128109B CN201910500990.8A CN201910500990A CN110128109B CN 110128109 B CN110128109 B CN 110128109B CN 201910500990 A CN201910500990 A CN 201910500990A CN 110128109 B CN110128109 B CN 110128109B
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Abstract

本发明属于人造轻集料技术领域，公开了一种高强陶粒和所述高强陶粒的制备方法，该高强陶粒的原料包括：脱碳煤泥、工程弃土和铁质原料；该方法包括以下步骤：S1、将脱碳煤泥、工程弃土和少量铁质原料按所述质量百分比混合配料后，利用球磨机粉磨至80μm筛余15％‑30％；S2、经圆盘造粒机制成生料球体；在马弗炉中从室温升温至200℃，并保温；再升温至焙600℃并保温；最后升温至焙1180‑1195℃并保温，自然冷却到常温；从而得到高强陶粒成品。本发明不需要添加15‑30％石英砂、长石等其他添加剂，制得的陶粒表面质地坚硬，容重较轻，筒压强度高，且吸水率低等优点。

Description

一种高强陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于人造轻集料技术领域，特别涉及一种高强陶粒及其制备方法。
背景技术
陶粒是人造轻骨料的俗称；由于具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点，陶粒广泛应用于建材、园艺、污水处理、耐火保温材料、化工、石油等领域；
目前陶粒的制备原料主要为粘土或页岩，由于粘土是一种宝贵的天然资源，大力发展粘土陶粒必将导致大量优质耕地的破坏和流失；而用页岩生产陶粒会破坏自然植被和环境，并在一定程度上打破生态系统的平衡。
此外还包括其他制备方法：
例如中国专利(申请号201310196979.X)公开了一种主要以60-80％的煤矸石、10-30％的煤泥、5-10％的石英砂和10-20％的长石混合焙烧制备陶粒的方法，其陶粒容重为650Kg/m3，强度标号达到20MPa；
例如中国专利(申请号201010249977.9)公开了一种用煤泥烧制陶粒的方法，其陶粒吸水率为15％-30％，筒压强度1.5-15MPa，颗粒密度大于1166kg/m3的成品；
例如中国专利(申请号201610820573.8)公开了利用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其陶粒吸水率43.17％，筒压强度8.5MPa；
由于GB/T17431.1-2010标准中对高强陶粒的要求是：强度标号≧25MPa，吸水率≦10％，600Kg/m3≦密度等级≦1200Kg/m3；筒压强度≧4MPa；因此上述专利公开的陶粒制备方法要么强度不足，要么吸水率不合格，要么煤泥使用率≦30％，限制了对煤泥的大量使用；此外添加15％-30％石英砂和长石等添加剂，增加了原料成本。因此必须对现有的陶粒制备方法加以改进。
发明内容
本发明要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种高强陶粒及其制备方法，该方法以脱碳煤泥和以城市基建产生的工程弃土为主要原料，添加少量铁质原料制备高强陶粒；充分利用了脱碳煤泥中的剩余有机碳提高陶粒内部的孔隙结构，以及通过添加少量铁质原料来提高改善陶粒表面层的硬度，制备高强度陶粒可以应用在高强结构混凝土、预制构件和装配式建筑上。使用脱碳煤泥和建筑弃土为主要原料制备陶粒，不仅无害化利用了固废和减少对环境的危害，同时具有较好的社会效益和环境效益。
实现本发明上述目的的技术方案可以概括如下：
一种高强陶粒，该高强陶粒的原料包括：
43-85％(质量百分比)的脱碳煤泥；脱碳煤泥为煤泥经过精炼提纯煤后的副产物；
13-50％(质量百分比)的工程弃土；
2-7％(质量百分比)的铁质原料，所述铁质原料为铁矿石；
所述高强陶粒的吸水率控制在10％以内。进一步，所述高强陶粒的特性为：吸水率≦10％，筒压强度为4.5-18MPa，堆积密度为600-1100kg/m3。
进一步，一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁质原料按所述质量百分比混合配料后，利用球磨机粉磨至80μm筛余15％-30％；
S2、经圆盘造粒机制成大小为5-20mm的生料球体；在马弗炉中从室温升温至200℃，升温时间20-35min，保温15-25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间40-50min，保温15-30min；最后由600℃升温至焙1180-1195℃，升温时间55-75min，保温20-30min后，自然冷却到常温；从而得到高强陶粒成品。
进一步，一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将43％(质量百分比)的脱碳煤泥、50％(质量百分比)的工程弃土和7％(质量百分比)的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1195℃，升温时间65min，保温25min后，自然冷却到常温。
进一步，一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将55％(质量百分比)的脱碳煤泥、40％(质量百分比)的工程弃土和5％(质量百分比)的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余20％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1195℃，升温时间65min，保温25min后，自然冷却到常温。
进一步，一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将70％(质量百分比)的脱碳煤泥、27％(质量百分比)的工程弃土和3％(质量百分比)的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余25％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间20min，保温15min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间40min，保温15min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间55min，保温20min后，自然冷却到常温。
更进一步，一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将85％(质量百分比)的脱碳煤泥、13％(质量百分比)的工程弃土和2％(质量百分比)的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、然后在小球磨机内粉磨至80μm筛余30％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm。
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间35min，保温25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间50min，保温30min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间75min，保温30min后，自然冷却到常温。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明选用的脱碳煤泥为煤泥经过精炼提纯煤后的副产物，充分利用煤泥精炼脱碳后的含碳量较低的优点，由于一般洗煤厂产生的煤泥由于含碳量(含碳量高达25-30％)过高而无法制备高强陶粒的技术难题，以及煤泥使用量≦30％和无法大量使用等问题；本发明在煤泥掺入量高达43-85％的情况下，不仅把陶粒的吸水率控制在10％以内，同时也大幅度提高了陶粒的筒压强度(4.5-18MPa)。此外，本发明还充分利用了脱碳煤泥中的少量碳成分，有效地改善了陶粒容重和内部多孔结构，以及充分利用了脱碳煤泥中的水分，有利于成型和造粒。
2、本发明利用脱碳煤泥和工程弃土组合配料制备高强陶粒，解决了工程弃土对城市环境和水土流失造成的影响，并充分工程弃土本身所具有的良好塑性指数，在制备陶粒过程中，可以有效地降低成球造粒工艺的难度，节约了能耗，并能充分利用了废弃粘土内部内的硅铝成分，增加了陶粒的骨架强度。
3、本发明不需要添加石英砂、长石等其他添加剂，制得的陶粒具有表面质地坚硬、容重较轻、筒压强度高、且吸水率低等优点。
4、本发明没有采用粘土或页岩等破坏生态环境的原料，采用的工程弃土为减少城市水土流失量作出了贡献；脱碳煤泥也将传统具有污染性的煤泥变废为宝，因此本专利具有积极的环保意义。
具体实施方式
针对现有技术中陶粒存在的问题，本发明公开了一种高强陶粒，该高强陶粒由脱碳煤泥，工程弃土和少量铁质为原料制成；各原料的质量百分比如下：脱碳煤泥为43-85％，工程弃土为13-50％，铁质原料2-7％。
脱碳煤泥是将传统具有污染性的煤泥，利用高温动态分选工艺，可以从煤泥中选出精煤的先进技术，脱碳煤泥能使得煤泥中含碳量降到8％以内，从而为煤泥制陶粒开辟了一种新的途径；该技术为现有技术，此处不再赘述；
工程弃土是建筑垃圾的一个组成部分，随着我国基础设施建设的快速推进，我国近年来工程弃土数量激增，大量堆积，难以处理。由于工程弃土土质松散、堆积面陡、土壤浸蚀严重，产生的水土流失量在整个项目中占有较大比重，因此开发建设项目工程弃土是城市新增水土流失的重要来源；
脱碳煤泥、工程弃土的成分范围如下表1所示：
表1主要原料成分表
名称 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O
脱碳煤泥 2-10％ 38-55％ 15-30％ 2-8％ 3-8％ 1-3％ 0-2％ 0-2％
工程弃土 8-12％ 48-55％ 15-22％ 2-8％ 2-6％ 2-5％ 0-2％ 0-2％
铁质原料取自钢厂常用的铁矿石。
为了得到上述高强陶粒，本发明公开了一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、将脱碳煤泥，工程弃土和少量铁质原料按上述配比混合配料后，利用球磨机粉磨至80μm筛余15％-30％；S2、经圆盘造粒机制成大小为5-20mm的生料球体；在马弗炉中从室温升温至200℃，升温时间20-35min，保温15-25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间35-50min，保温15-30min；最后由600℃升温至焙1180-1195℃，升温时间50-75min，保温15-30min后，自然冷却到常温；从而得到吸水率≦10％，筒压强度4.5-18MPa，堆积密度600-1100kg/m3的高强陶粒成品。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例详细说明如下：
实施例1
一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁矿石分别破碎，然后以表2中的配料比例混合在一起；
表2配料方案1
名称 脱碳煤泥 工程弃土 铁矿石
配比 43％ 50％ 7％
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1180℃，升温时间65min，保温30min后，自然冷却到常温。
经检验，上述方案中获得到陶粒制品的特征在于：堆积密度为1063kg/m3，筒压强度17.8MPa，1h吸水率为0.42％。
实施例2
一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁矿石分别破碎，然后以表3中的配料比例混合在一起；
表3配料方案2
名称 脱碳煤泥 工程弃土 铁矿石
配比 55％ 40％ 5％
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余20％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1195℃，升温时间65min，保温25min后，自然冷却到常温。
上述方案中获得的陶粒制品特性为：堆积密度为960kg/m3，筒压强度15.6MPa，1h吸水率为0.5％。
实施例3
一种高强陶粒的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁矿石分别破碎，然后以表4中的配料比例混合在一起；
表4配料方案3
名称 脱碳煤泥 工程弃土 铁矿石
配比 70％ 27％ 3％
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余25％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间20min，保温15min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间40min，保温15min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间55min，保温20min后，自然冷却到常温。
上述方案中获得到陶粒制品的特征在于：堆积密度为780kg/m3，筒压强度8.6MPa，1h吸水率为4.5％。
实施例4
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁矿石分别破碎，然后以表5中的配料比例混合在一起；
表5配料方案4
名称 脱碳煤泥 工程弃土 铁矿石
配比 85％ 13％ 2％
S2、然后在小球磨机内粉磨至80μm筛余30％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为5-20mm。
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间35min，保温25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间50min，保温30min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间75min，保温30min后，自然冷却到常温。
上述方案中获得到陶粒制品的特征在于：堆积密度为646kg/m3，筒压强度5.4MPa，1h吸水率为8.7％。
综上，本发明在煤泥掺入量高达43-85％的情况下，不仅把陶粒的吸水率控制在10％以内，同时也大幅度提高了陶粒的筒压强度(5.4-17.8MPa)。此外，本发明还充分利用了脱碳煤泥中的少量碳成分，有效地改善了陶粒容重和内部多孔结构，以及充分利用了脱碳煤泥中的水分，有利于成型和造粒。
此外，本发明首次提出利用脱碳煤泥和工程弃土组合配料制备高强陶粒，解决了工程弃土对城市环境和水土流失造成的影响，并充分工程弃土本身所具有的良好塑性指数，在制备陶粒过程中，可以有效地降低成球造粒工艺的难度，节约了能耗，并能充分利用了废弃粘土内部内的硅铝成分，增加了陶粒的骨架强度。
本发明不需要添加石英砂、长石等其他添加剂，仅仅选用2-5％的铁质原料就使得烧成陶粒表面质地坚硬，容重较轻，筒压强度高，且吸水率低等优点。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种高强陶粒的制备方法，其特征在于：该高强陶粒的原料包括：
43-85%质量百分比的脱碳煤泥；脱碳煤泥为煤泥经过精炼提纯煤后的副产物；
13-50%质量百分比的工程弃土；
2-7%质量百分比的铁质原料，所述铁质原料为铁矿石；
所述高强陶粒的吸水率控制在10%以内，所述高强陶粒的特性如下，吸水率≦10％，筒压强度为 4.5-18MPa，堆积密度为600-1100kg/m3；
该方法包括以下步骤：
S1、将脱碳煤泥、工程弃土和铁质原料按所述质量百分比混合配料后，利用球磨机粉磨至80μm筛余15%-30%；
S2、经圆盘造粒机制成大小为5-20mm的生料球体；在马弗炉中从室温升温至200℃，升温时间20-35min，保温15-25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间40-50min，保温15-30min；最后由600℃升温至焙1180-1195℃，升温时间55-75min，保温20-30min后，自然冷却到常温；从而得到高强陶粒成品。
2.如权利要求1所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、将43%质量百分比的脱碳煤泥、50%质量百分比的工程弃土和7%质量百分比的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余15%，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为 5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1195℃，升温时间65min，保温25min后，自然冷却到常温。
3.如权利要求1所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、将55%质量百分比的脱碳煤泥、40%质量百分比的工程弃土和5%质量百分比的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余20%，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为 5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间25min，保温20min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间45min，保温20min；最后由600℃升温至焙1195℃，升温时间65min，保温25min后，自然冷却到常温。
4.如权利要求1所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、将70%质量百分比的脱碳煤泥、27%质量百分比的工程弃土和3%质量百分比的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余25%，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为 5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间20min，保温15min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间40min，保温15min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间55min，保温20min后，自然冷却到常温。
5.如权利要求1所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、将85%质量百分比的脱碳煤泥、13%质量百分比的工程弃土和2%质量百分比的铁矿石分别破碎并混合在一起；
S2、然后在小球磨机内粉磨至80μm筛余30%，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的颗粒大小为 5-20mm；
S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时；
S4、然后将烘干过的生料球体放入马弗炉中，从室温升温至200℃，升温时间35min，保温25min；再从200℃升温至焙600℃，升温时间50min，保温30min；最后由600℃升温至焙1185℃，升温时间75min，保温30min后，自然冷却到常温。
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