CN115108812B - 调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法，涉及人造轻质材料技术领域，本发明以成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料，先将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球，然后将适量同类型成陶粉体包覆于多孔生料球表面，得到类石榴型陶粒生料球，最后将类石榴型陶粒生料球进行高温烧结。本发明采用单一成陶粉体制备出了轻质、高强、低吸水率的陶粒，无需复杂的成分设计过程，从根源解决了现有技术制备陶粒时孔隙结构难以调控及原料配比复杂的问题，且其工艺流程简单，成本低，尤其适于工业化生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及人造轻质材料技术领域，特别涉及一种调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法。
背景技术
目前，轻质高强陶粒的生产工艺主要是通过对生料成分和高温热处理制度进行调控，利用粘度合适的液相将气泡束缚住，从而制备出低密度的陶粒。由于高温条件下陶粒中液相的粘度对温度比较敏感，而工业窑炉的温控精度普遍不高，这导致生产的陶粒普遍性能波动较大。另外，采用现行工艺制备的陶粒普遍存在气孔结构参数调控困难、裂纹较多等现象。
中国专利文献CN111333404A以泡沫作为模板，以磷尾矿、稳泡剂、水泥等为主要的成陶原料，采用成球工艺制备磷尾矿多闭孔基体，然后利用多闭孔基体和污泥、助溶剂等原料混合成球制备陶粒生料，经高温烧成制备出符合GB/T17431.2-2010要求的轻质陶粒。然而，上述方法所制备的陶粒筒压强度较低，不符合高强陶粒的标准要求，并且还存在制备工艺复杂的问题。另有中国专利文献CN102936127A以羧甲基纤维素或聚乙烯醇表面改性的聚苯泡沫颗粒为成孔模板，利用成球盘将陶粒原料粉体包覆在成孔模板材料上，在之后的高温煅烧过程中聚苯泡沫颗粒被分解去除，最终得到轻质中空陶粒。上述专利都是在陶粒生料成球阶段，以高温下易分解的有机轻质颗粒作为成孔模板引入到陶粒生料中，再经高温烧成。这些方法存在如下共同的问题：（1）成陶粉体配比复杂，需要经过复杂的成分设计过程，当需要调控陶粒的结构特征及力学强度时，面临重新进行成分设计的问题，工作量大；（2）制备工艺较为复杂，不利于工业化生产；（3）有机成孔模板在高温下分解会释放污染性气体；（4）陶粒吸水率偏高，且在孔隙之间发育形成有细小的裂纹，结构稳定性较差，受力超限时易于发生较大的结构性损毁（粉碎）。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、易于工业化的陶粒制备方法，并通过该法制备具有类石榴结构的轻质高强陶粒。
具体而言，本发明中类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法包括以下步骤：
1）以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料；
2）利用粘合剂将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球；
3）利用粘合剂将适量与步骤1）中同一类型的成陶粉体包覆于多孔生料球表面，从而在多孔生料球外部形成外壳层，得到类石榴型陶粒生料球；
4）将类石榴型陶粒生料球干燥后在低于颗粒状空心模板的熔点温度下烧结并确保颗粒状空心模板的空腔结构不被破坏，烧结完成后随炉冷却，即得到所述类石榴结构轻质高强陶粒。
在步骤1）中，所述成陶粉体为单一类型的粒度不大于200目的粉体，所述颗粒状空心模板的粒径为0.5mm -3mm。
其中，所述粘合剂为糖或糖蜜的水溶液。
于本发明一实施例中，步骤3）中成陶粉体的粒径不大于步骤1）中成陶粉体的粒径的70%。
于本发明一实施例中，所述成陶粉体为粉煤灰、页岩、废弃土方、煤矸石、铁尾矿中的一种，所述颗粒状空心模板为粉煤灰漂珠、莫来石空心球、尖晶石空心球中的一种。
其中，所述类石榴型陶粒生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比优选为1：（2～9），所述多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比优选为1：（1～5）。
进一步地，所述粘合剂中糖或糖蜜的浓度为（5～15）wt%。
于本发明一实施例中，步骤2）中，取适量颗粒状空心模板加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次、交替加入颗粒状空心模板和成陶粉体，最终制备得到多孔生料球；
步骤3）中，将步骤2）中制备的多孔生料球加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于多孔生料球表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次加入剩余成陶粉体，最终制备得到陶粒生料球；
步骤4）中，陶粒生料球的干燥温度低于粘合剂中功能组分的分解温度，烧结过程采用分段升温、保温，最高温度为1100℃-1350℃，在最高温阶段保温30 min -90min，之后随炉冷却至室温。
此外，本发明还涉及采用上述制备方法制备得到的类石榴结构轻质高强陶粒，其包括多孔芯部，所述多孔芯部外形成有致密壳层。
最后，本发明还涉及一种调控陶粒结构特征和力学强度的方法，通过采用上述制备方法制备陶粒，并在颗粒状空心模板与成陶粉体类型已经确定的前提下，于制备过程中：
通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比来调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数；
并通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量来调控陶粒致密壳层的密实度和厚度。
本发明在多孔生料球外部包裹成陶粉体形成外壳层，多孔生料球中采用熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板作为造孔剂，颗粒状空心模板能够在高温烧成阶段保持其内部空腔结构不被破坏，外壳层高温烧成后所形成致密结构能够有效降低陶粒的吸水率并提高其力学强度。生产过程中，通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比即可调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数（气孔大小及孔隙率），通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量即可调控陶粒致密壳层的密实度和厚度，从而实现陶粒结构特征和力学强度的调控。与现有技术相比，本发明采用单一类型的成陶粉体就可制备出轻质和高强兼顾的陶粒，无需复杂的成分设计过程，从根源上解决了现有技术制备陶粒时孔隙结构难以调控及原料配比复杂的问题。尤其值得一提的是，本发明制备的类石榴结构轻质高强陶粒的壳层表面以及芯部的孔隙周围未见任何细小裂纹，陶粒结构稳定性好，受压时不会出现粉碎性破裂的现象，孔隙周围密实、无裂纹的结构形态对于保证陶粒低吸水率以及其在存放和使用过程中的结构稳定性与抗压强度都是极为有益的。另外，本发明所采用的工艺流程更简单，成本低，也更适合应用于工业化生产。
附图说明
图1为实施例中制备类石榴结构轻质高强陶粒的工艺原理图。
图2为实施例1中制备的轻质高强粉煤灰陶粒及其断面结构。
具体实施方式
为便于本领域技术人员更好地理解本发明与现有技术的区别，下面结合具体实施例来对本发明作更进一步的说明，实施例所记载的内容并不能理解为对本发明的限制。
图1示出了实施例中制备类石榴结构轻质高强陶粒的工艺原理。总体而言，以下实施例中均是以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料，先利用粘合剂将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球，然后利用粘合剂将适量同类型成陶粉体包覆于多孔生料球表面，从而在多孔生料球外部形成外壳层，得到类石榴型陶粒生料球，最后将类石榴型陶粒生料球干燥后在低于颗粒状空心模板的熔点温度下烧结并确保颗粒状空心模板的空腔结构不被破坏，烧结完成后随炉冷却，即得到类石榴结构轻质高强陶粒。其中，在以下实施例中所用到的成陶粉体为单一类型且其粒度不大于200目，颗粒状空心模板的粒径限定在0.5mm -3mm的范围内，多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（1～5），类石榴型陶粒生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（2～9）。各实施例的区别主要在于成陶粉体、空心模板、粘合剂的类型、各原料组分的配比以及热处理的条件有所不同。
实施例1：
一、多孔生料球的制备。
原料：Ⅱ级粉煤灰（成陶粉体）、10目粉煤灰漂珠（空心模板）、浓度为10wt%的糖蜜水溶液（粘合剂），上述原料均为市售产品，其中，10wt%的糖蜜水溶液是以市售糖蜜为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将Ⅱ级粉煤灰过200目筛网，取筛下粉体备用。
2、控制漂珠和粉煤灰质量比1:9，称取200g漂珠和1800g粉煤灰备用。
3、将50g漂珠加入盘式造粒机的混合盘中并启动设备，向混合盘中喷洒适量糖蜜水溶液，混匀后，缓慢加入200g粉煤灰，期间根据粉煤灰在漂珠表面的包覆状态适量补喷糖蜜水溶液；再次加入50g漂珠，并适时补喷糖蜜水溶液，缓慢筛入200g粉煤灰，根据实际情况适量补喷糖蜜水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入漂珠和粉煤灰，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，应根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为5-10mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中造粒。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将粒度大小为5-10mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加糖蜜水溶液。
2、将剩余的1000g粉煤灰分批次加入到成球盘，并适时补喷糖蜜水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为8-15mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在105℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-550℃，10℃/min；550℃保温1.5 h；550℃-1210℃，10℃/min；1210℃保温45min；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为8-15mm的基于粉煤灰的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强（筒压强度5MPa以上）陶粒的性能指标如下：表观密度1.39g/cm3，堆积密度821kg/m3，筒压强度13.1MPa，吸水率2.8%。
实施例2：
一、多孔生料球的制备。
原料：Ⅱ级粉煤灰（成陶粉体）、10目粉煤灰漂珠（空心模板）、浓度为10wt%的糖蜜水溶液（粘合剂），上述原料均为市售产品，其中，10wt%的糖蜜水溶液是以市售糖蜜为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将Ⅱ级粉煤灰过200目筛网，取筛下粉体备用。
2、控制漂珠和粉煤灰总质量比1:9，称取200g漂珠和800g粉煤灰（200目）备用。
3、将50g漂珠加入盘式造粒机的混合盘中并启动设备，向混合盘中喷洒适量糖蜜水溶液，混匀后，缓慢加入200g粉煤灰，期间根据粉煤灰在漂珠表面的包覆状态适量补喷糖蜜水溶液；再次加入50g漂珠，并适时补喷糖蜜水溶液，缓慢筛入200g粉煤灰，根据实际情况适量补喷糖蜜水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入漂珠和粉煤灰，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，应根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为5-10mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中造粒。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将Ⅱ级粉煤灰过270目筛网，取筛下粉体备用。
2、将粒度大小为5-10mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加糖蜜水溶液。
2、将1000g粉煤灰（270目）分批次加入到成球盘，并适时补喷糖蜜水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为8-15mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在105℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-550℃，10℃/min；550℃保温1.5 h；550℃-1210℃，10℃/min；1210℃保温45min；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为8-15mm的基于粉煤灰的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强（筒压强度5MPa以上）陶粒的性能指标如下：表观密度1.41g/cm3，堆积密度837kg/m3，筒压强度14.2MPa，吸水率2.1%。与实施例1相比，本实施例与实施例1制备的陶粒在表观密度和堆积密度上的差异不大，但是陶粒的筒压强度明显提高，吸水率明显降低。
实施例3：
一、多孔生料球的制备。
原料：页岩粉体（成陶粉体）、20目粉煤灰漂珠（空心模板）、浓度为10wt%的葡萄糖水溶液（粘合剂），上述原料均为市售产品，其中，10wt%的葡萄糖水溶液是以市售葡萄糖为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将页岩颗粒粉磨，经机械筛分取小于200目的粉体备用。
2、控制漂珠和页岩粉体质量比15:85，称取300g漂珠和2700g页岩粉体备用。
3、将100g漂珠加入盘式造粒机的混合盘中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量葡萄糖水溶液，混合4min后，缓慢筛入300g页岩粉体，期间根据页岩粉体在漂珠表面的包覆状态适量补喷粘合剂；再次加入100g漂珠，并适时补喷葡萄糖水溶液，缓慢筛入300g页岩粉体，根据实际情况适量补喷葡萄糖水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入漂珠和页岩粉体，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，应根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为6-12mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中成球长大。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将粒度大小为6-13mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加葡萄糖水溶液。
2、将剩余的1800g页岩粉体分批次加入到成球盘，并适时补喷葡萄糖水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为10-20mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在105℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的类石榴型陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-500℃，10℃/min；500℃保温0.5 h；500℃-1150℃，10℃/min；1150℃保温30min；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为10-20mm的基于页岩粉体的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强陶粒的性能指标如下：表观密度1.26g/cm3，堆积密度687kg/m3，筒压强度10.3MPa，吸水率2.6%。
实施例4：
一、多孔生料球的制备。
原料：废弃土方（黄壤，取自湖南省衡阳市珠晖区）、20目粉煤灰漂珠（空心模板）、浓度为15wt%的糖蜜水溶液（粘合剂），上述空心模板及糖蜜均为市售产品，其中，15wt%的糖蜜水溶液是以市售糖蜜为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将黄壤颗粒在105-110℃保温不低于12小时，确保充分干燥。采用球磨机对其进行球磨处理，使用200目筛网对球磨得到的粉体进行筛分，取筛下粉体备用。
2、控制漂珠和黄壤粉体质量比12:88，称取240g漂珠和1760g黄壤粉体备用。
3、将80g漂珠加入盘式造粒机的混合盘中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量糖蜜水溶液，混合3min后，缓慢筛入400g黄壤粉体，期间根据黄壤粉体在漂珠表面的包覆状态适量补喷粘合剂；再次加入80g漂珠，并适时补喷糖蜜水溶液，缓慢筛入400g黄壤粉体，根据实际情况适量补喷糖蜜水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入漂珠和黄壤粉体，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，期间根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为6-12mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中成球长大。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将粒度大小为6-12mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加糖蜜水溶液。
2、将剩余的560g黄壤粉体分批次加入到成球盘，并适时补喷糖蜜水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为8-15mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在110℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的类石榴型陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-450℃，10℃/min；450℃保温1.5 h；450℃-1300℃，10℃/min；1300℃保温1.5 h；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为8-15mm的基于黄壤粉体的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强陶粒的性能指标如下：表观密度1.23g/cm3，堆积密度667kg/m3，筒压强度8.5MPa，吸水率2.7%。
实施例5：
一、多孔生料球的制备。
原料：煤矸石（购自湖南省衡阳市耒阳市小水镇）、1-2mm莫来石空心球（空心模板）、浓度为5wt%的麦芽糖水溶液（粘合剂），上述原料均为市售产品，其中，5wt%的麦芽糖水溶液是以市售麦芽糖为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将煤矸石在110℃保温不低于24小时，确保充分干燥。采用球磨机对其进行球磨处理，使用200目筛网对球磨得到的粉体进行筛分，取筛下粉体备用。
2、控制莫来石空心球和煤矸石粉体质量比15:85，称取600g莫来石空心球和3400g煤矸石粉体备用。
3、将200g莫来石空心球加入盘式造粒机的混合盘中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量麦芽糖水溶液，混合5min后，缓慢筛入1000g煤矸石粉体，期间根据煤矸石粉体在莫来石空心球表面的包覆状态适量补喷粘合剂；再次加入200g莫来石空心球，并适时补喷麦芽糖水溶液，缓慢筛入1000g煤矸石粉体，根据实际情况适量补喷麦芽糖水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入莫来石空心球和煤矸石粉体，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，期间根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为6-15mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中成球长大。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将粒度大小为6-15mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加麦芽糖水溶液。
2、将剩余的400g煤矸石粉体筛入到成球盘，并适时补喷麦芽糖水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为8-20mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在110℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的类石榴型陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-500℃，10℃/min；500℃保温2h；500℃-1250℃，10℃/min；1250℃保温1.5 h；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为8-20mm的基于煤矸石粉体的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强陶粒的性能指标如下：表观密度1.13g/cm3，堆积密度558kg/m3，筒压强度7.7MPa，吸水率3.2%。
实施例6：
一、多孔生料球的制备。
原料：铁尾矿（取自湖南省衡阳市衡阳县关市镇）、2-3mm尖晶石空心球（空心模板）、浓度为10wt%的白砂糖水溶液（粘合剂），上述原料均为市售产品，其中，10wt%的白砂糖糖水溶液是以市售白砂糖为功能组分、以自来水为溶剂自配而成。
设备：盘式造粒机、电热干燥箱、实验电炉。
1、将铁尾矿在105℃保温24小时，充分干燥后经破碎、粉磨、经200目筛网对粉体进行筛分，取筛下粉体备用。
2、尖晶石空心球和铁尾矿粉体质量比1:4，称取600g尖晶石空心球和2400g铁尾矿粉体备用。
3、将200g空心球加入盘式造粒机的混合盘中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量白砂糖水溶液，混合5min后，缓慢筛入600g铁尾矿粉体，期间根据铁尾矿粉体在空心球表面的包覆状态适量补喷粘合剂；再次加入200g空心球，并适时补喷白砂糖水溶液，缓慢筛入600g铁尾矿粉体，根据实际情况适量补喷白砂糖水溶液；重复上述步骤，等比例、分批次、交错加入尖晶石空心球和铁尾矿粉体，制备得到多孔生料球，在多孔生料球的制备阶段，期间根据生料球大小，适时对混合盘中的物料进行机械筛分，取粒度为8-15mm的多孔生料球备用。粒度较小的继续置于混合盘中成球长大。
二、类石榴型陶粒生料球的制备。
1、将粒度大小为8-15mm的多孔生料球置于清理干净的混合盘中，启动设备，适量补加白砂糖水溶液。
2、将剩余的600g铁尾矿粉体筛入到成球盘，并适时补喷白砂糖水溶液，得到类石榴型陶粒生料球。
3、根据混合盘中类石榴型陶粒生料球的大小进行机械筛分，留取粒度大小为10-20mm的类石榴型陶粒生料球备用。
三、类石榴型陶粒生料球的热处理。
1、将制备的类石榴型陶粒生料球置于电热干燥箱中，在110℃条件下干燥24h。
2、将干燥后的类石榴型陶粒生料球置于实验电炉中进行热处理。热处理制度如下：室温-500℃，10℃/min；500℃保温2h；500℃-1230℃，10℃/min；1230℃保温1.5 h；随炉冷却，经机械筛分处理即可制备粒度为10-20mm的基于铁尾矿粉体的类石榴型轻质高强陶粒。
四、性能指标测试。
经测试，本实施例制备的类石榴型轻质高强陶粒的性能指标如下：表观密度1.22g/cm3，堆积密度579kg/m3，筒压强度6.9MPa，吸水率3.1%。
上述各实施例在多孔生料球外部包裹成陶粉体形成外壳层，多孔生料球中采用熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板作为造孔剂（形成了类石榴型的结构形态），颗粒状空心模板能够在高温烧成阶段保持其内部空腔结构不被破坏，外壳层高温烧成后所形成致密结构能够有效降低陶粒的吸水率并提高其力学强度。生产过程中，通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比即可调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数（气孔大小及孔隙率），通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量即可调控陶粒致密壳层的密实度和厚度，从而实现陶粒结构特征和力学强度的调控。
需要指出的是，现有工艺制备的陶粒大都在其表面以及气孔周围发育有细小的裂纹，而从图2a可以看出，本发明制备的陶粒表面未见任何裂纹，从图2b可以看出，敲开的陶粒断面光整，呈现密实的结构形态，且气孔周围亦未见任何细小裂纹。产生上述差异的原因很大可能是因为本发明采用了熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板作为造孔剂，在陶粒生料烧结以及烧结之后的冷却收缩过程中，空心模板起到了骨架支撑作用并使得陶粒内部的应力均匀分散在各颗粒状空心模板上，避免了高温烧结以及冷却收缩时导致气孔变形/塌陷以及应力集中而在陶粒表面与气孔周围发育出细小裂纹的情形。由于表面以及气孔周围发育有细小的裂纹，现有方法制备的陶粒在储存过程中，受空气湿度及温度变化，这些细小的裂纹存在进一步发育的可能，尤其当其受到重压（特别是陶粒吸水后受重压）时，裂纹更会迅速增长，从而出现整颗陶粒呈粉碎性破裂的情况。本发明所制备的陶粒表面形成了致密壳层，壳层表面以及芯部的孔隙周围未见任何细小裂纹，陶粒结构稳定性好，受压时不会出现粉碎性破裂的现象，密实、无裂纹的结构形态能够长期保证陶粒的低吸水率特性且其在存放过程中的结构稳定性更好，在将其作为轻质骨料应用于混凝土材料中时，能够更好地保证混凝土的抗压强度。
从各实施例中陶粒的性能测试结果可以看出，本发明采用单一类型的成陶粉体就制备出了轻质、高强、低吸水率兼顾的陶粒，无需复杂的成分设计过程，从根源上解决了现有技术制备陶粒时孔隙结构难以调控及原料配比复杂的问题。由于本发明所采用的工艺流程更简单，成本低，更适合应用于工业化生产。
本领域技术人员应当明白，以上实施例仅为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (5)
1.类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：
1）以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料；所述成陶粉体为单一类型的粒度不大于200目的粉体，所述颗粒状空心模板的粒径为0.5mm-3mm；所述成陶粉体为粉煤灰、页岩、废弃土方、煤矸石、铁尾矿中的一种，所述颗粒状空心模板为粉煤灰漂珠、莫来石空心球、尖晶石空心球中的一种；
2）利用糖或糖蜜的水溶液作为粘合剂将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球；所述多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（1～5）；
3）利用糖或糖蜜的水溶液作为粘合剂将适量与步骤1）中同一类型的成陶粉体包覆于多孔生料球表面，从而在多孔生料球外部形成外壳层，得到类石榴型陶粒生料球；所述类石榴型陶粒生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（2～9）；本步骤中成陶粉体的粒径不大于步骤1）中成陶粉体的粒径的70%；
4）将类石榴型陶粒生料球于低于粘合剂中功能组分分解温度的条件下干燥后，在低于颗粒状空心模板的熔点温度下烧结并确保颗粒状空心模板的空腔结构不被破坏，烧结完成后随炉冷却，即得到所述类石榴结构轻质高强陶粒。
2.如权利要求1所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述粘合剂中糖或糖蜜的浓度为（5～15）wt%。
3.如权利要求1或2所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：
步骤2）中，取适量颗粒状空心模板加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次、交替加入颗粒状空心模板和成陶粉体，最终制备得到多孔生料球；
步骤3）中，将步骤2）中制备的多孔生料球加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于多孔生料球表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次加入剩余成陶粉体，最终制备得到陶粒生料球；
步骤4）中，烧结过程采用分段升温、保温，最高温度为1100℃-1350℃，在最高温阶段保温30 min -90min，之后随炉冷却至室温。
4.采用权利要求1-3中任意一项所述制备方法制备得到的类石榴结构轻质高强陶粒，其特征在于：包括多孔芯部，所述多孔芯部外形成有致密壳层。
5.调控陶粒结构特征和力学强度的方法，其特征在于，采用权利要求1-3中任意一项所述制备方法制备陶粒，并在颗粒状空心模板与成陶粉体类型已经确定的前提下，于制备过程中：
通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比来调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数；
并通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量来调控陶粒致密壳层的密实度和厚度。
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