專利名稱：人造輕質集料的生產方法和由該方法生產的人造輕質集料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及人造輕質集料，具體地說涉及為了將煤火力發(fā)電廠和燃煤爐產生的煤灰再次作為特別是土木建筑用的人造輕質集料，進行有效利用的人造輕質集料的生產方法和由該方法生產的人造輕質集料。
與石油相比煤的資源更豐富，每單位發(fā)熱量的價格更便宜，因此按照國內的能源政策，一直計劃或者實施著大幅度增加特別是作為發(fā)電用燃料的使用量。其結果是煤火力發(fā)電廠和燃煤爐等產生的煤灰與煤的使用量大致成比例增加。因此，有效利用急劇增加的煤灰已成為嚴重的問題。
為了有效地利用大量產生的煤灰，作為人造輕質集料使用則因其需求量大而是可行的。
但是，現(xiàn)狀是煤灰采用燒結格子(シンタ-グレ-ト)方式一部分進行集料化，作為人造集料使用在國內是非常少見的。其原因是在煤火力發(fā)電廠和燃煤爐等中，為了減輕在爐的水管和爐壁上附著灰，選擇使用產生高熔點灰的煤。
也就是說，由煤火力發(fā)電廠和燃煤爐等產生的煤灰由于一般熔點高，在變成輕質集料時必須混入大量的低熔點粘土和頁巖，進行燒制。但是，保證大量這類粘土和頁巖是困難的，開采、運輸、前處理、混合這類粘土和頁巖需要大量費用，結果人造輕質集料的生產成本增大，而且每單位產品的煤灰使用率低，因此不利于煤灰的有效利用，而且目前的人造輕質集料吸水率高，由于使用時存在各種困難等問題，無法有效再利用煤灰作為人造輕質集料。
本發(fā)明的目的是提供通過可以簡單地廉價地進行生產，通過加入容易得到的低價添加劑，生產高強度、高質量的非燒制成型的人造輕質集料的方法，以及由該方法生產的人工輕質骨料。
本發(fā)明的發(fā)明者們對增加每單位產品的煤灰使用率，提高其利用率和低成本的生產方法進行了大量研究，結果發(fā)現(xiàn)通過將煤灰和水泥與以及根據(jù)需要的氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種混合，進行蒸汽養(yǎng)護，可以解決上述問題，從而完成了本發(fā)明。
也就是說，為了解決上述問題，在本發(fā)明的第1個實施方案中涉及的人造輕質集料的生產方法的特征在于混合煤灰和水泥，將得到的混合物粉碎，然后進行蒸汽養(yǎng)護形成集料，在該集料中加入有機硅化合物進行干燥，或者是將上述混合物粉碎之后混和，然后成型，進行蒸汽養(yǎng)護。
上述蒸汽養(yǎng)護的特征在于進行高壓蒸汽養(yǎng)護，或者常壓蒸汽養(yǎng)護以及其后進行的高壓蒸汽養(yǎng)護，而且在上述混合物中再混合氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種。
上述氧化鈣或者氫氧化鈣中的至少一種的加入量換算成CaO為1～50重量％，而硫酸鈣的加入量換算成CaSO4為0.5～10重量％，上述水泥的加入量是1～50重量％。
具體地說將上述混合物粉碎到平均粒度小于20微米，優(yōu)選小于15微米后，進行常壓蒸汽養(yǎng)護，之后進行高壓蒸汽養(yǎng)護。
本發(fā)明的第2個實施方案涉及的人造輕質集料的生產方法的特征在于混合煤灰和水泥，粉碎所得到的混合物，往該粉碎物中加入有機硅化合物，接著進行蒸汽養(yǎng)護，以及混和加入了上述有機硅化合物的粉碎物，接著在成型之后進行蒸汽養(yǎng)護。
上述蒸汽養(yǎng)護的特征是進行高壓蒸汽養(yǎng)護，或者常壓蒸汽養(yǎng)護和其后的高壓蒸汽養(yǎng)護，而上述混合物中可含有氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種。
上述氧化鈣或者氫氧化鈣中的至少一種的加入量換算成CaO為1～50重量％，而硫酸鈣的加入量換算成CaSO4為0.5～10重量％，上述水泥的加入量是1～50重量％。
具體地說將上述混合物粉碎至平均粒度小于20微米，之后往該粉碎物中加入有機硅化合物，接著進行高壓蒸汽養(yǎng)護，或者常壓蒸汽養(yǎng)護和其后的高壓蒸汽養(yǎng)護，或者將上述混合物粉碎至平均粒度小于15微米，之后往該粉碎物中加入有機硅化合物，然后進行常壓蒸汽養(yǎng)護和其后的高壓蒸汽養(yǎng)護。
本發(fā)明的第3個實施方案的特征在于由上述第1個實施方案或者第2個實施方案的方法得來的、特征在于松裝比重小于2.0重量，吸水率小于10％的人造集料。
下面，具體地說明本發(fā)明的詳細內容和作用。
本發(fā)明第1個實施方案的特征在于將煤灰和水泥以及氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種的混合粉碎物根據(jù)需要成型，之后進行蒸汽養(yǎng)護，形成集料，往集料中加入有機硅化合物，僅通過干燥生產出低價人造輕質集料的方法。
本發(fā)明第2個實施方案的特征在于在往煤灰和水泥以及氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種的混合粉碎物中加入有機硅化合物進行混和，之后根據(jù)需要成型，然后僅進行蒸汽養(yǎng)護生產低價人造輕質集料的方法。
本發(fā)明第1和第2個實施方案中采用的煤灰沒有特別限定，例如可以采用粉煤灰和煤渣灰的混合物作為原粉、符合JIS A6201的粉煤灰、粗粉、含有熔渣灰的煤灰，而且對上述煤灰的粒度沒有特別限定。
對在本發(fā)明中采用的水泥沒有特別限定，例如可以是JIS規(guī)格中規(guī)定的普通波特蘭水泥、快速波特蘭水泥、超快速波特蘭水泥、中等波特蘭水泥、耐硫酸鹽波特蘭水泥、白水泥、超速硬水泥、礬土波特蘭水泥、硅土波特蘭水泥、爐渣水泥、粉煤灰水泥等。
根據(jù)需要加入的鈣源是由于通過和作為煤灰中主要成分的硅石和氧化鋁進行火山灰反應出現(xiàn)高強度而加入的，可以是氧化鈣(即生石灰)、氫氧化鈣(即消石灰)或者硫酸鈣中的至少一種，對硫酸鈣沒有特別限定，可以是二水石膏、半水石膏、排煙脫硫石膏等。
在集料化中水泥和氧化鈣和/或氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種的混合量從提高人造輕質集料的強度和吸水率以及煤灰的利用率方面出發(fā)，水泥可以在1～50重量％、氧化鈣和/或氫氧化鈣在1～50重量％(換算成CaO)、硫酸鈣在0.5～10重量％(換算成CaSO4)的范圍內。
水泥不到1重量％時，人造輕質集料的強度不夠，另一方面，如果超過了50重量％，不僅煤灰的利用率降低，而且松裝比重也增大。而氧化鈣和或氫氧化鈣不到1重量％時，強度不夠，另一方面，如果超過了50重量％，由于煤灰的利用率降低而不利。硫酸鈣不到0.5重量％時，強度不夠，如果超過了10重量％，煤灰的利用率降低，因此不利。
對上述煤灰和水泥與氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種的混合物進行粉碎，沒有特別的限定，可采用公知方法，例如從混合的集料混合原料的集料強度和吸水率方面說，能夠微粉碎至平均粒度小于20微米，優(yōu)選小于15微米的任何方法都可以，例如可以是罐磨機、振動磨機、游星磨機等球磨機、往復式的噴射粉碎機、渦輪粉碎機等。
如果平均粒度超過20微米，特別是吸水率會顯著提高，在施工時會出現(xiàn)各種問題。
有機硅化合物是為了降低吸水率而加入的，對其沒有特別限定，可以是硅油、烷基硅酸酯和其部分聚合體，并且其含量從吸水率和成本方面考慮可以為0.001～10重量％，優(yōu)選0.005～5重量％。
在第1個實施方案中，在將煤灰和水泥和氧化鈣、氫氧化鈣或者硫酸鈣中的至少一種的混合物粉碎之后，根據(jù)需要將該粉碎物進行濕混，而在第2個實施方案中，在將該混合物粉碎之后，往該粉碎物中加入有機硅化合物，根據(jù)需要進行濕混，對該濕混中所采用的混和裝置沒有特別的限定，可以采用公知的混和裝置。
作為混和之后的成型方法，如果能夠成型成所給定的粒徑，就沒有特別限定，采用例如盤式制粒機(パンペレタイザ-)和擠出成型機等是簡便的。
下面說明在本發(fā)明中作為必要條件的養(yǎng)護工藝。
作為養(yǎng)護方法已知的有濕潤養(yǎng)護法、常壓蒸汽養(yǎng)護法和高壓蒸汽養(yǎng)護法，在本發(fā)明中最優(yōu)選僅采用高壓蒸汽養(yǎng)護法，或者常壓蒸汽養(yǎng)護法和高壓蒸汽養(yǎng)護法并用。單獨的常壓蒸汽養(yǎng)護法為出現(xiàn)強度需要長時間養(yǎng)護，不僅生產性惡劣，而且強度差，吸水率增大。
上述養(yǎng)護條件根據(jù)水泥、氧化鈣、氫氧化鈣或硫酸鈣的加入量而改變，因此，為了得到所需的集料強度，需要進行適當選擇，在高壓釜中進行的高壓蒸汽養(yǎng)護中，從生產性和集料強度方面看，在120℃～250℃下進行1個小時以上，優(yōu)選進行3個小時，在與高壓蒸汽養(yǎng)護并用情況下，將高壓蒸汽養(yǎng)護作為前養(yǎng)護進行的常壓蒸汽養(yǎng)護中，在30℃到100℃進行1個小時以上，優(yōu)選3個小時以上。
實施例通過下面的實施例和比較例說明本發(fā)明。但是本發(fā)明并不限于下面的實施例。
本發(fā)明中采用的煤灰的主要成分是SiO256.20％、Al2O332.10％、Fe2O33.57％、CaO0.59％、MgO1.40％、Na2O0.22％、K2O0.48％。將煤灰94重量％、水泥5重量％、半水石膏1重量％制成的集料混合原料在球磨機中混合粉碎至平均粒度為14微米。
往該粉碎物中邊加水，邊用盤式制粒機造粒為直徑約10～15毫米的球體，在溫度為40℃、相對濕度為95％的氣氛下進行24個小時的常壓蒸汽養(yǎng)護。
接著，將進行了該常壓蒸汽養(yǎng)護的集料放入高壓釜中，在185℃(蒸汽壓為10.5kg/cm2)進行8個小時的高壓蒸汽養(yǎng)護。將養(yǎng)護了的集料干燥之后，在有機改性的硅油(東レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制的BY16-846商品名)中浸漬1秒中，干燥，得到集料(實施例1)。這時所含的硅油為0.9重量％。
為了評價所得到的人造輕質集料，測定松裝比重和吸水率以及壓壞強度(一軸壓縮破壞負荷)，其結果列于表1。壓壞強度采用壓壞試驗機，吸水率按照JIS A 1110測定直徑為10毫米的各個人造輕質集料，求其平均值。
通過分析表1，實施例1的集料1的松裝比重為1.57，吸水率為1.4％，壓壞強度為22千克。除了有機改性硅油的加入量分別為4.4重量％、2.8重量％、0重量％之外，其它與實施例1同樣得到集料2(實施例2)、集料3(實施例3)、集料4(比較例1)。
對所得到的集料2～4進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，實施例2、3與比較例1相比在保持強度同時，吸水率不到2％。除煤灰89重量％、水泥10重量％、半水石膏1重量％之外與實施例1相同得到集料5(實施例4)，除煤灰84重量％、水泥15重量％、半水石膏1重量％之外與實施例1相同得到集料6(實施例5)，除煤灰92重量％、水泥5重量％、半水石膏3重量％之外與實施例1相同得到集料7(實施例6)，除煤灰85重量％、水泥10重量％、石灰灰4重量％、半水石膏1重量％之外與實施例1相同得到集料8(實施例7)，除煤灰98.6重量％、水泥0.4重量％、半水石膏1重量％之外與實施例1相同得到集料9(比較例2)。
對所得到的集料5～9進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料5～8(實施例4～7)與集料9(比較例2)相比，強度在20kgf以上，而吸水率在1.5％以下。除了不用半水石膏，分別是煤灰90重量％、水泥10重量％之外，與實施例1相同得到集料10(實施例8)，除了煤灰80重量％、水泥20重量％之外與實施例1相同得到集料11(實施例9)，除煤灰70重量％、水泥30重量％之外與實施例1相同得到集料12(實施例10)，除煤灰60重量％、水泥40重量％之外與實施例1相同得到集料13(實施例11)。
對所得到的集料10～13進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，實施例10～13(實施例8～11)的松裝比重為1.4～1.8，吸水率為1.2～1.4％，壓壞強度為44～137kgf，性能優(yōu)良。除了將常壓蒸汽的養(yǎng)護時間定為6個小時之外，與實施例4一樣生產集料14(實施例12)。
對所得到的集料14進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，松裝比重為1.50，吸水率為1.2％，壓壞強度為51kgf。除了只進行高壓蒸汽養(yǎng)護之外，與實施例4一樣生產集料15(實施例13)。
對所得到的集料15進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，松裝比重為1.51，吸水率為1.3％，壓壞強度為23kgf。除了不進行高壓蒸汽養(yǎng)護，只進行7天的常壓蒸汽養(yǎng)護之外，與實施例1一樣生產集料16(比較例3)。
對所得到的集料16進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，得到的集料16的壓壞強度為2kgf，強度極低。除了將混和物擠壓成型為直徑為10毫米、高為12毫米的圓柱體之外，與實施例4一樣生產集料17(實施例14)。
對所得到的集料17進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，松裝比重為1.69，吸水率為1.0％，壓壞強度為150kgf。除了粉碎物的粒度為10微米之外，與實施例4一樣生產集料18(實施例15)。
對所得到的集料18進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，松裝比重為1.48，吸水率為1.2％，壓壞強度為76kgf。對用市售的人造輕質集料メサライト生產的集料19(比較例4)和用エフエイライト生產的集料20(比較例5)進行與實施例1同樣的測定，評價結果并列列于表1。
從表1可見雖然任意一個集料都具有高強度，但吸水率高至12％以上。將由煤灰79重量％、水泥20重量％、半水石膏1重量％制成的集料配合原料用球磨機混合粉碎至平均粒度為5微米。
在萬能混合攪拌機中往該粉碎物中加入含有0.1克與實施例1同樣的有機改性硅油的水進行混和，之后，造粒成10～15毫米的球體，將該造粒物在40℃、相對濕度為95％的氣氛下進行24小時的常壓蒸汽養(yǎng)護。
接著將進行了常壓蒸汽養(yǎng)護的集料加入高壓釜中，在185℃(蒸汽壓10.5kg/cm2)下進行8個小時的高壓蒸汽養(yǎng)護，得到集料21(實施例16)。
對所得到的集料21進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，松裝比重為1.95，吸水率為3.9％，壓壞強度為129kgf。除了上述有機改性硅油的加入量分別為0.5重量％、0重量％之外，與實施例16一樣生產集料22(實施例17)和集料23(比較例6)。
對所得到的集料22、23進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料22(實施例17)的松裝比重為1.94，吸水率為2.2％，壓壞強度為133kgf，與此相應，集料23(比較例6)的松裝比重為1.67，吸水率為14.1％，壓壞強度為136kgf，吸水率在10％以上。除了煤灰84重量％、水泥15重量％、半水石膏1重量％之外，與實施例16一樣生產集料24(實施例18)。
對所得到的集料24進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料24(實施例18)的松裝比重為1.83，吸水率為9.5％，壓壞強度為119kgf。除了將集料混合原料粉碎至平均粒度14微米，并加入1重量％的有機改性硅油之外，與實施例16一樣生產集料25(實施例19)。
對所得到的集料25進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料25(實施例19)的松裝比重為1.77，吸水率為5.4％，壓壞強度為111kgf。除了煤灰84重量％、水泥15重量％、半水石膏1重量％之外，與實施例19一樣生產集料26(實施例20)。
對所得到的集料26進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料26(實施例20)的松裝比重為1.74，吸水率為8.8％，壓壞強度為87kgf。除了使由煤灰94重量％、水泥5重量％、半水石膏1重量％構成的集料混合配合原料的平均粒度為25微米之外，與實施例17一樣生產集料27(比較例7)。
對所得到的集料27進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料27(比較例7)的松裝比重為1.55，吸水率為21.5％，壓壞強度為25kgf，吸水率顯著提高。除了不進行高壓蒸汽養(yǎng)護，只進行7天的常壓蒸汽養(yǎng)護之外，與實施例17一樣生產集料28(比較例8)。
對所得到的集料28進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，得到的集料28(比較例8)的松裝比重為1.84，吸水率為11.1％，壓壞強度為66kgf，吸水率超過10％。除了不采用半水石膏，采用煤灰70重量％、水泥30重量％之外，與實施例17一樣生產集料29(實施例21)。
對所得到的集料29進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料29(實施例21)的松裝比重為1.99，吸水率為2.0％，壓壞強度為150kgf。除了煤灰80重量％、水泥15重量％、半水石膏1重量％、生石灰4重量％之外，與實施例19一樣生產集料30(實施例22)。
對所得到的集料30進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，集料30(實施例22)的松裝比重為1.74，吸水率為5.2％，壓壞強度為92kgf。除了只進行高壓蒸汽養(yǎng)護之外，與實施例19一樣生產集料31(實施例23)。
對所得到的集料31進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，得到的集料31(實施例23)的松裝比重為1.96，吸水率為8.5％，壓壞強度為35kgf。除了將混和物擠壓成型為直徑為10毫米、高為12毫米的圓柱體之外，與實施例16一樣生產集料32(實施例24)。
對所得到的集料32進行與實施例1一樣的測定，其評價結果并列列于表1。
從表1可見，得到的集料32(實施例24)的松裝比重為1.96，吸水率為3.7％，壓壞強度為150kgf。
表1
通過上面對本發(fā)明的描述，以由煤火力發(fā)電廠和燃煤爐等產生的煤灰為原料，可以低成本有效地生產非燒制成型的人造輕質集料。因此，由于不需要工業(yè)廢棄物的掩埋處理，可再利用到特別是土木建筑材料上，有望應用于環(huán)境保護和能源的穩(wěn)定供應上。
權利要求
1.一種人造輕質集料的生產方法，其特征在于將由煤灰和水泥混合得到的混合物粉碎，之后進行蒸汽養(yǎng)護，生成集料，往該集料中加入有機硅化合物，進行干燥。
2.權利要求1記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于將上述混合物粉碎之后進行混和，接著進行成型，蒸汽養(yǎng)護。
3.一種人造輕質集料的生產方法，其特征在于將由混合煤灰和水泥得到的混合物粉碎，然后往該粉碎物中加入有機硅化合物，接著進行蒸汽養(yǎng)護。
4.權利要求2記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于混合加入了上述有機硅化合物的粉碎物，然后在成型之后進行蒸汽養(yǎng)護。
5.權利要求1～4中任意一項記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于上述蒸汽養(yǎng)護是高壓蒸汽養(yǎng)護，或者常壓蒸汽養(yǎng)護和之后的高壓蒸汽養(yǎng)護。
6.權利要求1到5中任意一項記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于往上述混合物中再加入氧化鈣、氫氧化鈣或硫酸鈣中的至少一種。
7.權利要求6記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于上述氧化鈣或者氫氧化鈣中的至少一種的加入量換算成CaO為1～50％，而硫酸鈣的加入量換算成CaSO4為0.5～10重量％。
8.權利要求1到7中任意一個記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于上述水泥的加入量為1～50重量％。
9.權利要求1到7中任意一個記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于將上述混合物粉碎到平均粒度為20微米以下。
10.權利要求9記載的人造輕質集料的生產方法，其特征在于將上述混合物粉碎到平均粒度為15微米以下。
11.采用權利要求1～10中任意一項記載的人造輕質集料的生產方法得到的人造輕質集料，其特征在于松裝比重小于2.0，吸水率小于10％。
全文摘要
可以簡單并且低成本進行生產,通過加入容易得到的添加劑,生產高強度、高品質的非燒制成型的人造輕質集料的方法以及由該方法生產的人造輕質集料。將混合煤灰和水泥得到的混合物粉碎之后,根據(jù)需要成型,之后進行蒸汽養(yǎng)護,形成集料,往該集料中加入有機硅化合物,進行干燥,或將混合上述煤灰和水泥得到的混合物粉碎,之后往該粉碎物中加入有機硅化合物,根據(jù)需要成型,接著進行蒸汽養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護是高壓蒸汽養(yǎng)護或者是常壓蒸汽養(yǎng)護及其后的高壓蒸汽養(yǎng)護。通過上述方法生產的集料的特征在于松裝比重不到2.0重量,吸水率不到10%。
文檔編號C04B38/00GK1241554SQ9910492
公開日2000年1月19日 申請日期1999年4月6日 優(yōu)先權日1999年4月6日
發(fā)明者長南武, 川本孝次, 加岳井敦, 須藤真悟 申請人:住友金屬礦山株式會社