本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)陶粒及其制備方法。

技術(shù)背景

陶粒是以無機(jī)材料為主要原料經(jīng)造粒、焙燒生產(chǎn)的一種輕集料，陶粒外表面具有防水堅(jiān)硬的釉層外殼，內(nèi)部具有密閉式微孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)陶粒的功能不同陶粒可用作建筑材料作為輕集料；在水處理行業(yè)用作水處理濾料；在園林行業(yè)用作無土栽培的基質(zhì)。

目前市場上主要有以黏土、頁巖為原料的黏土陶粒和頁巖陶粒，隨著黏土、頁巖等資源的限制利用，加之陶粒生產(chǎn)的高能耗，陶粒成本居高不下?；谏鲜鲈颍_發(fā)一種低成本的高強(qiáng)陶粒就顯得尤為必要。利用固體廢棄物生產(chǎn)陶粒應(yīng)運(yùn)而生，如有利用粉煤灰、尾礦砂等資源，但只停留在研究方面還沒有投入工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本申請?zhí)峁┝艘环N高強(qiáng)陶粒的生產(chǎn)方法，主要以黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽為原料，增加以上廢棄物的處理途徑，降低陶粒生產(chǎn)能耗，而且提高陶粒產(chǎn)品品質(zhì)。

本發(fā)明生產(chǎn)出的高強(qiáng)陶粒，外形為規(guī)則球形或橢球形，表面有細(xì)小孔。產(chǎn)品粒徑在5mm-20mm，密度等級300-800，筒壓強(qiáng)度在5MPa-9MPa，吸水率在5％-15％，氯化物含量在1.7mg/L-2.3mg/L。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請采取的技術(shù)手段如下：

一種高強(qiáng)陶粒，按重量份計(jì)，其原料配比如下：黃河沙20-40份，粉煤灰30-70份，巖棉粉10-30份，中水鹽3-5份；

所述的黃河沙為其粒度在180～250目；

黃河沙主要的礦物成分有石英、鈉長石、方解石、利蛇紋石，有豐富的硅、鋁、鈣、鎂、鐵、鈦、錳等元素。黃河沙中的硅鋁鹽在焙燒過程中形成熔融釉質(zhì)，同時鈣、鎂、鐵、鈦、錳等金屬的氧化物有很強(qiáng)的助熔效果，有利于降低焙燒溫度，降低能耗。黃河沙要求不得含有雜物，黃河沙粒徑過大造成原料成球困難，一般控制在180目—250目。本發(fā)明中使用黃河沙占總重量的20-40％，黃河沙使用量高于此范圍，會造成成球工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，成球率低，而且產(chǎn)品焙燒溫度波動較大不利于焙燒溫度制度的控制。使用量低于此范圍，黃河沙降低焙燒溫度、較低能耗的作用不明顯，表面不能形成致密的釉層，產(chǎn)品堆積密度過高，吸水率過高，不利于產(chǎn)品推廣應(yīng)用。

所述的粉煤灰為熱電廠煤粉爐外排的三級粉煤灰；

三級粉煤灰主要礦物成分有石英、莫來石、磁鐵礦、赤鐵礦以及未燃盡的碳。粉煤灰是陶粒生產(chǎn)中主要的硅鋁元素提供者，使燒成的陶粒擁有較好的物理性能。本發(fā)明中使用粉煤灰占總重量的30-70％，粉煤灰高于此范圍，焙燒溫度要求高，能耗增加，而且產(chǎn)品焙燒程度不穩(wěn)定，有夾生或表面顏色不均一的現(xiàn)象；粉煤灰添加量低于此范圍，產(chǎn)品筒壓強(qiáng)度偏低，產(chǎn)品焙燒過程中出現(xiàn)軟化變形，料球之間粘結(jié)現(xiàn)象增加，不利于生產(chǎn)運(yùn)行，產(chǎn)品合格率下降。

巖棉粉來自高溫管道保溫更新替換下來的保溫巖棉，經(jīng)過撕碎、粉磨后，細(xì)度控制在180—250目，且不得有絲狀物；

巖棉除含有有機(jī)的酚醛樹脂外，主要成為為氧化硅、碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鋁和少量的氧化鉀氧化鈉。巖棉除提供氧化硅外，其含有的碳酸鈣和碳酸鎂是很好的發(fā)氣材料，在高溫時，碳酸鹽分解釋放氣體，從而實(shí)現(xiàn)陶粒內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)陶粒輕質(zhì)、保溫、保水性能好的特點(diǎn)。巖棉不得含有雜物，不得粘有油污。巖棉在使用中必須經(jīng)過撕碎和粉磨。細(xì)度控制在180—250目，且不得有絲狀物。本發(fā)明中使用巖棉粉占總重量的10-30％，巖棉粉高于此范圍，產(chǎn)品吸水率增大，產(chǎn)品中游離氧化鈣和游離氧化鎂含量增加，使產(chǎn)品的耐久性存在隱患，能耗增加，產(chǎn)品表面出現(xiàn)鼓泡、表面顏色不均一或掉粉的現(xiàn)象；巖棉粉添加量低于此范圍，產(chǎn)品筒壓強(qiáng)度偏低，產(chǎn)品密度增加，保溫隔熱性能、保水性能降低。

中水鹽為熱電廠中水除鹽車間產(chǎn)生的無機(jī)鹽；主要成分為氯化鉀、氯化鈉、硫酸鹽等。中水鹽是很好的助熔劑，在陶粒生產(chǎn)中主要起到降低燒成溫度的作用，較低能耗成本。本發(fā)明中使用中水鹽占總重量的3-5％，中水鹽低于此范圍，助熔效果不理想，中水鹽高于此范圍，產(chǎn)品烘干過程鹽析現(xiàn)象嚴(yán)重，造成表面粗糙，表面熔融嚴(yán)重，出現(xiàn)過多的串聯(lián)孔和敞口孔對產(chǎn)品的保水和表觀密度有較大的影響，影響產(chǎn)品使用。

所述的高強(qiáng)陶粒的制備方法，具體步驟如下：

一、原料處理：

1)黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在180目—250目，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；

2)巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在180目—250目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；

3)粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；

4)中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

二、混合攪拌：

按照計(jì)量分稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌120s-150s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

三、造粒成球：

混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的15％—25％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑5mm-20mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行低溫烘干；

四、高溫焙燒：

烘干后的生料球再由皮帶送入窯爐進(jìn)行焙燒，窯爐可以由控制器設(shè)定升溫速度、恒溫溫度、恒溫時間、降溫速度等參數(shù)，本專利采用焙燒制度一般為：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度350℃—450℃，在低恒溫溫度恒溫10min——20min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度780℃——900℃，在中恒溫區(qū)恒溫10min-20min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1050℃--1150℃，在高溫恒溫溫度恒溫10-20min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

本申請利用了黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽四種固體廢棄物，這四種廢棄物有機(jī)的組合，燒制出了比現(xiàn)在市場上質(zhì)量好的陶粒。不但處理了廢棄物，而且比一般工藝的能耗要低。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種高強(qiáng)陶粒，其原料為黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽。以重量份計(jì)，其原料配比為：黃河沙20份，粉煤灰67份，巖棉粉10份，中水鹽3份。

具體步驟如下：

原料處理：黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在180目；，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在180目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

混合攪拌：按照配比分別稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌120s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

造粒成球：混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的15％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑8±2mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行105℃低溫烘干；

高溫焙燒：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度350℃，在低恒溫溫度恒溫10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度780℃，在中恒溫區(qū)恒溫10min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1150℃，在高溫恒溫溫度恒溫10min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

有以上方法得到的高強(qiáng)陶粒，其堆積密度為835kg/m3，密度等級為900級，筒壓強(qiáng)度為8.8MPA，吸水率3.1％，氯化物含量2.1mg/kg。

實(shí)施例2

一種高強(qiáng)陶粒，其原料為黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽。以重量份計(jì)，其原料配比為：黃河沙27份，粉煤灰49份，巖棉粉20份，中水鹽4份，。

原料處理：黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在200目；，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在180目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

混合攪拌：按照配比分別稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌130s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

造粒成球：混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的20％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑10±2mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行105℃低溫烘干；

高溫焙燒：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度400℃，在低恒溫溫度恒溫10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度800℃，在中恒溫區(qū)恒溫10min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1125℃，在高溫恒溫溫度恒溫20min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

有以上方法得到的高強(qiáng)陶粒，其堆積密度為651kg/m3，密度等級為700級，筒壓強(qiáng)度為8.2MPA，吸水率5.3％，氯化物含量2.0mg/kg。

實(shí)施例3

一種高強(qiáng)陶粒，其原料為黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽。以重量份計(jì)，其原料配比為：黃河沙30份，粉煤灰53份，巖棉粉12份，中水鹽5份。

原料處理：黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在225目；，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在250目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

混合攪拌：按照配比分別稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌140s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

造粒成球：混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的25％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑16±2mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行105℃低溫烘干；

高溫焙燒：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度450℃，在低恒溫溫度恒溫10min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度880℃，在中恒溫區(qū)恒溫10min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1050℃，在高溫恒溫溫度恒溫20min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

有以上方法得到的高強(qiáng)陶粒，其堆積密度為711kg/m3，密度等級為800級，筒壓強(qiáng)度為7.8MPA，吸水率7.8％，氯化物含量1.8mg/kg。

實(shí)施例4

一種高強(qiáng)陶粒，其原料為黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽。以重量份計(jì)，其原料配比為：黃河沙35份，粉煤灰31份，巖棉粉30份，中水鹽4份。

原料處理：黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在250目；，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在200目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

混合攪拌：按照配比分別稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌150s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

造粒成球：混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的20％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑12±2mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行105℃低溫烘干；

高溫焙燒：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度400℃，在低恒溫溫度恒溫20min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度850℃，在中恒溫區(qū)恒溫10min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1050℃，在高溫恒溫溫度恒溫10min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

有以上方法得到的高強(qiáng)陶粒，其堆積密度為445kg/m3，密度等級為500級，筒壓強(qiáng)度為6.2MPA，吸水率9.1％，氯化物含量1.7mg/kg。

實(shí)施例5

一種高強(qiáng)陶粒，其原料為黃河沙、粉煤灰、巖棉和中水鹽。以重量份計(jì)，其原料配比為：黃河沙40份，粉煤灰39份，巖棉粉18份，中水鹽3份，外加水占物料質(zhì)量的15％。

原料處理：黃河沙，經(jīng)過篩分，去除大顆粒和雜物，利用窯爐余熱進(jìn)行預(yù)烘干，黃河沙含水量低于2％后，進(jìn)入干式球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨后黃河沙細(xì)度在200目；，再經(jīng)過斗提存入黃河沙儲罐備用；巖棉，經(jīng)過撕碎機(jī)后，進(jìn)入快速粉碎機(jī)粉磨成粒徑在200目的粉料，再經(jīng)過斗提存入巖棉儲罐備用；粉煤灰，直接由熱電粉煤灰儲倉經(jīng)過氣力輸送至現(xiàn)場小型粉煤灰儲倉；中水鹽由人工添加，使用皮帶輸送；

混合攪拌：按照配比分別稱取黃河沙、巖棉粉、粉煤灰、中水鹽，并將其置于攪拌機(jī)；原料全部進(jìn)入攪拌機(jī)后，開始計(jì)時，攪拌120s后，混合好的原料卸出，由皮帶輸送至成球機(jī)；

造粒成球：混合料經(jīng)皮帶送入成球機(jī)，通過調(diào)整皮帶控制進(jìn)料速度，外加水經(jīng)過霧化后噴入成球機(jī)，外加水的用量是物料總重的25％。通過調(diào)整成球機(jī)的傾斜角度和轉(zhuǎn)速來調(diào)整生料球的粒徑，生料球到達(dá)粒徑10±2mm后自動溢出成球機(jī)，由皮帶烘干帶進(jìn)行105℃低溫烘干；

高溫焙燒：以10℃/min的速度使料球由烘干溫度升至低恒溫溫度350℃，在低恒溫溫度恒溫15min，以8℃/min的速度使料球升至中恒溫溫度900℃，在中恒溫區(qū)恒溫15min，以3℃/min使料球升至高恒溫溫度1050℃，在高溫恒溫溫度恒溫10min，以5℃/min的速度使溫度降到800℃以下，此時高溫焙燒工藝完成，將焙燒完成后的陶粒進(jìn)行快速冷卻、篩分即得成品。

有以上方法得到的高強(qiáng)陶粒，其堆積密度為345kg/m3，密度等級為400級，筒壓強(qiáng)度為5.3MPA，吸水率11.7％，氯化物含量1.8mg/kg。