一種以黑色頁巖為原料制備粒狀人造浮石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種W黑色頁巖為原料制備粒狀人造浮石的方法，W天然黑色頁巖為 原料，不添加其它任何試劑，采用優(yōu)化鍛燒膨化工藝，制備人造浮石，適用于W天然黑色頁 巖為原料的粒狀人造浮石加工制備。
【背景技術(shù)】
[0002] 浮石又稱輕石或浮巖，因孔隙多、質(zhì)量輕、容重小于lOOOkg/m3,能浮于水面而得 名。天然浮石是一種多孔、輕質(zhì)的玻璃質(zhì)酸性火山噴出巖，容重一般在45化g/m 3左右，其化 學(xué)成分相當(dāng)于流紋質(zhì)中酸性火山巖，一般是富鉛、鐘、軸的娃酸鹽，即W Si化為主要成分的 類似玻璃組成的天然物質(zhì)。天然浮石的孔隙率較大，具有多孔、質(zhì)輕、高強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)小、阻 燃、防潮、防蟲、防霉、不老化、不腐蝕、無污染、無放射性等特點(diǎn)，是理想的天然、綠色、環(huán)保、 保溫、隔熱的輕質(zhì)多孔材料。
[0003] 浮石可廣泛用于建筑、化工、園林、紡織、服裝等行業(yè)，還可用于護(hù)膚、護(hù)足等有效 的去除皮膚上殘留的角質(zhì)層。浮石在建筑方面可制浮石混凝±、石灰浮石材料，W使建筑物 體輕，并具有隔熱保溫、隔音吸音的性能；在化學(xué)工業(yè)中可用作過濾劑、干燥劑、催化劑；還 可用作磨料，加工服裝W及磨制大理石、金屬等。
[0004] 天然浮石一般是酸性火山巖烙體在火山噴發(fā)過程中形成。由于形成地質(zhì)條件特 殊，我國只有少數(shù)地方有一定分布，比較著名的產(chǎn)地有云南騰沖和黑龍江五大連池等。由于 天然浮石質(zhì)量輕、容重小，運(yùn)輸成本高，使其應(yīng)用的福射半徑受到很大限制。因此，利用當(dāng)?shù)?天然礦產(chǎn)資源制備人造浮石具有重要的實際意義。
[000引 目前，已有人研發(fā)出泡沫玻璃用于化工設(shè)備的保溫，泡沫玻璃具有阻燃、 防潮、不老化、不腐蝕等性能，但泡沫玻璃的抗壓強(qiáng)度不高（0.6Mpa/m2)，抗壓性較差， 并且制造工藝復(fù)雜，成本也比較高。
[0006] CN 1433992A公開了一種建筑物內(nèi)外裝飾用人造石板及其制造方法。該人造石板 是不需燒制，W沸石為主料，并與火山灰、浮石、白水泥或膠粘增塑極混合而制成。
[0007] CN 1222605A公開了一種人造浮石組合物及其制造方法，該組合物的逐料包括粘 ±、無機(jī)薄壁中空球狀微粒和潤濕塑劑，其中無機(jī)薄壁中空球狀微粒由氧 化娃、氧化鉛和雜質(zhì)組成。該人造浮石可用于成衣和布料的水洗加工。
[0008] CN 200410038075. 5公開了一種人造浮石，尤其是涉及由無機(jī)材料、助烙劑、膨脹 劑和連接劑燒制而成的人造浮石，W及該人造浮石的制造方法。該發(fā)明的人造浮石是由下 述原料燒制而成：無機(jī)材料80. 5-95. 5% (重量），燒堿2-6% (重量），測砂1-10% (重量），碳 酸巧粉0. 5-5% (重量），碳粉0-1. 5% (重量）和云母1-7% (重量），所述的無機(jī)材料選自礦 物或粘±。其制備工藝是：將上述原料按所需比例混合；將得到的混合物粉碎至60-200目； 混合物粉碎之后，向混合物中加入重油，重油的加入量為原料總重量的1-3%(重量）；將混 合物造粒，顆粒的大小在0. 01-1. 2厘米范圍內(nèi)；將混合物裝入模中進(jìn)行燒制，燒制的溫度 為750-1186 0C，燒制時間為20-40分鐘；燒制后再退火，脫模和人造浮石的切割等步驟。
[0009] 另外，申請?zhí)枮?01310622364. 9的中國專利申請也公開了一種人造浮石球及其 制備方法。
[0010] 包括上述在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)中的制備人造浮石的方法，往往需要添加多種成分，原 料不易得到且成本較高，制備步驟也較為繁瑣，得到的人造浮石的品質(zhì)也有待提高。
[0011] 另一方面，黑色頁巖是一種分布較廣的天然礦石，目前其應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄，也未 見將黑色頁巖作為原料用于制備人造浮石的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的就在于提供一種解決上述問題，在十分復(fù)雜多樣的天然礦物巖石 中，遽選出一種天然礦石原料，在不添加其它任何試劑的條件下，通過優(yōu)化鍛燒膨化工藝， 制造出性能優(yōu)良的粒狀人造浮石的。
[0013] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種W黑色頁巖為原料制備粒狀人造浮石的方法，W天然黑色頁巖為礦石原料，依次 通過W下步驟制得： (1) 礦石破碎；將所述黑色頁巖原料破碎至粒徑為20mm W下； (2) 預(yù)熱保溫：在空氣環(huán)境中，W l〇°C /min-2(TC /min升溫速率，將步驟（1)所得物料 加熱至 240°C -800°C,并保溫 12 min-30min ; (3) 鍛燒膨化：在空氣環(huán)境中，W l〇°C /min-2(TC /min升溫速率，將步驟（2)預(yù)熱保溫 物料加熱至 ll〇〇°C -1250°C,并保溫 15 min-30 min ; (4) 物料冷卻；在空氣環(huán)境中，將步驟（3)鍛燒膨化物料緩慢冷卻至40(TCW下； (5) 物料篩分；將步驟（4)冷卻后的物料篩分為5mm-25mm粒徑，即得到粒狀人造浮石產(chǎn) 品； 其中，所述黑色頁巖是一種頁狀或薄層狀構(gòu)造的粘±質(zhì)沉積巖，其有機(jī)質(zhì)T0C質(zhì)量百 分含量為3%-6%，其余化學(xué)成分的平均值按質(zhì)量百分比計，Si〇2 64. 33%，Al2〇3 15. 90%，化2〇3 4. 00%，CaO 2. 08%，MgO 2. 77%，KgO 3. 77%，化2〇 1. 56〇/〇。
[0014] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在礦石破碎后，先進(jìn)行礦石篩分，再進(jìn)行預(yù)熱保溫；將通過 步驟（1)破碎后的礦石篩分為粒徑3mm-20mm的物料。
[0015] 浮石之所W能浮于水，必須同時具備H個條件；一是質(zhì)輕多孔，容重小于1000kg/ m3;二是W封閉孔隙(簡稱"閉孔"，W下同）為主；H是具有較低的吸水率。因此，要制備符 合質(zhì)量要求的粒狀人造浮石，實現(xiàn)W上目的，必須解決W下兩個關(guān)鍵技術(shù)問題： (1) 通過系統(tǒng)檢測分析，在十分復(fù)雜多樣的天然礦物巖石中，遽選結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、 化學(xué)成分等都符合質(zhì)量要求的天然礦石原料，在不添加其它任何試劑的情況下，直接鍛燒 膨化制備出具有W閉孔為主、吸水率低、容重小于lOOOkg/m 3的質(zhì)輕多孔粒狀人造浮石； (2) 根據(jù)天然礦石原料特點(diǎn)，通過系統(tǒng)試驗，優(yōu)化鍛燒膨化工藝，制備出性能優(yōu)良的粒 狀人造浮石。
[0016] 為了解決上述問題，本申請的發(fā)明人首先進(jìn)行礦石原料遽選： 根據(jù)礦物巖石鍛燒膨化原理和對礦石原料結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分、化學(xué)成分等要求，在對 多地天然礦石樣品系統(tǒng)檢測分析基礎(chǔ)之上，采用實驗高溫爐對大量天然礦石樣品開展了鍛 燒膨化工藝驗證試驗，確定了適合粒狀人造浮石制備的礦石原料，并根據(jù)礦石的W下結(jié)構(gòu) 構(gòu)造、礦物成分、化學(xué)成分等礦物巖石學(xué)特征，確定該種適合粒狀人造浮石制備的天然礦石 原料為黑色頁巖。該黑色頁巖是一種粘±質(zhì)沉積巖(泥質(zhì)巖)，其主要礦物巖石學(xué)特征如下： (1)礦石顏色與TOC特征 本發(fā)明確定的粒狀人造浮石制備的礦石原料一黑色頁巖，由于巖石中含有較多有機(jī) 質(zhì)而顯黑色，但不染手，適合粒狀人造浮石制備的黑色頁巖的有機(jī)質(zhì)含量（TOC值)主要集中 在 3%-6%，平均為 3. 5〇/〇。
[0017] (2)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征 本發(fā)明確定的粒狀人造浮石制備的礦石原料一黑色頁巖，W頁狀、薄層狀層理構(gòu)造 為特征，具粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的致密塊狀巖石。
[0018] (3 )礦石礦物成分特征 圖1是本發(fā)明確定的粒狀人造浮石制備的礦石原料一黑色頁巖(原礦)及其不同溫度 鍛燒膨化產(chǎn)物部分樣品的X射線粉晶衍射分析（XRD)圖譜，可W看出：該礦石原料主要由伊 利石、綠泥石和石英等礦物組成，并含有少量或微量其它礦物成分的巖石。
[0019] 所述的伊利石是一種2:1型二八面體層狀造娃酸鹽礦物，又稱水云母，水白云 母，其典型的晶體化學(xué)式為KAl2[(Si, A1)4](0H)2, X射線粉晶衍射分析的鑒定特征峰是 d扣腳=1. OlOnm，d咖4尸0. 498nm，d扣俯=0. 333nm。圖1中原礦的XRD屬于伊利石的特征衍射 峰值有；d咖2)=0. 9966nm, d咖4)二0. 4986nm, d山扣=0. 4469nm, d咖材=0. 3340nm, d山4)二0. 3198nm, d(i08>=〇. 2990nm，d<i3i>=〇. 2564nm。
[0020] 所述的綠泥石是一種2:1型H八面體層狀造娃酸鹽礦物礦物，其典型的晶體化 學(xué)式為（Fe，Mg)e(化"，F(xiàn)e3+)[Al2Sie02。](0H)le，其X射線粉晶衍射分析的鑒定特征峰是 d扣〇i)=l. 429nm，d咖2尸0. 714nm，d(謝)=〇. 356nm。圖1中原礦的XRD屬于綠泥石的衍射峰值 有；d(〇M)=l. 407化m, d(w2)=0. 7064nm, d(〇喊=0. 470：3nm，d扣M)=〇. 3528nm, d扣〇田=0. 2860nm。
[0021] 所述的石英是一種氧化物礦物，其典型的晶體化學(xué)式為Si化，其X射線粉晶衍射 分析的鑒定特征峰是d(i〇〇)=0. 429皿，d(。山=0. 335皿，d (記）=0. 182皿。圖1中原礦的邸D 屬于石英的特征峰值有；d(i〇〇)=0. 4253皿，d(。山=0. 3340nm，d(ii〇)=0. 2455皿，d(i〇2)=0. 228〇nm， d(2〇〇)=0. 212化m, d扣址=0. 1980nm, d (化)=0. 1818nm, d ；=0. 1541nm, d咖)=0. 1374nm, dte2c〇 二0. 1228nm。
[0022] (4)礦石化學(xué)成分特征 本發(fā)明確定的人造浮石制備的礦石原料一灰綠色頁巖的化學(xué)成分采用X射線英光光 譜法（XRF)檢測，根據(jù)若干樣品的檢測結(jié)果，得知該礦石原料的化學(xué)成分，按質(zhì)量百分比計： Si〇2 64. 33%，AI2O3 15. 90%，F(xiàn)e2〇3 4. 00%，CaO 2. 08%，MgO 2. 77%，K20 3. 77%，化2〇 1. 56〇/〇。 因此，其化學(xué)成分是W Si化為主，并含鉛、鐵、巧、鎮(zhèn)、鐘、軸等成分，總體特征與天然浮石具 有一定相似性的巖石。
[0023] 總之，所述黑色頁巖是一種粘±質(zhì)沉積巖，其特征是；從顏色上看，是一種有機(jī)質(zhì) T0C含量平均為3. 5%的黑色巖石；從結(jié)構(gòu)構(gòu)造看，是一種W