CN105174914A - 一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法 - Google Patents

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韩甲兴
汪海龙
陆珺
王幼琴
金强
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本发明涉及冶金渣材料领域，特别是涉及一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法和一种利用冶金废渣作为原料的陶粒。本发明提供一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其原料按重量份计，包括如下组分：镍铁渣30-40份；钢渣10-20份；粉煤灰35-45份；石灰石污泥10-15份；水适量。本发明所提供的陶粒及陶粒的制备方法属于工业固废物的再利用，变废为宝，不但节约了日益紧缺的能源资源，而且又保护了我们的生活环境，一举多得。

Description

一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法
技术领域
本发明涉及冶金渣材料领域，特别是涉及一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法和一种利用冶金废渣作为原料的陶粒。
背景技术
陶粒，顾名思义，就是陶质的颗粒。陶粒的形状和性质因工艺不同而各异，它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。因为生产陶粒的原料很多，陶粒的品种也很多，因而颜色也就很多，陶粒的外观颜色可因所采用的原料和工艺不同而各异，焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。
陶粒的应用非常广泛，具体可涉及建筑材料、绿化材料、饮用卫生材料、工业过滤材料、耐火保温等领域，且应用领域有不断扩大的趋势。正是由于陶粒具有广泛的应用空间，所以如何以低廉的成本制备出性能优良的陶粒近年来成为本领域研究的热点。而对于陶粒的制备工艺，实际上就是陶粒的烧制过程中各种原料成份在加热过程中的物理化学变化的过程，包括脱水、分解燃烧、水解、析出新相、烧结等过程。原料中需分析的化学组成有：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、FeO、MgO以及发气成分等。SiO2、Al2O3和Fe2O3在陶粒焙烧过程中起骨架作用，是主要的成陶成分，在原料中大约占到70％左右；CaO、FeO和MgO是主要的助熔成分，在高温烧结时主要起到调节熔点的作用；CaCO3是发气成分，可以促进陶粒膨胀。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，并提供一种通过该方法制备获得的利用冶金废渣作为原料的陶粒，用于解决现有技术中的问题。
本发明所提供的利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，原料包括镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥等工业固体废弃物，属于固废再利用(变废为宝)。该方法制备的陶粒是经过高温烧结后，表面有一层坚硬的陶质或釉质外壳具有隔水保气作用和较高的强度，而内部结构特征呈细密蜂窝状封闭型微孔，可作为混凝土材料的轻质骨料，可适用于保温、隔音以及防火材料等轻质建筑材料领域。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其原料按重量份计，包括如下组分：
所述镍铁渣为是冶炼镍铁过程中产生的固体废渣。
优选的，所述镍铁渣为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述镍铁渣中，SiO2含量为45-55wt％、MgO含量为15-25wt％。
优选的，所述钢渣为转炉钢渣，比表面积为300-400m2/kg(经过磨细制成)，所述钢渣中，CaO含量为40-50wt％、Fe2O3含量为10-20wt％。
优选的，所述粉煤灰为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述粉煤灰中，SiO2含量为45-55wt％、Al2O3含量为15-25wt％。
所述石灰石污泥是在制造生石灰过程中所产生的石灰石破碎除尘调湿泥，属于工业固体废弃物。
优选的，所述石灰石污泥为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述石灰石污泥中，CaCO3含量≥90wt％。
优选的，镍铁渣、钢渣、粉煤灰和石灰石污泥为干料，水与干料比为水与干料比为0.25-0.3左右。
本发明第二方面提供一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，包括如下步骤：
(1)原料预处理：将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥进行粉磨；
(2)坯体成型(配料、混合、成球)：按上述原料的配方将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥混合，并加入水进行混合搅拌，然后再将搅拌形成的泥料进行练泥，练泥后挤出、造粒，即为陶粒坯体；
(3)烘干：将步骤2所得的陶粒坯体干燥；
(4)烧成：将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结；
(5)冷却即得陶粒成品。
优选的，所述步骤1中，粉磨后镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥为比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；
具体的，所述步骤2中，加入适量的水进行混合搅拌时，本领域技术人员可根据实际情况调整水的用量和搅拌时间。
优选的，搅拌时间为8-12min。
优选的，所述步骤2中，练泥的具体方法为机械练泥(在练泥机中进行练泥)，挤出的具体方法为从练泥机挤嘴中挤出。
优选的，所述步骤2中，练泥后挤出、造粒的具体方法为：练泥后挤出形成泥条，将泥条切割成泥丁后，将泥丁滚圆造粒。
更优选的，所述泥条为φ7.5-8.5mm的圆泥条。
更优选的，所述泥丁的尺寸为φ(7.5-8.5mm)×(7.5-8.5mm)mm。
更优选的，所述将泥丁滚圆造粒的具体方法为：将泥丁置于成球盘中滚圆造粒形成φ7.5-8.5mm左右的泥丸。
优选的，所述步骤3中，陶粒坯体干燥的具体条件为：105-115℃下干燥0.5-1.5h。
更优选的，陶粒坯体干燥在干燥箱中进行。
优选的，所述步骤4中，将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结的具体条件为：1030-1050℃左右，5-10min。
更优选的，将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结前先进行预热，预热温度为390-410℃左右。
具体的，所述步骤4中，本领域技术人员可选取适宜的窑炉，并在窑炉内对烘干后的陶粒坯体进行烧结和预热。
本发明第三方面提供所述利用冶金废渣作为原料的陶粒在建筑材料制备领域的用途，更具体为保温、隔音以及防火材料等轻质建筑材料制备领域的用途。
本发明发明人经研究发现镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥等固体废弃物含有成分经过适当的配比，可以作满足为烧结陶粒原料，其中，镍铁渣中主要含有50wt％左右的SiO2、20wt％左右的MgO；钢渣中主要含有45wt％左右的CaO、15wt％左右的Fe2O3；粉煤灰中主要含有50wt％左右的SiO2、20wt％左右的Al2O3；石灰石污泥主要成分为CaCO3。
本发明发明人利用工业固体废弃物为原料，将镍铁渣、钢渣、粉煤灰、石灰石污泥作为原料按照一定配比经过烧结制备成陶粒，陶粒经过高温烧结后，表面有一层坚硬的陶质或釉质外壳具有隔水保气作用和较高的强度，而内部结构特征呈细密蜂窝状封闭型微孔，可作为混凝土材料的轻质骨料，可适用于保温、隔音以及防火材料等轻质建筑材料领域。本发明所提供的陶粒及陶粒的制备方法属于工业固废物的再利用，变废为宝，不但节约了日益紧缺的能源资源，而且又保护了我们的生活环境，一举多得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以***其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以***其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例中所使用的材料具体如下：
镍铁渣购自福建德胜钢铁，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料，SiO2含量为51wt％，MgO含量为23wt％；
钢渣为转炉钢渣，购自宝钢股份有限公司，经过磨细制成，比表面积为300-400m2/kg，CaO含量为46wt％，Fe2O3含量为14wt％；
粉煤灰购自上海石洞口电厂，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料，SiO2含量为49wt％，Al2O3含量为19wt％；
石灰石污泥购自宝钢股份有限公司，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料，CaCO3含量为91wt％。
实施例1：
将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥均经过粉磨后，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；然后取35份镍铁渣、40份粉煤灰、15份钢渣、10份石灰石污泥加入30份的水进行混合搅拌，搅拌时间为10min，然后再将搅拌形成的泥料在练泥机中进行练泥，并从练泥机挤嘴中挤出，形成的圆泥条，并将泥条切割成的小泥丁，小泥丁在成球盘中被滚圆造粒成左右的小泥丸，即为陶粒坯体；将陶粒坯体放入电热恒温鼓风干燥箱中在110℃下干燥1h；烘干后的污泥陶粒坯体在窑炉内400℃左右进行预热，然后在1040℃烧结5-10min，最后冷却。制备的陶粒经检测堆积密度为0.78g/cm3；筒压强度为6.3MPa；比表面积为4.0×104cm2/g；表观密度为1.36g/cm3。(陶粒检测方法参照标准GB/T7431.1《轻集料及其试试验方法》执行，下同)
实施例2：
将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥均经过粉磨后，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；然后取35份镍铁渣、40份粉煤灰、15份钢渣、15份石灰石污泥加入30份的水进行混合搅拌，搅拌时间为10min，然后再将搅拌形成的泥料在练泥机中进行练泥，并从练泥机挤嘴中挤出，形成的圆泥条，并将泥条切割成的小泥丁，小泥丁在成球盘中被滚圆造粒成左右的小泥丸，即为陶粒坯体；将陶粒坯体放入电热恒温鼓风干燥箱中在110℃下干燥1h；烘干后的污泥陶粒坯体在窑炉内400℃左右进行预热，然后在1040℃烧结5-10min，最后冷却。制备的陶粒经检测堆积密度为0.75g/cm3；筒压强度为5.9MPa；比表面积为4.1×104cm2/g；表观密度为1.33g/cm3。
实施例3：
将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥均经过粉磨后，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；然后取30份镍铁渣、45份粉煤灰、10份钢渣、15份石灰石污泥加入30份的水进行混合搅拌，搅拌时间为10min，然后再将搅拌形成的泥料在练泥机中进行练泥，并从练泥机挤嘴中挤出，形成的圆泥条，并将泥条切割成的小泥丁，小泥丁在成球盘中被滚圆造粒成左右的小泥丸，即为陶粒坯体；将陶粒坯体放入电热恒温鼓风干燥箱中在110℃下干燥1h；烘干后的污泥陶粒坯体在窑炉内400℃左右进行预热，然后在1040℃烧结5-10min，最后冷却。制备的陶粒经检测堆积密度为0.72g/cm3；筒压强度为5.7MPa；比表面积为4.2×104cm2/g；表观密度为1.31g/cm3。
实施例4：
将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥均经过粉磨后，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；然后取40份镍铁渣、45份粉煤灰、20份钢渣、15份石灰石污泥加入30份的水进行混合搅拌，搅拌时间为10min，然后再将搅拌形成的泥料在练泥机中进行练泥，并从练泥机挤嘴中挤出，形成的圆泥条，并将泥条切割成的小泥丁，小泥丁在成球盘中被滚圆造粒成左右的小泥丸，即为陶粒坯体；将陶粒坯体放入电热恒温鼓风干燥箱中在110℃下干燥1h；烘干后的污泥陶粒坯体在窑炉内400℃左右进行预热，然后在1040℃烧结5-10min，最后冷却。制备的陶粒经检测堆积密度为0.80g/cm3；筒压强度为6.5MPa；比表面积为4.0×104cm2/g；表观密度为1.39g/cm3。
实施例5：
将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥均经过粉磨后，比表面积为300-400m2/kg的粉状物料；然后取35份镍铁渣、35份粉煤灰、15份钢渣、15份石灰石污泥加入30份的水进行混合搅拌，搅拌时间为10min，然后再将搅拌形成的泥料在练泥机中进行练泥，并从练泥机挤嘴中挤出，形成的圆泥条，并将泥条切割成的小泥丁，小泥丁在成球盘中被滚圆造粒成左右的小泥丸，即为陶粒坯体；将陶粒坯体放入电热恒温鼓风干燥箱中在110℃下干燥1h；烘干后的污泥陶粒坯体在窑炉内400℃左右进行预热，然后在1040℃烧结5-10min，最后冷却。制备的陶粒的堆积密度、筒压强度、比表面积、表观密度与实施例2所得陶粒相近。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其原料按重量份计，包括如下组分：
水适量。
2.如权利要求1所述的一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其特征在于，所述镍铁渣为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述镍铁渣中，SiO2含量为45-55wt％、MgO含量为15-25wt％。
3.如权利要求1所述的一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其特征在于，所述钢渣为转炉钢渣，比表面积为300-400m2/kg(经过磨细制成)，所述钢渣中，CaO含量为40-50wt％、Fe2O3含量为10-20wt％。
4.如权利要求1所述的一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其特征在于，所述粉煤灰为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述粉煤灰中，SiO2含量为45-55wt％、Al2O3含量为15-25wt％。
5.如权利要求1所述的一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其特征在于，所述石灰石污泥为比表面积300-400m2/kg的粉状物料，所述石灰石污泥中，CaCO3含量≥90wt％。
6.如权利要求1所述的一种利用冶金废渣作为原料的陶粒，其特征在于，镍铁渣、钢渣、粉煤灰和石灰石污泥为干料，水与干料比为水与干料比为0.25-0.3左右。
7.一种利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，包括如下步骤：
(1)原料预处理：将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥进行粉磨；
(2)坯体成型：按权利要求1-6任一权利要求所述的原料的配方将镍铁渣、粉煤灰、钢渣、石灰石污泥混合，并加入水进行混合搅拌，然后再将搅拌形成的泥料进行练泥，练泥后挤出、造粒，即为陶粒坯体；
(3)烘干：将步骤2所得的陶粒坯体干燥；
(4)烧成：将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结；
(5)冷却即得陶粒成品。
8.如权利要求7所述的利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤2中，练泥后挤出、造粒的具体方法为：练泥后挤出形成泥条，将泥条切割成泥丁后，将泥丁滚圆造粒。
9.如权利要求8所述的利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，其特征在于，所述泥条为φ7.5-8.5mm的圆泥条，所述泥丁的尺寸为φ(7.5-8.5mm)×(7.5-8.5mm)，所述将泥丁滚圆造粒的具体方法为：将泥丁置于成球盘中滚圆造粒形成φ7.5-8.5mm的泥丸。
10.如权利要求7所述的利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤3中，陶粒坯体干燥的具体条件为：105-115℃下干燥0.5-1.5h；所述步骤4中，将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结的具体条件为：1030-1050℃，5-10min。
11.如权利要求7所述的利用冶金废渣作为原料制备陶粒的方法，其特征在于，将烘干后的陶粒坯体在烧结温度下进行高温烧结前先进行预热，预热温度为390-410℃。
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