CN106904938A - 一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石80～95％，长石4.5～16％，石灰石0～5％，发泡剂0.1～0.5％；另外还提供了其制备方法是将各原料组分比例配合后，通过粉磨、成球、表面包覆、干燥、预热、高温烧结发泡、冷却等过程，制备得高强陶粒。本发明涉及的煤矸石掺入量达80～95％，并全部利用煤矸石中的残余碳作为燃料，可大量消耗煤矸石，并充分利用了煤矸石的潜热，从而大幅度降低生产成本，而且制得的陶粒具有轻质、高强、吸水率低的特点，其堆积密度为500～800kg/m3，筒压强度为6～10MPa，吸水率为小于6％，各主要指标均超过GB/T17431.1‑2010高强轻集料的标准，可用于配置高性能轻集料混凝土。

Description

一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑用轻集料技术领域，具体涉及一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒及其制备方法。
背景技术
陶粒是一种人造轻集料，具有低密度、隔热性能好、筒压强度高、抗冻性能好的、耐腐蚀等特点，被广泛应用于建材、园艺、耐火保温、化工、石油等领域。近年来，我国轻集料陶粒发展迅速，应用广泛，但高强陶粒因其吸水率偏高，强度不稳定等因素的影响，发展缓慢，应用较少。
煤矸石是在开采和洗煤过程中排出的固体废弃物，是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，且具有一定的热值。我国年排放量6亿吨，成为我国排放量最大的工业固体废弃物之一。煤矸石排放堆积不仅造成资源浪费、占用土地，且存在一定的环境污染等隐患。我国现阶段对煤矸石的利用率仅30％左右，主要用于发电，提取各种铝制化合物，建筑用砖等方面，虽然这些应用实现了煤矸石的部分资源化利用，但是利用率低，甚至会造成二次污染。在利用煤矸石制备陶粒技术方面，许多研究者做了有益的工作，但未能实现以煤矸石作为燃料烧制陶粒，且陶粒的强度偏低。
发明内容
本发明的目的是解决煤矸石的资源化利用，以及陶粒强度不足的问题，提供一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，具有密度低、强度高、吸水率低的优点，可用于配置高性能轻集料混凝土。
本发明提供了一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石80～95％，长石4.5～16％，石灰石0～5％，发泡剂0.1～0.5％。
进一步的，上述煤矸石发热量≥4.0MJ/kg。
进一步的，上述发泡剂为碳化硅、硫酸钙中的一种或几种按任意配比混合的混合物。
另外，本发明还提供了上述以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，包括如下步骤：
1)原料的制备：按设计配比称取各种原料组分，同时装入球磨机粉磨、混合，得到混合粉料。
2)成球：将步骤1)得到的混合粉料均匀加入水后在成球机中成球，得料球。
3)表面包覆：将步骤2)中制得的料球表面包覆一层耐高温粉料，得包覆球。
4)烧结、发泡：将步骤3)制得的包覆球送入烧结发泡炉内，在炉内经烘干、预热、煤矸石中的碳粉燃烧、高温烧结、发泡、冷却过程，烧制得高强陶粒。
进一步的，上述步骤1)中粉磨采用干法粉磨，粉磨至原料细度≤180目。
进一步的，上述步骤2)中加入的水质量为混合粉料质量的12～18％。
进一步的，上述步骤2)中制得的料球直径为5～15mm。
进一步的，上述步骤3)中耐高温粉料为高岭土或铝矾土，该耐高温粉料的厚度为0.2～0.5mm。
进一步的，上述步骤4)中烧结发泡炉为立窑，包覆球从立窑的顶部加入，助燃风从立窑的底部鼓入，包覆球入窑后自上而下移动并与自下而上流动的气流进行热交换，首先完成烘干、预热，温度升至煤矸石中碳的着火点时，碳着火燃烧，为后续升温及高温烧结、发泡过程提供热量，发泡完成后，陶粒被迅速冷却，并从窑的底部卸出，从而制成陶粒制品。
进一步的，上述步骤4)中发泡温度为1250～1320℃。
本发明在陶粒烧制过程中，煤矸石残余碳粉燃烧后留下的空隙及发泡剂发泡产生的气孔共同构成陶粒的内部孔洞，以闭气孔为主，因此制得的陶粒具有密度低、强度高、吸水率低的特点。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种煤矸石为原料和燃料的高强陶粒以工业固体废弃物煤矸石为主料原料，煤矸石的利用率在80％以上，开辟了一种煤矸石高效资源化利用的新途径。
(2)本发明提供的这种煤矸石为原料和燃料的高强陶粒具有密度低、强度高、吸水率低的特点，其堆积密度为500～800kg/m3，筒压强度为6～10MPa，吸水率为小于6％，是一种高强轻集料，可用于配置高性能轻集料混凝土。
(3)本发明提供的这种煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法充分利用了煤矸石具的潜在热量，为陶粒高温烧结、发泡过程提供全部热量，无需另外补充燃料，大幅度降低了生产成本。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石80％，长石16％，石灰石3.9％，发泡剂0.1％；其中，煤矸石发热量为5.0MJ/kg，发泡剂为碳化硅。
该以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述设计量称量好各原料组分，将原料同时装入球磨机中，进行干法粉磨，粉磨至细度≤180目，得到混合粉料。
2)将所得的混合粉料，通过圆盘成球机成球，成球过程中均匀加入12％的水作为粘结剂，制成直径5～15mm的料球。
3)将所得料球，表面包覆一层厚度0.2～0.5mm的高岭土表面包覆层。
4)将经过表面包覆的料球，通过布料机煅烧炉立窑顶部均匀送入窑内，与此同时，助燃风从窑的底部鼓入，入窑后包覆的料球自上而下移动并与自下而上流动的气流进行热交换，首先完成烘干、预热，温度升至煤矸石中碳的着火点时，碳着火燃烧，为后续升温及高温烧结、发泡过程提供热量，发泡温度控制在1250～1290℃之间，发泡完成后，陶粒被迅速冷却，并从窑的底部卸出，制得陶粒制品。
本实施例制得的高强陶粒主要性能指标如表1所示；结果表明，该高强陶粒各主要指标均超过GB/T17431.1-2010高强轻集料的标准，可用于配置高性能轻集料混凝土。
表1：高强陶粒主要性能指标
实施例2：
本实施例提供了一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石95％，长石4.5％，发泡剂0.5％；其中，煤矸石发热量为4.0MJ/kg，发泡剂为碳化硅和硫酸钙按质量比1:1.5的混合物。
该以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述设计量称量好各原料组分，将原料同时装入球磨机中，进行干法粉磨，粉磨至细度≤180目，得到混合粉料。
2)将所得的混合粉料，通过圆盘成球机成球，成球过程中均匀加入18％的水作为粘结剂，制成直径5～15mm的料球。
3)将所得料球，表面包覆一层厚度0.2～0.5mm的铝矾土表面包覆层。
4)将经过表面包覆的料球，通过布料机煅烧炉立窑顶部均匀送入窑内，与此同时，助燃风从窑的底部鼓入，入窑后包覆的料球自上而下移动并与自下而上流动的气流进行热交换，首先完成烘干、预热，温度升至煤矸石中碳的着火点时，碳着火燃烧，为后续升温及高温烧结、发泡过程提供热量，发泡温度控制在1280～1320℃之间，发泡完成后，陶粒被迅速冷却，并从窑的底部卸出，制得陶粒制品。
本实施例制得的高强陶粒主要性能指标如表2所示；结果表明，该高强陶粒各主要指标均超过GB/T17431.1-2010高强轻集料的标准，可用于配置高性能轻集料混凝土。
表2：高强陶粒主要性能指标
实施例3：
本实施例提供了一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石84％，长石10.8％，石灰石5％，发泡剂0.2％；其中，煤矸石发热量为4.35MJ/kg，发泡剂为碳化硅。
该以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述设计量称量好各原料组分，将原料同时装入球磨机中，进行干法粉磨，粉磨至细度≤180目，得到混合粉料。
2)将所得的混合粉料，通过圆盘成球机成球，成球过程中均匀加入15％的水作为粘结剂，制成直径5～15mm的料球。
3)将所得料球，表面包覆一层厚度0.2～0.5mm的高岭土表面包覆层。
4)将经过表面包覆的料球，通过布料机煅烧炉立窑顶部均匀送入窑内，与此同时，助燃风从窑的底部鼓入，入窑后包覆的料球自上而下移动并与自下而上流动的气流进行热交换，首先完成烘干、预热，温度升至煤矸石中碳的着火点时，碳着火燃烧，为后续升温及高温烧结、发泡过程提供热量，发泡温度控制在1265～1300℃之间，发泡完成后，陶粒被迅速冷却，并从窑的底部卸出，制得陶粒制品。
本实施例制得的高强陶粒主要性能指标如表3所示；结果表明，该高强陶粒各主要指标均超过GB/T17431.1-2010高强轻集料的标准，可用于配置高性能轻集料混凝土。
表3：高强陶粒主要性能指标
综上所述，本发明提供的这种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒具有轻质、高强、吸水率低的特点，其堆积密度为500～800kg/m3，筒压强度为6～10MPa，吸水率为小于6％，各主要指标均超过GB/T17431.1-2010高强轻集料的标准，可用于配置高性能轻集料混凝土；而且在其制备方法中全部利用煤矸石中的残余碳作为燃料，可大量消耗煤矸石，并充分利用了煤矸石的潜热，从而大幅度降低生产成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，其特征在于：包括按质量百分比计的如下原料组分：煤矸石80～95％，长石4.5～16％，石灰石0～5％，发泡剂0.1～0.5％。
2.如权利要求1所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，其特征在于：所述煤矸石发热量≥4.0MJ/kg。
3.如权利要求1所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒，其特征在于：所述发泡剂为碳化硅、硫酸钙中的一种或几种按任意配比混合的混合物。
4.如权利要求1～3任一项所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)原料的制备：按设计配比称取各种原料组分，同时装入球磨机粉磨、混合，得到混合粉料；
2)成球：将步骤1)得到的混合粉料均匀加入水后在成球机中成球，得料球；
3)表面包覆：将步骤2)中制得的料球表面包覆一层耐高温粉料，得包覆球；
4)烧结、发泡：将步骤3)制得的包覆球送入烧结发泡炉内，在炉内经烘干、预热、煤矸石中的碳粉燃烧、高温烧结、发泡、冷却过程，烧制得高强陶粒。
5.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中粉磨采用干法粉磨，粉磨至原料细度≤180目。
6.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中加入的水质量为混合粉料质量的12～18％。
7.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中制得的料球直径为5～15mm。
8.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中耐高温粉料为高岭土或铝矾土，该耐高温粉料的厚度为0.2～0.5mm。
9.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中烧结发泡炉为立窑，包覆球从立窑的顶部加入，助燃风从立窑的底部鼓入。
10.如权利要求4所述的以煤矸石为原料和燃料的高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中发泡温度为1250～1320℃。
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