CN108821621A - 一种轻质高强陶粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质高强陶粒及其制备方法，该陶粒包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；其中铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰质量分数之和为100％；碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；且铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。本发明中的铁尾矿、粉煤灰与碱性激发剂、发泡剂混合后，在一定温度下经发泡剂一次发泡后，又充分利用铁尾矿粉中的Fe在高温条件下与碱性激发剂反应生成气体，使得生成的料球在熔融后继续膨胀发泡，提高了产品的孔隙率，达到了轻质的效果；同时生成的料球在高温烧结过程中生成更多的沸石，使得陶粒的强度也得以提升。

Description

一种轻质高强陶粒及制备方法
技术领域
本发明属于建筑节能材料和资源循环再利用领域，具体涉及一种轻质高强陶粒及其制备方法。
背景技术
随着我国装配式技术的推广应用，高层建筑与大跨结构越来越普遍，工程界对混凝土性能的要求越来越苛刻。具有优良工作性能、高强度、轻质量、多功能的高性能轻集料混凝土，在装配式建筑、大跨度结构和高层建筑中有着良好的应用前景和巨大发展潜力。陶粒混凝土作为一种重要的轻集料混凝土，以其重量轻，相对强度较高，隔热保温性能好，抗冻性和耐火性好等综合优点，可广泛应用于轻质墙板的制造。预制轻质墙板围护结构市场将呈现出繁荣的发展态势，以陶粒为粗骨料的轻质墙板迎来了巨大的市场机遇。陶粒需求量将日益上升。
随着陶粒产业的不断发展，生产规模不断扩大，生产陶粒传统原材料—黏土、页岩等天然资源需求量日益增加。伴随着我国新《土地法》和相关环保法规的实施，环境治理力度不断提升，开采天然资源及破坏耕地受到了严格监管，生产陶粒的原料主材主要为天然资源，因不能获取此类天然资源，大批依靠黏土、页岩等天然资源的陶粒生产企业被关闭。在这一背景下，寻找陶粒生产原料的替代品制备高品质陶粒制品，已刻不容缓。
长期以来铁尾矿一般采用堆填、截沟筑坝集中处置等，不仅浪费资源，同时占用土地，工厂还支付土地征用费、运费和填埋费等，增加了钢铁的生产成本。而且填埋时，对土壤、水体及大气均有不同程度的污染，给人类的生存环境带来了严重危害。可见，加强对铁尾矿粉循环利用技术的研究已刻不容缓。实施铁尾矿的综合利用，从根本上解决潜在环保问题，是现如今经济发展、社会发展的必然选择。目前，现有技术通过将铁尾矿与铝矾土、膨润土、煤粉等混合制备陶粒，或将粉煤灰与铝矾土、膨润土、煤粉等进行混合制备陶粒，但这些方法制备的陶粒堆积密度大，难以达到轻质的效果；且现有的陶粒制备工艺烧结温度较高，能耗大。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种轻质高强陶粒及其制备方法，利用废弃铁尾矿作为主要原料，解决现有的陶粒堆积密度大、品质较低以及制备耗能大的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种轻质高强陶粒，包括粉煤灰和碱性激发剂，还包括铁尾矿粉、碱性激发剂和发泡剂；
所述的铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；所述的碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；
所述的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。
具体的，所述的碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；所述的发泡剂为过硼酸钠或铝粉。
具体的，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。
具体的，所述的粉煤灰为发电厂在除尘设备中收集得到的粉煤灰或其他燃煤工艺排出的工业固体废弃物。
本发明还公开了上述轻质高强陶粒的制备方法，包括将铁尾矿、粉煤灰与发泡剂按照权利要求1的质量分数混合，加入碱性激发剂进行发泡形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物进行烧结，冷却后得到轻质高强陶粒。
进一步的，轻质高强陶粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将铁尾矿粉在750～780℃下焙烧20～30min后冷却至室温；
步骤2，将经过步骤1处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂混合均匀，再加入碱性激发剂搅拌，得到混合料，将混合料在成球盘内成球；
步骤3，将料球在105～150℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；
步骤4，将多孔地质聚合物在420～450℃下预热5～10min，再以10～15℃/min的速度升温至1135～1150℃，在1135～1150℃下焙烧15～20min后冷却，得到轻质高强陶粒。
进一步的，步骤2中的铁尾矿粉与粉煤灰混合前进行研磨处理，使铁尾矿粉的粉体粒径为75μm以下，粉煤灰的粒径为30μm以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中的铁尾矿、粉煤灰、发泡剂与碱性激发剂混合后，在一定温度下经发泡剂一次发泡后，又充分利用铁尾矿粉原料中的Fe在高温条件下与碱性激发剂反应生成气体，使得生成的料球在高温状态下熔融后继续膨胀发泡，提高了产品的孔隙率，达到了轻质的效果；同时生成的料球在高温烧结过程中生成更多的沸石，使得陶粒的强度也得以提升。
本发明所制备的铁尾矿地质聚合物陶粒所得陶粒的堆积密度可达520～720Kg/m3，筒压强度为8.9～10.2MPa，吸水率为4.3～7.5％。
(2)相对于传统的陶粒制备温度，本发明采用铁尾矿作为制备陶粒的主要原料，可以明显降低陶粒制备时的烧结温度，达到节能降低成本的效果。
(3)一般的地质聚合物缩聚反应过程中，碱性激发剂几乎没有质量损失，当遇到潮湿环境，碱性物质易于渗出造成表面泛碱现象，影响地质聚合物材料的正常使用。而本发明中所形成的地质聚合物由于在高温烧结反应中铁与碱性激发剂发生高温反应，使得制备的陶粒不会产生泛碱现象。
(4)本发明的铁尾矿原料在使用前经过了焙烧预处理，使的铁尾矿粉中Fe2+转化为Fe3+，铁尾矿粉体中的部分晶体转化为非晶体，提高了所制备的料球的塑形。
以下结合具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明通过将铁尾矿和粉煤灰等为固体原料烧结制备陶粒，在实验过程中发现铁尾矿粉、粉煤灰加水搅拌制备的料球塑性较差，料球在低温条件下发泡时会受胀破裂。为此，本发明对原始铁尾矿粉进行焙烧预处理后再与粉煤灰、碱激发剂等混合，在105℃～150℃下将料球发泡并产生缩聚反应形成地质聚合物胶凝材料，然后再高温烧结成为陶粒制品。本发明通过大量实验室试验证明本发明所采用化学成分的铁尾矿粉和粉煤灰替代生产原料主材如黏土、页岩等，是完全可行，并且所制备的陶粒轻质且具有较高的强度。所制备的陶粒制品，可广泛应用于建筑节能及建筑结构领域，不仅提高了铁尾矿循环利用产品的附加值，并且能为绿色建筑发展做出重要贡献。
本发明的轻质高强陶粒包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；
其中，铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％。本发明所用的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。
碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；发泡剂为过硼酸钠或铝粉。
本发明所使用的铁尾矿粉为低硅高铁酸性铁尾矿粉，铁尾矿粉中，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。
本发明使用的粉煤灰为发电厂在除尘设备中收集得到的粉煤灰或其他燃煤工艺排出的工业固体废弃物。
本发明还公开了上述陶粒的制备方法，具体包括：
步骤1，将铁尾矿粉研磨，然后通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在750～780℃下焙烧20～30min；将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
步骤2，按照上述配比分别称取所需的原料，将经过步骤1处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌2～5min，使原料混合均匀，再加入碱性激发剂搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；
步骤3，将料球置于烘箱内，在105～150℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；
步骤4，将多孔地质聚合物放入回转窑内，在420～450℃下预热5～10min，再以10～15℃/min的速度升温至1135～1150℃，在1135～1150℃下焙烧15～20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本发明所制备的陶粒可用于制造轻质墙板等。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在750℃下焙烧20min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；其中，
按照下述质量配比称取所需的原料：90％铁尾矿；10％粉煤灰；外掺10％氢氧化钠和1％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在130℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1135℃，在1135℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为720Kg/m3，筒压强度为10.2MPa，吸水率为7.5％。
实施例2
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在780℃下焙烧20min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
按照下述质量配比称取所需的原料：90％铁尾矿；10％粉煤灰；外掺10％氢氧化钠和3％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在130℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1140℃，在1140℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为650Kg/m3，筒压强度为9.4MPa，吸水率为6.2％。
实施例3
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在760℃下焙烧20min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
按照下述质量配比称取所需的原料：90％铁尾矿；10％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在130℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为630Kg/m3，筒压强度为9.5MPa，吸水率为5.3％。
实施例4
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在770℃下焙烧30min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
按照下述质量配比称取所需的原料：80％铁尾矿；20％粉煤灰；外掺10％氢氧化钠和3％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在120℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1140℃，在1140℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为630Kg/m3，筒压强度为9.3MPa，吸水率为4.8％。
实施例5
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在760℃下焙烧25min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
按照下述质量配比称取所需的原料：80％铁尾矿；20％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在120℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为590Kg/m3，筒压强度为9.0MPa，吸水率为4.3％。
实施例6
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在770℃下焙烧20min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；
按照下述质量配比称取所需的原料：75％铁尾矿；25％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1140℃，在1140℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为560Kg/m3，筒压强度为8.9MPa，吸水率为4.6％。
实施例7
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在770℃下焙烧25min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料。按照下述质量配比称取所需的原料：75％铁尾矿；25％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为560Kg/m3，筒压强度为9.2MPa，吸水率为4.4％。
实施例8
本实施例与实施例7的区别是：碱性激发剂为13％氢氧化钠和6％硅酸钠混合。
本实施例制备得到的陶粒的堆积密度为540Kg/m3，筒压强度为9.3MPa，吸水率为4.4％。
实施例9
本实施例与实施例7的区别是：发泡剂为铝粉。
本实施例制备得到的陶粒的堆积密度为520Kg/m3，筒压强度为9.4MPa，吸水率为4.7％。
对比例1
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在750℃下焙烧10min。按照下述质量配比称取所需的原料：100％铁尾矿，外掺10％NaOH；
将经过处理后的铁尾矿粉和氢氧化钠投入搅拌机内搅拌3min，使原料混合均匀，再加水湿搅拌2min，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下固化6h，然后放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1140℃，在1140℃下焙烧25min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本对比例制备的陶粒的堆积密度为940Kg/m3，筒压强度为13.5MPa，吸水率为8.7％。在该烧结温度下，铁尾矿烧结，粉煤灰未烧结。
对比例2
将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下；按照下述质量配比称取所需的原料：100％粉煤灰，外掺10％NaOH。
将粉煤灰和氢氧化钠投入搅拌机内搅拌3min，使原料混合均匀，再加水湿搅拌2min，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下固化6h，然后放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本对比例制备的陶粒的堆积密度为850Kg/m3，筒压强度为7.4MPa，吸水率为7.6％。在该烧结温度下，铁尾矿完全烧结，粉煤灰未烧结。
对比例3
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分作为主要原料，不对铁尾矿粉进行处理；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料；按照下述质量配比称取所需的原料：90％铁尾矿，10％粉煤灰；外掺10％氢氧化钠和1％过硼酸钠。
将铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在130℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以15℃/min的速度升温至1135℃，在1135℃下焙烧20min，在回转窑内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为840Kg/m3，筒压强度为7.8MPa，吸水率为7.8％。
对比例4
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分作为原料，铝矾土粒径在45μm以下，煤粉粒径在60μm以下作为助燃、发气成分；
按照下述质量配比称取所需的原料：原料为70％铁尾矿，25％铝矾土，5％煤粉；
将铁尾矿粉、煤粉和铝矾土投入搅拌机内搅拌3min，使原料混合均匀，再加水湿搅拌2min，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下将料球烘干，然后放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1135℃，在1135℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本对比例制备的陶粒的堆积密度为870Kg/m3，筒压强度为8.8MPa，吸水率为8.4％。
对比例5
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分作为原料，铝矾土粒径在45μm以下，煤粉粒径在60μm以下作为助燃、发气成分；
按照下述质量配比称取所需的原料：原料为70％铁尾矿，10％铝矾土，15％膨润土，5％煤粉；
将铁尾矿粉、煤粉和铝矾土投入搅拌机内搅拌3min，使原料混合均匀，再加水湿搅拌2min，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下烘干，然后放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本对比例制备的陶粒的堆积密度为820Kg/m3，筒压强度为8.6MPa，吸水率为6.8％。
对比例6
本对比例采用其他原料成分的铁尾矿粉，在该铁尾矿粉中，Fe含量为25.00％，SiO2含量为27.88％；Al2O3含量为7.27；MgO含量为1.78；CaO含量为14.62；TiO2含量为0.18；Na2O与K2O总含量为1.43。其中Fe2+占Fe含量的40％；
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在770℃下焙烧25min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料。按照下述质量配比称取所需的原料：75％铁尾矿；25％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为790Kg/m3，筒压强度为6.5MPa，吸水率为7.1％。
对比例7
另一种其他原料成分的铁尾矿粉，在铁尾矿粉中，Fe含量为6.02％，其中Fe2+占Fe含量的15％；SiO2含量为72.79％；Al2O3含量为6.08％；MgO含量为3.16％；CaO含量为4.85％；TiO2含量为0.73％；Na2O与K2O总含量为1.72％。
将铁尾矿粉研磨通过75μm的方孔筛，将75μm方孔筛以下部分在770℃下焙烧25min；同时将粉煤灰研磨至粒径在30μm以下，作为辅料。按照下述质量配比称取所需的原料：75％铁尾矿；25％粉煤灰；外掺13％氢氧化钠和5％过硼酸钠。
将经过处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂投入搅拌机内搅拌5min，使原料混合均匀，再加入氢氧化钠搅拌，得到混合料；将混合料送入成球盘内成球；将料球置于烘箱内，在105℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物放入回转窑内，在450℃下预热10min，再以10℃/min的速度升温至1150℃，在1150℃下焙烧20min，在竖式冷却机内冷却至450℃，出窑后自然冷却，即得陶粒。
本实施例制备的陶粒的堆积密度为750Kg/m3，筒压强度为7.4MPa，吸水率为6.8％。
按照GB/T17431.2-2010对实施例1～9制备的陶粒进行等级划分，所获陶粒等级在600～800之间，筒压强度大于6MPa，属于高强轻集料。实施例1～9制备的陶粒与对比例4、5制备的陶粒对比发现，使用发泡剂在低温下发泡优于传统在高温下煤粉发泡，可以明显降低陶粒的堆积密度，减少CO2排放，且陶粒的筒压强度较高足以满足轻质墙板要求；实施例1与对比例3对比发现，将铁尾矿粉在使用前进行预处理可以很好的提升陶粒的性能；实施例1与对比例1对比，添加发泡剂可以明显降低陶粒的堆积密度；实施例3与对比例2对比发现，采用铁尾矿作为主要原料，粉煤灰作为辅料，可以降低陶粒的烧结温度，在1135～1150℃下即可烧结充分，而粉煤灰作为主要原料时烧结温度在1300℃左右才能达到充分烧结；实施例7与对比例6、7对比可知，使用低硅高铁铁尾矿制备的陶粒轻质高强性能明显优于高硅低铁或超高铁类铁尾矿；实施例6与实施例7对比可知，较高的烧结温度有益于陶粒强度的提升；实施例7与实施例9对比可知，铝粉的发泡效果优于过酸钠；实施例7与实施例8对比可知，碱性激发剂选用氢氧化钠和硅酸钠混合物优于氢氧化钠单独作用；实施例2、实施例5、实施例6对比可知，适宜掺加粉煤灰、碱激发剂及发泡剂可以降低陶粒的堆积密度。

Claims (7)

1.一种轻质高强陶粒，其特征在于，包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；
所述的铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10％～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；所述的碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；
所述的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。
2.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；所述的发泡剂为过硼酸钠或铝粉。
3.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的铁尾矿粉中，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。
4.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的粉煤灰为发电厂在除尘设备中收集得到的粉煤灰或其他燃煤工艺排出的工业固体废弃物。
5.权利要求1至4任意一项所述的轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于，将铁尾矿、粉煤灰与发泡剂按照权利要求1的质量分数混合，加入碱性激发剂进行发泡形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物进行烧结，冷却后得到轻质高强陶粒。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将铁尾矿粉在750～780℃下焙烧20～30min后冷却至室温；
步骤2，将经过步骤1处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂混合均匀，再加入碱性激发剂搅拌，得到混合料，将混合料在成球盘内成球；
步骤3，将料球在105～150℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；
步骤4，将多孔地质聚合物在420～450℃下预热5～10min，再以10～15℃/min的速度升温至1135～1150℃，在1135～1150℃下焙烧15～20min后冷却，得到轻质高强陶粒。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中的铁尾矿粉与粉煤灰混合前进行研磨处理，使铁尾矿粉的粉体粒径为75μm以下，粉煤灰的粒径为30μm以下。
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