CN110950558A - 陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途及其制备的高强轻集料 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保建筑、建材以及固体废弃物处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途，并进一步公开一种利用陶瓷废料和粉煤灰制备的高强轻集料，并进一步公开其制备方法。本发明所述轻集料以粉煤灰和陶瓷生产过程中各阶段产生的陶瓷废料等固体废弃物为原料；利用不同阶段产生的陶瓷废料的特性的相互作用，以不同的添加剂制作高强轻集料并取得了较好的性能优势，有助于降低轻集料的生产成本，使固废利用最大化，从而得到一种轻质、高强、导热系数低、耐火度高，化学稳定性好、耐久性和保温隔音性能好的建筑陶粒。

Description

陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途及其制备的高强轻集料

技术领域

本发明属于环保建筑、建材以及固体废弃物处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途，并进一步公开一种利用陶瓷废料和粉煤灰制备的高强轻集料，并进一步公开其制备方法。

背景技术

集料，也称骨料，是用于配制混凝土或砂浆的颗粒状松散材料，普通集料大部分是天然集料，也有一部分是工业废渣集料(如冶金渣等)。随着当前建筑材料逐渐向节能、环保、轻质、隔热方向发展，轻集料逐渐代替普通集料成为建筑业的首选骨料材料。轻集料，一般是指松散容重小于1000kg/m³的多孔集料，其中，天然轻集料具有密度低且开采方便的优势，但是也存在着性能普通，难以满足日渐提高的性能需求的问题。如今，利用工业废料制备成本低且性能高的轻集料成为建筑材料发展的主要方向。

随着社会经济及陶瓷工业的快速发展，陶瓷工业废料日益增多，不仅对城市环境造成巨大压力，而且还限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展，所以对陶瓷工业废料的处理与利用非常重要。目前，我国陶瓷工业废料的处理多采用填埋的方式进行处理，不仅耗费人力物力，还污染地下水质，导致陶瓷工业废料的二次利用程度非常低。再加上废处理资金紧缺，致使大量废渣挤占耕地，对水和空气造成极大的污染。特别是陶瓷业近20年的高速发展，随着陶瓷产量的不断增加，陶瓷废料的数量也越来越多。根据不完全统计，仅佛山陶瓷产区产出的各种陶瓷废料，产量就已经超过400万吨，而全国陶瓷废料的年产量更是预计在1000万吨左右。如此大量的陶瓷废料已经不是简单填埋就可以解决的问题，如何变废为宝，化废料为资源，已经成为陶瓷行业的当务之急。

另外，现有陶瓷行业中，我国抛光砖的产量已达到8亿平方米，在陶瓷抛光砖的研磨抛光工序，通常需要将从砖坯表面去除0.5-0.7mm表面层，有时甚至高达1-2mm，即生产每平方米抛光砖将形成1.5公斤左右的砖屑，同时，导致磨具的损耗约0.6公斤左右。简言之，以现有工艺而言，制造每平方米的抛光砖大致会形成2.1公斤左右的抛光废料。按此计算，我国每年抛光砖抛光废料的产出量可达到170万吨。如果这些抛光废料不能得到有效的回收利用，将会对周边环境造成严重的破坏。而抛光废料的处理一直是困扰抛光砖生产的世界难题，对抛光废料的有效利用已成为抛光砖生产所面临的最紧迫的课题。

可见，如何实现陶瓷行业肥料变废为宝，是陶瓷行业亟待解决的一个重要问题，对于陶瓷行业的发展具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于陶瓷废料制备的高强轻集料，以解决现有技术中陶瓷行业废料的处理及利用程度较低的问题；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述高强轻集料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途。

具体的，所述陶瓷废料包括陶瓷烧结步骤前产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，陶瓷抛光砖产生的陶瓷抛光废料，以及陶瓷生产中产生的废釉料。

本发明还公开了一种基于陶瓷废料制备的高强轻集料，所述轻集料的制备原料包括：粉煤灰30-50重量份、成球核料1-12重量份、素坯废料细粉10-40重量份、增塑剂5-10重量份、发泡剂2-10重量份、助熔剂0-5重量份。

优选的，所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，所述粉煤灰的粒径≤150μm。

所述成球核料为陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，所述成球核料的粒径为1-3mm。

所述素坯废料细粉为陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。

所述增塑剂为陶瓷烧结步骤前产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的颗粒。由于陶瓷废料的主要成分为黏土，并且还未经过烧制处理，所以塑性较好。

所述发泡剂为陶瓷抛光砖生产过程中产生的陶瓷抛光废料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。所述陶瓷抛光废料主要成分为抛光砖瓷粉，SiC粉、MgO、MgCl和有机树脂混合而成，其中SiC含量为5-15％，可用作发泡剂之用。

所述助熔剂为陶瓷制作过程中产生的废釉料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。所述废釉料主要是由长石、透辉石、硅灰石、滑石等可作为助熔剂的矿物原料构成。

本发明还公开了一种制备所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料的方法，包括以下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的18-22wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在200-600℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1000-1200℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

在制备过程中，优选的，圆盘造粒机的圆盘倾角为48-52°，烧结过程在链篦机或回转窑中进行。

本发明所述轻集料以粉煤灰和陶瓷生产过程中各阶段产生的陶瓷废料等固体废弃物为原料；其中，以陶瓷烧结过程中产生的粒径1-3mm的废料颗粒为成核料，使得在陶粒制备过程中去除了造粒“成核阶段”，使得陶粒的粒径及数量基本可控，实现对陶粒的定制，增加了造粒效率，有助于降低能耗；同时，利用不同阶段产生的陶瓷废料的特性的相互作用，以不同的添加剂制作高强轻集料并取得了较好的性能优势，有助于降低轻集料的生产成本，使固废利用最大化，从而得到一种轻质、高强、导热系数低、耐火度高，化学稳定性好、耐久性和保温隔音性能好的建筑陶粒。

本发明所述轻集料的制备工艺，通过圆盘进行轻集料造粒，在造粒过程中粉料微粒在液桥和毛细管粒的作用下团聚在一起形成微核(微核的形成速率与数量难以控制)，团聚的微核在容器中低速转动所产生的摩擦和滚动冲击力作用下不断地在粉料层中回转、并长大，最后成为一定大小的球形颗粒；而本发明原料中成球核料的“核”的加入会直接代替微核，团聚粉料成球，在核数量固定的条件下，粉料加入越多，陶粒的粒径越大，使得陶粒的粒径及数量基本可控，实现对陶粒的定制，增加了造粒效率，有助于降低能耗。

本发明所述轻集料的制备原料来源广泛，可有效的处理大量的不同生产工艺下产生的陶瓷废料及粉煤灰废料；整个产品原料均使用工业固废制成，不适用其他矿物原料，有效节约生产成本。且本发明制得轻集料，其密度等级为700-1100kg/m³，筒压强度可达6-12MPa，吸水率4-8％，具有轻质高强的优势且不易受损。使用本发明制得轻集料可有效制备轻骨料高性能混凝土，作为一种承重结构，可应用于建筑墙板、桥梁、管道等；也可用于制备轻集料混凝土，具有低收缩、低徐变、较高的弹性模量等优势。可见，本发明所述高强轻集料具有较好的性能优势和广阔的市场前景。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1为本发明基于陶瓷废料制备所述高强轻集料的工艺流程图。

具体实施方式

本发明下述实施例中，选用的粉煤灰料的烧失量为2-10％，经测定，各组分含量为：SiO₂30％-70％、Al₂O₃10％-50％、CaO1％-15％、Fe₂O₃1％-18％、MgO0.01％-8％、TiO₂0.01％-3％，将所述粉煤灰经粉碎，并筛选粒径≤150μm的粉煤灰料予以使用。

本发明下述实施例中，选用的成球核料为陶瓷废料的一种，具体是指在陶瓷烧制过程中或烧制后出现缺陷的不合格烧制废渣和/或废品的混合物废料，经过筛后筛选粒径范围为1-3mm的颗粒料予以使用。

本发明下述实施例中，选用的素坯废料细粉为陶瓷废料的一种，具体是指在陶瓷烧制过程中或烧制后出现缺陷的不合格烧制废渣和/或废品的混合物废料，并经过破碎、球磨后，经过筛后筛选粒径≤150μm的细粉颗粒予以使用。

本发明下述实施例中，选用的增塑剂为陶瓷废料的一种，具体是指陶瓷烧结步骤前(经造粒、成型过程)由于搬运等产生的出现缺陷的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物废料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的颗粒。由于陶瓷废料的主要成分为黏土，并且还未经过烧制处理，所以塑性较好。

本发明下述实施例中，选用的发泡剂为陶瓷废料的一种，具体是指陶瓷抛光砖生产过程中产生的陶瓷抛光废料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。所述陶瓷抛光废料主要成分为抛光砖瓷粉，SiC粉、MgO、MgCl和有机树脂混合而成，其中SiC含量为5-15％，可用作发泡剂之用。

本发明下述实施例中，选用的助熔为陶瓷废料的一种，具体是指陶瓷制作过程中产生的废釉料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。所述废釉料主要是由长石、透辉石、硅灰石、滑石等可作为助熔剂的矿物原料构成。

实施例1

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰30kg、成球核料12kg、素坯废料细粉38kg、增塑剂5kg、发泡剂10kg、助熔剂5kg。

如图1所示的工艺流程图，本实施例所述高强轻集料的制备方法包括如下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的18wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在400℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1200℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

实施例2

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰34kg、成球核料9kg、素坯废料细粉40kg、增塑剂5kg、发泡剂8kg、助熔剂4kg。

本实施例所述高强轻集料的制备方法包括如下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的22wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在200℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1000℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

实施例3

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰49kg、成球核料3kg、素坯废料细粉38kg、增塑剂5kg、发泡剂2kg、助熔剂3kg。

本实施例所述高强轻集料的制备方法包括如下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的20wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在400℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1100℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

实施例4

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰46kg、成球核料5kg、素坯废料细粉40kg、增塑剂5kg、发泡剂2kg、助熔剂2kg。

本实施例所述高强轻集料的制备方法包括如下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的22wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在600℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1200℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

实施例5

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰50kg、成球核料1kg、素坯废料细粉20kg、增塑剂10kg、发泡剂5kg。

本实施例所述高强轻集料的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例所述高强轻集料的制备原料包括：粉煤灰40kg、成球核料7kg、素坯废料细粉10kg、增塑剂8kg、发泡剂5kg、助熔剂5kg。

本实施例所述高强轻集料的制备方法同实施例1。

实验例将上述实施例1-6中制得轻集料按照现有技术常规方法进行相关性能检测，并将检测数据记录于下表1。

表1所得轻集料的性能检测数据结果

编号	陶粒粒径/mm	堆积密度/kg/m<sup>3</sup>	吸水率/％	筒压强度/MPa
					实施例1	4±1	725	4.3	6.5
实施例2	6±1	886	5.2	7.9
					实施例3	8±1	962	6.8	10.3
实施例4	10±1	1053	7.4	11.8
					实施例5	12±1	826	5.5	7.2
实施例6	5±1	924	7.2	9.6

由上表数据可知，本发明以陶瓷废料和粉煤灰为原料制备的轻集料，具有轻质、高强度的优势，同时吸水率较低，满足生产性能的需要。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.陶瓷废料用于制备高强轻集料的用途。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述陶瓷废料包括陶瓷烧结步骤前产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，陶瓷抛光砖产生的陶瓷抛光废料，以及陶瓷生产中产生的废釉料。

3.一种基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述轻集料的制备原料包括：粉煤灰30-50重量份、成球核料1-12重量份、素坯废料细粉10-40重量份、增塑剂5-10重量份、发泡剂2-10重量份、助熔剂0-5重量份。

4.根据权利要求3所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述粉煤灰的粒径≤150μm。

5.根据权利要求3或4所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述成球核料为陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，所述成球核料的粒径为1-3mm。

6.根据权利要求3-5任一项所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述素坯废料细粉为陶瓷烧结中及烧结后产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。

7.根据权利要求3-6任一项所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述增塑剂为陶瓷烧结步骤前产生的陶瓷坯体废渣和/或废品的混合物，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的颗粒。

8.根据权利要求3-7任一项所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述发泡剂为陶瓷抛光砖生产过程中产生的陶瓷抛光废料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。

9.根据权利要求3-8任一项所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料，其特征在于，所述助熔剂为陶瓷制作过程中产生的废釉料，并经破碎机球磨处理后得到的粒径≤150μm的细粉颗粒。

10.一种制备权利要求3-9任一项所述的基于陶瓷废料制备的高强轻集料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将各原料按照选定的粒径范围进行破碎及球磨处理，备用；

(2)按照选定的配比量，取所述粉煤灰、成球核料、素坯废料细粉、增塑剂、发泡剂和助熔剂进行混合；

(3)将所得混合物料利用圆盘造粒机连续造粒，并连续加水，加水量为混合物料量的18-22wt％，得到陶粒坯体；

(4)将所得陶粒坯体在200-600℃下进行烘干处理，烘干至陶粒坯体内水分含量在5wt％以下即可；

(5)将烘干后的所得陶粒坯体在1000-1200℃温度下进行烧结处理，之后冷却，且在700℃以上缓慢冷却，冷却速度不超过20℃/min，700℃以下快速冷却至室温，即得所需轻集料。

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