CN112669914A - 一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，该方法包括：一、对固体废弃物的化学成分进行分析检测；二、根据化学成分分析检测结果，选择一种以上的固体废弃物进行掺配或者添加外加剂进行掺配，使其满足高强陶粒的化学成分要求；三、将混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧得到试验陶粒；四、对试验陶粒进行检测结合对掺配的组分及含量进行调整，直至试验陶粒检测结果满足高强陶粒的要求，得到高强陶粒的配比。本发明根据高强陶粒的化学成分要求和性能要求，以固体废弃物化学成分分析检测结果为基础进行掺配，确定了高强陶粒的配比，实现了利用一种以上的固体废弃物制备高强陶粒，扩大了对固体废弃物的综合利用率。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法。
背景技术
高强陶粒是当前高性能轻混凝土及其建筑构件与制品广泛应用的轻骨料产品，具有轻质高强、隔热保温、抗碱集料反应等特点。作为生产制备高强陶粒的主要原料—页岩和黏土，由于对其要求高及环境保护的因素，已经不可持续。利用工业固体废弃物生产制备高强陶粒，既可实现资源综合利用，符合国家相关产业政策，又可解决高强陶粒的原料资源问题。
可用于制备高强陶粒的固体废弃物如下：
(1)燃煤锅炉类废渣：粉煤灰、垃圾焚烧渣、气化渣、飞灰等；
(2)矿业尾矿渣：煤矸石、银尾矿渣、金尾矿渣、铜尾矿渣、磷灰尾矿渣、硅藻土尾矿渣、硫铁尾矿渣、铁尾矿渣等；
(3)工业废渣：赤泥、铬渣、磷渣、锰铁渣、钢渣、鹏泥等
(4)工程渣土：建筑开挖土、地铁开挖土、高速路开挖土等；
(5)淤泥污泥类：建筑淤泥、河道淤泥、湖泥、海泥、水库淤泥；城市污泥、印染污泥、造纸污泥、以及其他工业污泥等。
上述的固体废弃物由于组分与性能各不相同，往往单独一种或两种固体废弃物无法满足生产制备高强陶粒的技术要求，必须进行实验室配比设计和试验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法。该方法根据高强陶粒的化学成分要求和堆积密度、筒压强度、1h吸水率要求，以固体废弃物化学成分分析检测结果为基础，选择对一种以上固体废弃物进行掺配或者同时加入外加剂进行掺配，从而确定高强陶粒的配比，实现了利用一种以上的固体废弃物制备高强陶粒，扩大了对固体废弃物的综合利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对固体废弃物的化学成分进行分析检测；
步骤二、根据步骤一中得到的化学成分分析检测结果，选择一种以上的固体废弃物进行掺配，得到混合料，或者选择一种以上的固体废弃物与外加剂进行掺配，得到混合料；所述混合料中的化学成分满足高强陶粒的化学成分要求；
步骤三、将步骤二中得到的混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧，得到试验陶粒；
步骤四、对步骤三中得到的试验陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率进行检测，如果检测结果满足高强陶粒的要求，则认为步骤二中掺配的组分及含量为高强陶粒的配比，如果检测结果不满足高强陶粒的要求，则开始对步骤二中掺配的组分及含量进行调整，并依次重复步骤三中的造粒成球、高温电炉焙烧工艺和步骤四中的检测工艺，直至采用调整后的掺配得到的试验陶粒检测结果满足高强陶粒的要求，则认为调整后的掺配的组分及含量为高强陶粒的配比。
本发明首先以固体废弃物化学成分分析检测结果为基础，以高强陶粒的化学成分要求为依据，选择对一种以上固体废弃物进行掺配或者同时加入外加剂进行掺配，并经造粒和焙烧制备得到试验陶粒，然后以高强陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率为指标，对试验陶粒进行对应指标检测，确定高强陶粒的配比，实现了利用一种以上的固体废弃物制备高强陶粒，扩大了对固体废弃物的综合利用率。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤二中所述高强陶粒的化学成分要求按质量百分含量计为：SiO2 40％～65％，Al2O3 18％～28％，Fe2O3 6％～12％，CaO和MgO总计4％～6％，K2O和Na2O总计2％～5％。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述高强陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率满足以下要求：(1)堆积密度大于500kg/m3且不超过600kg/m3属于600密度级，则筒压强度不小于4.0MPa，1h吸水率不超过10％；(2)堆积密度大于600kg/m3且不超过700kg/m3属于700密度级，则筒压强度不小于5.0MPa，1h吸水率不超过10％；(3)堆积密度大于700kg/m3且不超过800kg/m3属于800密度级，则筒压强度不小于6.0MPa，1h吸水率不超过10％；(4)堆积密度大于800kg/m3且不超过900kg/m3属于900密度级，则筒压强度不小于6.5MPa，1h吸水率不超过10％；(5)堆积密度属于500密度级即堆积密度大于400kg/m3且不超过500kg/m3、600密度级、800密度级或900密度级，且粉煤灰质量百分含量不小于65％的高强陶粒的1h吸水率不超过20％。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述高强陶粒的堆积密度600kg/m3～900kg/m3，筒压强度4.0MPa～6.5MPa，1h吸水率不超过10％。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中根据下式对掺配的组分及含量进行调整，直至采用调整后的掺配得到的试验陶粒检测结果满足高强陶粒的要求：
f＝1.1013-0.026X(SiO2)+0.1272X(Fe2O3+FeO)+0.074X(Al2O3)+0.0065γ
式中：f—试验陶粒的筒压强度，单位为MPa；
γ—试验陶粒的堆积密度，单位为kg/m3；
X(SiO2)—试验陶粒中SiO2的质量百分含量，单位为％；
X(Fe2O3+FeO)—试验陶粒中Fe2O3和FeO的总质量百分含量，单位为％；
X(Al2O3)—试验陶粒中Al2O3的质量百分含量，单位为％。
该优选的调整公式是在高强陶粒的生成机理基础上结合大量的试验研究数据的统计结果，符合高强陶粒的性能要求，有利于实现对掺配的组分及含量的快速调整，且结果可靠，实用性强。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述调整为调节固体废弃物与外加剂的配比或者重新选择外加剂种类。该调整方式灵活可靠，可根据实际情况进行调整。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中通过调节发气膨胀组分的含量调整步骤二中掺配的组分及含量。陶粒的掺配的组分中发气组分种类及含量较多，主要为Fe2O3，根据陶粒的膨胀机理，陶粒中的碳铁比即碳与Fe2O3质量含量的比值为0.02～0.012时，陶粒在高温下具有比较理想的膨胀，且膨胀的程度不同陶粒的堆积密度也不同，因此，该优选的调整策略有利于直接调整试验陶粒的堆积密度，从而满足高强陶粒的要求，快速方便，缩短了配比时间。
上述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，所述发气膨胀组分为Fe2O3。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据高强陶粒的化学成分要求和堆积密度、筒压强度、1h吸水率要求，以固体废弃物化学成分分析检测结果为基础，选择对一种以上固体废弃物进行掺配或者同时加入外加剂进行掺配，从而确定高强陶粒的配比，实现了利用一种以上的固体废弃物制备高强陶粒，扩大了对固体废弃物的综合利用率。
2、本发明的配比方法简单，容易实现，快速确定了利用固体废弃物制备高强陶粒的配合比，满足了实际生产制备的要求。
3、本发明的配比方法实现了对80％～95％的固体废弃物的利用，符合资源循环利用、环境保护的产业政策和可持续发展方向。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、对粉煤灰和建筑弃土两种固体废弃物的化学成分进行分析检测；所述粉煤灰和建筑弃土来自于山东某地；
所述粉煤灰的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 53.15％，Al2O3 29.42％，Fe2O33.98％，CaO和MgO总计4.22％，K2O和Na2O总计1.50％；从粉煤灰的化学成分可知，粉煤灰中的Al2O3和Fe2O3含量均不能满足高强陶粒对化学组分的要求，需要降低Al2O3和提高Fe2O3的含量；
所述建筑弃土的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 70.30％，Al2O3 11.6％，Fe2O3 4.52％，CaO和MgO总计3.6％，K2O和Na2O总计3.87％；从建筑弃土的化学成分可知，建筑弃土中的SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量及CaO和MgO总计含量也均不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
步骤二、根据步骤一中得到的分析检测结果，先设计掺配按质量百分含量计为：粉煤灰60％，建筑弃土40％，经计算配比，该掺配的组分中除了Fe2O3的含量为3.60％不能满足高强陶粒的化学成分要求，其他组分均已满足高强陶粒的化学成分要求，选择采用掺加外加剂Fe2O3的方法调节掺配按质量百分含量计为：粉煤灰57.69％，建筑弃土38.46％，Fe2O33.85％，按照该掺配制备得到混合料，经计算，混合料中的化学成分为：SiO2 60.0％，Al2O322.3％，Fe2O3 7.6％，CaO和MgO总计4.0％，K2O和Na2O 总计2.5％；
所述高强陶粒的化学成分要求按质量百分含量计为：SiO2 40％～65％，Al2O318％～28％，Fe2O3 6％～12％，CaO和MgO总计4％～6％，K2O和Na2O总计2％～5％；
步骤三、将步骤二中得到的混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧，得到试验陶粒；
步骤四、对步骤三中得到的试验陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率进行检测，结果为：堆积密度778kg/m3，筒压强度8.3MPa，1h吸水率5.8％，满足高强陶粒的要求，同时，根据下列公式计算得到试验陶粒的铜压强度为7.22MPa，与检测结果的误差率为13％；
f＝1.1013-0.026X(SiO2)+0.1272X(Fe2O3+FeO)+0.074X(Al2O3)+0.0065γ
由于公式中筒压强度的数值由掺配组分的颗粒强度换算而成，且掺配组分的颗粒在烧结制成试验陶粒的过程中受到多种因素的影响，而公式仅考虑主要影响因素并通过大量的试验数据统计得到，通常误差率在15％以内均认为是正常的，因此，试验陶粒的筒压强度也符合该公式的要求；则认为步骤二中掺配的组分及含量为高强陶粒的配比。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、对赤泥和粉煤灰两种固体废弃物的化学成分进行分析检测；所述赤泥和粉煤灰来自于山东某铝厂；
所述赤泥的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 21.63％，Al2O3 18.77％，Fe2O327.90％，CaO和MgO总计1.49％，K2O和Na2O总计9.56％；从赤泥的化学成分可知，赤泥中所有组分均不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
所述粉煤灰的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 46.00％，Al2O3 34.15％，Fe2O34.92％，CaO和MgO总计4.76％，K2O和Na2O总计0.63％；从粉煤灰的化学成分可知，粉煤灰中的Al2O3含量偏高，K2O和Na2O总计含量偏低，均不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
步骤二、根据步骤一中得到的分析检测结果，选择掺加外加剂膨润土，经检测，膨润土的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 61.33％，Al2O3 12.14％，Fe2O3 2.04％，CaO和MgO总计6.65％，K2O和Na2O总计1.91％，采用掺入膨润土调节掺配按质量百分含量计为：赤泥30％，粉煤灰50％，膨润土20％，按照该掺配制备得到混合料，经计算，混合料中的化学成分为：SiO2 41.75％，Al2O3 25.13％，Fe2O3 11.23％，CaO和MgO总计4.15％，K2O和Na2O总计3.57％；
所述高强陶粒的化学成分要求按质量百分含量计为：SiO2 40％～65％，Al2O318％～28％，Fe2O3 6％～12％，CaO和MgO总计4％～6％，K2O和Na2O总计2％～5％
步骤三、将步骤二中得到的混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧，得到试验陶粒；
步骤四、对步骤三中得到的试验陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率进行检测，结果为：堆积密度756kg/m3，筒压强度8.15MPa，1h吸水率10％，满足高强陶粒的要求，同时，根据下列公式计算得到试验陶粒的铜压强度为9.39MPa，与检测结果的误差率为15％；
f＝1.1013-0.026X(SiO2)+0.1272X(Fe2O3+FeO)+0.074X(Al2O3)+0.0065γ
由于公式中筒压强度的数值由掺配组分的颗粒强度换算而成，且掺配组分的颗粒在烧结制成试验陶粒的过程中受到多种因素的影响，而公式仅考虑主要影响因素并通过大量的试验数据统计得到，通常误差率在15％以内均认为是正常的，因此，试验陶粒的筒压强度也符合该公式的要求；则认为步骤二中掺配的组分及含量为高强陶粒的配比。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、对花岗岩尾泥、工程渣土和粉煤灰三种固体废弃物的化学成分进行分析检测；所述花岗岩尾泥来自于湖北某地花岗岩装饰板材加工企业排放的尾泥，工程渣土和粉煤灰来均自于湖北某地；
所述花岗岩尾泥的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 72.29％，Al2O3 14.56％，Fe2O3 1.31％，CaO和MgO总计2.96％，K2O和Na2O总计5.42％；从花岗岩尾泥的化学成分可知，花岗岩尾泥中的组分含量不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
所述工程渣土的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 67.10％，Al2O3 11.65％，Fe2O3 4.68％，CaO和MgO总计2.69％，K2O和Na2O总计3.41％；从工程渣土的化学成分可知，工程渣土中的组分含量不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
所述粉煤灰的化学成分按质量百分含量计为：SiO2 46％，Al2O3 34.15％，Fe2O34.92％，CaO和MgO总计4.76％，K2O和Na2O总计0.63％；从粉煤灰的化学成分可知，粉煤灰中的组分含量不能满足高强陶粒对化学组分的要求；
步骤二、根据步骤一中得到的分析检测结果，选择采用掺加外加剂Fe2O3的方法调节掺配按质量百分含量计为：花岗岩尾泥48.10％，工程渣土24.04％，粉煤灰24.04％，Fe2O33.85％，按照该掺配制备得到混合料，经计算，混合料中的化学成分为：SiO2 64.42％，Al2O318.73％，Fe2O3 7.06％，CaO和MgO总计3.35％，K2O和Na2O总计3.72％；
所述高强陶粒的化学成分要求按质量百分含量计为：SiO2 40％～65％，Al2O318％～28％，Fe2O3 6％～12％，CaO和MgO总计4％～6％，K2O和Na2O总计2％～5％；
步骤三、将步骤二中得到的混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧，得到试验陶粒；
步骤四、对步骤三中得到的试验陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率进行检测，结果为：堆积密度751kg/m3，筒压强度7.20MPa，1h吸水率4.6％，满足高强陶粒的要求，同时，根据下列公式计算得到试验陶粒的铜压强度为6.59MPa，与检测结果的误差率为8.5％；
f＝1.1013-0.026X(SiO2)+0.1272X(Fe2O3+FeO)+0.074X(Al2O3)+0.0065γ
由于公式中筒压强度的数值由掺配组分的颗粒强度换算而成，且掺配组分的颗粒在烧结制成试验陶粒的过程中受到多种因素的影响，而公式仅考虑主要影响因素并通过大量的试验数据统计得到，通常误差率在15％以内均认为是正常的，因此，试验陶粒的筒压强度也符合该公式的要求；则认为步骤二中掺配的组分及含量为高强陶粒的配比。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对固体废弃物的化学成分进行分析检测；
步骤二、根据步骤一中得到的化学成分分析检测结果，选择一种以上的固体废弃物进行掺配，得到混合料，或者选择一种以上的固体废弃物与外加剂进行掺配，得到混合料；所述混合料中的化学成分满足高强陶粒的化学成分要求；
步骤三、将步骤二中得到的混合料依次经造粒成球、高温电炉焙烧，得到试验陶粒；
步骤四、对步骤三中得到的试验陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率进行检测，如果检测结果满足高强陶粒的要求，则认为步骤二中掺配的组分及含量为高强陶粒的配比，如果检测结果不满足高强陶粒的要求，则开始对步骤二中掺配的组分及含量进行调整，并依次重复步骤三中的造粒成球、高温电炉焙烧工艺和步骤四中的检测工艺，直至采用调整后的掺配得到的试验陶粒检测结果满足高强陶粒的要求，则认为调整后的掺配的组分及含量为高强陶粒的配比。
2.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤二中所述高强陶粒的化学成分要求按质量百分含量计为：SiO2 40％～65％，Al2O318％～28％，Fe2O3 6％～12％，CaO和MgO总计4％～6％，K2O和Na2O总计2％～5％。
3.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述高强陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率满足以下要求：(1)堆积密度大于500kg/m3且不超过600kg/m3属于600密度级，则筒压强度不小于4.0MPa，1h吸水率不超过10％；(2)堆积密度大于600kg/m3且不超过700kg/m3属于700密度级，则筒压强度不小于5.0MPa，1h吸水率不超过10％；(3)堆积密度大于700kg/m3且不超过800kg/m3属于800密度级，则筒压强度不小于6.0MPa，1h吸水率不超过10％；(4)堆积密度大于800kg/m3且不超过900kg/m3属于900密度级，则筒压强度不小于6.5MPa，1h吸水率不超过10％；(5)堆积密度属于500密度级即堆积密度大于400kg/m3且不超过500kg/m3、600密度级、800密度级或900密度级，且粉煤灰质量百分含量不小于65％的高强陶粒的1h吸水率不超过20％。
4.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述高强陶粒的堆积密度600kg/m3～900kg/m3，筒压强度4.0MPa～6.5MPa，1h吸水率不超过10％。
5.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中根据下式对掺配的组分及含量进行调整，直至采用调整后的掺配得到的试验陶粒检测结果满足高强陶粒的要求：
f＝1.1013-0.026X(SiO2)+0.1272X(Fe2O3+FeO)+0.074X(Al2O3)+0.0065γ
式中：f—试验陶粒的筒压强度，单位为MPa；
γ—试验陶粒的堆积密度，单位为kg/m3；
X(SiO2)—试验陶粒中SiO2的质量百分含量，单位为％；
X(Fe2O3+FeO)—试验陶粒中Fe2O3和FeO的总质量百分含量，单位为％；
X(Al2O3)—试验陶粒中Al2O3的质量百分含量，单位为％。
6.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中所述调整为调节固体废弃物与外加剂的配比或者重新选择外加剂种类。
7.根据权利要求1所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，步骤四中通过调节发气膨胀组分的含量调整步骤二中掺配的组分及含量。
8.根据权利要求7所述的一种利用固体废弃物制备高强陶粒的配比方法，其特征在于，所述发气膨胀组分为Fe2O3。
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