CN1151992C - 球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法 - Google Patents

球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，它是将物料经粉碎；筛分，细度为40-325目；混拌；掺入微粉重量的20-100%富硅材料和/或金属氧化物；预热；温度控制在400-700℃；膨胀；让珍珠岩微粉在800℃≤温度≤1300℃的若干个温度区的膨胀炉内膨胀，时间为5-20秒，出炉。膨胀后的颗粒表面呈连续平滑的球状体，球形率达80%，不易破碎，产品闭孔率高，可达95%，吸水率降至为38%。

Description

球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法
本发明涉及一种轻质绝热产品的制造方法，尤其涉及一种球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法。
历来的膨胀珍珠岩产品，基本生产工艺为矿石经粉碎、筛分、预热、膨胀，其膨胀温度为1400℃，筛分粒度为20-40目，这种多孔结构产品具有不规则的外形，表面具有许多孔缝、裂纹、凸凹等无连续的表面外部形状，内部亦呈孔隙特征。由于其多孔和吸水特性，它们在土壤改良，吸附材料，助滤材料等领域的应用中表现出独特的功能，在作为建筑绝热保温材料或复合材料的应用中，虽然其自身具有优良的保温绝热性能，但由于密度稳定性能差，不耐久，易碎和吸水率太大，往往会导致产品质量和寿命的严重下降；产生这种多孔或气孔开放型结构的原因在于生产中物料在预热阶段附着水分的去除量普遍偏低，或由于预热温度、预热时间与不同含水量的矿砂匹配不当，往往造成残余水量、特别是附着水含量过多；在这种情况下，矿砂在膨胀炉内瞬间受到1400℃左右的高温焙烧、水分急剧突破颗粒表面而被蒸发掉，从而在本来就不规则的颗料表面和内部形成多孔的管道缝隙和龟裂，由此形成了多孔结构的膨胀珍珠岩产品，测试表明，这种产品浸水120-150分钟后，吸水率可达300-800％，镜下观察其颗料无连续的表面，凹凹、棱角部分较多，呈极不规则的形状。这一特征同时也是导致产品易碎、密度稳定性能不佳的重要原因。
为了克服传统多孔结构珍珠岩的上述缺陷，人们进行了种种努力，添加憎水剂便是其中的一种方法，但是，在不规则的表面进行憎水处理只是权宜之计。换言之，憎水后在孔隙口部形成的膜层会随着混拌加工期间颗粒 自身的破碎而失去作用，实际上仍然是高吸水率，而且成本也随之增加；有人采用了水泥涂覆的办法以封闭多孔表面的孔缝，结果也不是很理想的，一是产量不高，二是容量增大；近年来，日本特开平9-183612公布了一种球状膨胀珍珠岩的制造方法，它是利用一种高熔点微粉与珍珠岩在炉内共同焙烧，该方法虽然有助于球状产品的形成，但是却增大了容重和成本。
本发明的目的是提供一种制造出密度稳定性能好、吸水率低、砂浆流动性优良且减少环境污染的球状闭孔膨胀珍珠岩的制造方法。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：
一种球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，包括下列步骤：
(一)粉碎，将物料-玻璃质岩石干燥后用粉碎机粉碎；
(二)筛分，经粉碎后的玻璃质岩石过筛，分离出40-325目的珍珠岩微粉；
(三)混拌，在珍珠岩微粉中掺入其重量的20-100％富硅材料和/或金属氧化物介质；
(四)预热，将珍珠岩微粉与介质材料的混合物在预热炉内进行预热，预热温度控制在400-700℃，预热后的珍珠岩微粉含水量≤2％；
(五)膨胀，让掺入介质材料的珍珠岩微粉进入有若干个温度区的膨胀炉内，其低温区控制为≥800℃，高温区控制为≤1300℃，膨胀时间维持在5-20秒后出炉；
(六)分离，膨胀珍珠岩与掺入介质分离。
玻璃质岩石粉碎粒度优选为60-200目。
金属氧化物为氧化锰、氧化铝、氧化铬、富硅材料为石英砂，其粒度小于珍珠岩微粉粒度。
预热时间控制在10-40分钟。
粉碎之前岩石最好进行干燥处理。
本发明工艺与产品的效果是：
膨胀后的颗粒表面呈连续平滑的球状体，球形率达80％，不易破碎，产品闭孔率高，可达95％，吸水率低，降至38％，原料利用率高，可利用传统工艺60目以下作为废料的微粉，砂浆流动性能增强，并减少了对环境的污染。
本发明在预热之前已将含硅丰富的材料或金属氧化物等与珍珠岩粉料相混合，预热阶段珍珠岩受热脱水的同时，也会受到上述材料的处理，凸凹不平处被进一步“削减”，经过10-35分钟的预热加工，珍珠岩颗粒进一步呈球状体。
膨胀温度及膨胀效果取决于矿产品的种类、粒度、预热条件等因素，对于自然含水率为4-6％(重量)的矿砂而言，残余水量控制在2％以下，膨胀温度一般为800-1300℃。因产地矿物化学成分不同，含水率各异，甚至是同一矿产地的不同矿点的原矿产品，其膨胀温度都有着显著差别，膨化率也各有不同，如有些矿砂可以在900℃左右的温度下充分膨胀，有些则在1300℃下也难以达到理想的膨胀或发泡效果。但是当控制了残余水份后各种珍珠岩矿产品均可以在本发明范围的温度下膨胀。
矿砂的粒度与膨胀温度有着直接的关系，一般说来，粒度较大的矿砂膨胀温度较高，如20-40目，而粒度为60目以下的则膨胀温度分布较低，甚至可以在1100℃以下温度膨胀，本发明工艺中最佳矿砂粒度为60-200目。
封闭孔结构产品的形成过程中，精确的温度控制与膨胀时间控制是最关键的因素，本发明利用几个不同的恒温区，物料渐进受热，而且受热均匀，矿砂中的残留水分释放也会相对缓慢，当炉内滞留时间控制得当时，物料不会产生急聚炸裂现象，从而形成了具有完整玻化外壳、内部基本为空心的闭孔结构。本发明工艺中，入炉矿砂在炉内的滞留时间为5-20秒， 温度变化的范围为800-1300℃，形成的闭孔产品率可达90％以上，在显微镜下观察，膨胀颗粒有着连续、平滑的表面，大部分基本为球形，经水浮选法测试，膨胀率达95％以上。
本发明工艺中，加入富硅材料或金属氧化物介质材料的目的在于提高膨胀产品的球形度和壁壳强度。入炉物料在渐进受热过程中，珍珠岩颗粒在微细介质材料的包围下得以均匀软化，壁壳不因软化不均而出现凸凹不平，从而使颗料保持了较圆的形状特征，同时，在介质材料的热保护作用下玻化的壁壳不断增厚，从而相对提高了膨胀颗粒的强度，物料出炉后，介质材料与膨胀品分离，并可重复投入使用。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的生产工艺流程图。
图2为实施例1样品的扫描电镜照片(放大340倍)。
图3为实施例2样品的扫描电镜照片(放大100倍)。
图4为比较例1样品的扫描电镜照片(放大240倍)。
图5为比较例2样品的扫描电镜照片(放大900倍)。
由图1可以看出，本发明的工艺流程为矿石经干燥、粉碎、筛分、混拌、预热、经进料器进料、在电膨胀炉内进行梯度加热膨胀、集料器集料、产品与介质材料分离即成品，在混拌中加入介质材料，梯度加热中通入空气。
实施例1：把珍珠岩原矿干燥粉碎过筛选取80-200目的粒料，掺入珍珠岩重量20％的硅灰和氧化铝混合物，预热温度控制为400℃，预热35分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为850℃，高温区温度为1300℃，混合物由 低温区到高温区时间控制在5秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。试验结果列于表1。显微镜下观察球状颗粒至少占80％。颗粒有着连续平滑的表面，无孔隙裂纹或明显的凸凹部，结构特征见图2。
实施例2：将珍珠岩原矿干燥粉碎，过筛取40-325目的粒料，具体操作步骤同实施例1，掺入珍珠岩重量60％的硅灰和氧化铬混合物，预热控制温度为500℃，预热25分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为800℃，高温区温度为1200℃，混合物由低温区到高温区时间控制在10秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。所得产品测试后的性能数据列于表1，结构特征见图3。
实施例3：将珍珠岩原矿干燥粉碎，过筛取40-325目的粒料，具体操作步骤同实施例1，掺入珍珠岩重量80％的硅灰和氧化铬混合物，预热控制温度为500℃，维持15分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为800℃，高温区温度为1150℃，混合物由低温区到高温区时间控制在15秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。
实施例4：将珍珠岩原矿干燥粉碎，过筛取60-200目的粒料，具体操作步骤同实施例1，掺入珍珠岩重量90％的硅灰和氧化锰混合物，预热控制温度为600℃，维持20分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为800℃，高温区温度为1150℃，混合物由低温区到高温区时间控制在20秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。
实施例5：将珍珠岩原矿干燥粉碎，过筛取40-325目的粒料，具体操作步骤同实施例1，掺入珍珠岩重量100％的硅灰和氧化铬混合物，予热控制温度为400℃，维持40分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为800℃，高温区温度为1100℃，混合物由低温区别高温区时间控制在15秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。
实施例6：将珍珠岩原矿干燥粉碎，过筛取40-325目的粒料，具体操作步骤同实施例1，掺入珍珠岩重量50％的硅灰和氧化铝混合物，予热控制温度为700℃，维持10分钟使矿砂的残余水量控制在2％以下，然后珍珠岩与介质材料的混合物进入电膨胀炉内，炉内低温区温度为800℃，高温区温度为1300℃，混合物由低温区到高温区时间控制在5秒钟，出炉产品用振动筛使介质材料与已膨胀的珍珠岩颗粒分离并进行测试。
比较例1  把珍珠岩原矿粉粉碎成40-60目的粒料，不预热，亦不作表面处理送入电膨胀炉内使经受1100-1300℃的高温，并在炉内滞留10秒钟，出炉后进行测试，结果列于表1，结构见图4，表1数据显示，该产品的球形率，闭孔率明显低于例1和例2，吸水率增加了1倍以上。
比较例2：取市售传统多孔膨胀珍珠岩进行球形率、闭孔率和吸水率测试，结果列于表1，显微结构见图5。从表1可以看出，传统膨胀珍珠岩的容重较低，但吸水率  却是本发明产品的4-5倍，且密度稳定性不佳，经试验，其砂浆流动性能差。
表1  球形闭孔膨胀珍珠岩与传统多孔膨涨珍珠岩性能对比
性能样品  矿砂粒度(月)   样品容重(kg/m3)   导热系数(w/mk)   球形化率(％)   闭孔率(％)     吸水率(％) 砂浆流动性能
实施例1  80-200   112   0.041   90   95     38 好
实施例2  40-325   140   0.046   80   92     57 好
实施例3  40-325   180   0.050   80   90     86 好
实施例4  60-200   135   0.041   85   90     80 好
实施例5  40-325   160   0.045   90   90     83 好
实施例6  40-325   180   0.042   90   80     137 较好
比较例1  40-60   100   0.048   ＜20   35     320 差
比较例2  20-40   80   0.051   0   0     460 差
*1浸水120分钟真空抽滤表面水分后的测试结果

Claims (4)

1、一种球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，包括下列步骤：
(一)粉碎，将物料-玻璃质岩石干燥后用粉碎机粉碎；
(二)筛分，经粉碎后的玻璃质岩石过筛，分离出40-325目的珍珠岩微粉；
(三)混拌，在珍珠岩微粉中掺入其重量的20-100％石英砂和/或金属氧化物，所述的金属氧化物为：氧化锰、氧化铝、氧化铬；石英砂、氧化锰、氧化铝、氧化铬粒度小于珍珠岩微粉粒度；
(四)予热，将珍珠岩微粉与介质材料的混合物在予热炉内进行预热，预热温度控制在400-700℃，预热后的珍珠岩微粉含水量≤2％；
(五)膨胀，让掺入介质材料的珍珠岩微粉进入有若干个温度区的膨胀炉内，其低温区控制为≥800℃，高温区控制为≤1300℃，膨胀时间维持在5-20秒后出炉；
(六)分离，膨胀珍珠岩与掺入介质分离。
2、根据权利要求1所述的球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，其特征在于：玻璃质岩石粉碎粒度为60-200目。
3、根据权利要求2所述的球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，其特征在于：预热时间控制在10-40分钟。
4、根据权利要求2所述的球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法，其特征在于：粉碎之前岩石进行干燥处理。
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