本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)陶粒的制備工藝。

背景技術(shù)：

輕質(zhì)性是陶粒諸多優(yōu)良性能中最重要的一個(gè)特性，這一點(diǎn)使其能夠取代重質(zhì)砂石，獲得輕質(zhì)混凝土。陶粒外殼堅(jiān)硬，且其內(nèi)部征呈細(xì)密蜂窩狀微孔，具有封閉特征，有利于隔熱、隔聲，可以用于墻體保溫材料。陶粒的其它性能還包括：質(zhì)量輕、密度低、筒壓強(qiáng)度高、孔隙率高，軟化系數(shù)高、導(dǎo)熱性低、抗凍性良好、抗堿集料反應(yīng)、抗沖擊等。由于陶粒密度小、內(nèi)部多孔、形態(tài)和成分均一、具有一定強(qiáng)度和堅(jiān)固性、耐腐蝕、抗凍、抗震，因此廣泛應(yīng)用于建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、化工、石油等部門。在陶粒發(fā)明之初，其作為一種新型輕骨料建筑材料用于建材領(lǐng)域。以陶粒為原料制成的輕骨料混凝土空心砌塊、梁、板等已成為實(shí)心粘土磚的重要替代品，并發(fā)展成為一類新型墻體材料的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)陶粒性能的認(rèn)識(shí)更加深入，其應(yīng)用早已超過建材這一傳統(tǒng)范圍。目前，陶粒在建材方面的應(yīng)用已經(jīng)由100％下降到80％，在其他方面的應(yīng)用占20％，尤其是隨著城市建設(shè)的加快，陶粒在園藝、園林方面的應(yīng)用也走上了城市美化的舞臺(tái)。園藝陶粒仍有很大的發(fā)展空間，其需求也在逐年地增加，到2015年，我國(guó)陶粒在園藝、園林方面的應(yīng)用量將會(huì)達(dá)到總產(chǎn)量的10％左右，將成為陶粒主要用途之一。陶粒在園藝、園林方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：(1)在花卉無土栽培方面應(yīng)用。無土栽培是這幾年新興的花卉栽培技術(shù)，原來采用的基質(zhì)原料是珍珠巖、玻璃棉、鵝卵石等，近幾年，開始采用陶粒作為栽培基質(zhì)。這是因?yàn)樘樟Ｙ|(zhì)輕并有吸水性，還可以供應(yīng)一定的營(yíng)養(yǎng)，比其他基質(zhì)更有優(yōu)越性。在花盤里裝上陶粒就可以種花、種草，干凈整潔，可以反復(fù)清洗，沒有泥土的污染，因此更受人們的歡迎。(2)在樹池、花池、花壇、地面覆蓋裝飾方面的應(yīng)用。長(zhǎng)安街街兩邊樹池和花壇里都覆蓋著一層暗紅色的圓球，十分壯麗，這就是陶粒覆蓋層。它可以使大街顯得更漂亮，并可以防止樹池和花池被大風(fēng)揚(yáng)起塵土。有利于空氣的凈化，其他城市也開始用陶粒覆蓋樹池、花池、花壇和地面，其用量將會(huì)逐年增加。隨著陶粒新品質(zhì)、新用途的不斷開發(fā)，它在其他方面的比例將會(huì)逐漸增大。

許國(guó)仁等人(哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,39,557)在“污泥作為添加劑制備輕質(zhì)陶粒的實(shí)驗(yàn)研究”一文中污泥用量為100％(與粘土質(zhì)量比)、粘結(jié)劑添加量為20％(與粘土質(zhì)量比)、燒成溫度為950℃、保溫時(shí)間為20min，最終得到松散容重為519kg/m³、顆粒表觀密度為1110kg/m³、吸水率為19.6％、空隙率為53.2％的性能優(yōu)良的陶粒。劉屬興等人(中國(guó)陶瓷，2006,42,38)在“以紅粘土、粉煤灰、頁巖為主要原料研制多孔球形輕質(zhì)陶粒濾料”一文中，以紅粘土、粉煤灰、頁巖為主要原料，加入適當(dāng)?shù)幕ぴ?，研制出多孔球形輕質(zhì)陶粒濾料，該濾料強(qiáng)度好、孔隙率大、比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性好，且各項(xiàng)指標(biāo)均滿足gbt17431.2-2010標(biāo)準(zhǔn)。郗斐等(功能材料，2010，41，518)在“輕質(zhì)/超輕粉煤灰陶粒的研制及陶粒膨脹機(jī)理的探討和運(yùn)用”一文中，通過煤灰和粘土制備輕質(zhì)/超輕粉煤灰陶粒，并通過能量散射譜(exd)、差熱分析(dsc)、掃描電子顯微鏡(sem)及粉末x-射線衍射技術(shù)(xrd)分析和推理，最終得到燒制陶粒的骨架成分：成氣成分：助熔成分大約為78.5:4.0:16.5。此膨脹機(jī)理的物料比例可以用于指導(dǎo)實(shí)際陶粒工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)成分配比。楊麗炫等(中國(guó)專利，cn8106748，超輕陶粒及其配制方法)研制了一種用露天煤礦剝離物(黃、紅土和泥巖)，不用外加劑或選用硅藻土或粉煤灰、砂為外加劑，加入適量的水后成型，經(jīng)預(yù)熱后再經(jīng)高溫焙燒，冷卻即可制成松散容重為250～600kg/m³的超輕陶?；蛩缮⑷葜?00～600kg/m³的輕質(zhì)陶粒。

超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、超高的流變性能的現(xiàn)象。超塑性粘土一般指塑性指數(shù)大于50％的土壤，其具有較大的水化膨脹性(自由膨脹率達(dá)100％以上)，無縮頸、承載力小，不能直接用于地基或路基建設(shè)。超塑性粘土是一類熱帶常見的水化高膨脹性粘土，在世界各地多有分布，如：印度國(guó)土的26％都是此類土壤。非洲中、南部地區(qū)大部分都是這類超塑性土壤。在我國(guó)云南、四川、安徽、河南、廣西、貴州省等地也多有分布。超塑性粘土作為工程材料，如：路基、地基、壩梯、以及其他市政建設(shè)，則具有一定的局限性。原因是這類土壤的水化高膨脹性，即：這類土遇水體積能膨脹1.5-3倍，強(qiáng)度也降低至原來的10％。以路基為例，其自由膨脹率在150-300％之間，加州承載比降低至原土的10％-5％。因此，該土壤不能作為路基填料而直接使用。工程上采用最有效的處置方法挖土換填，獲取高強(qiáng)度的路基。地基挖掘法固然能實(shí)現(xiàn)建筑道路的需求，但被挖出的超塑性粘土量大，若得不到處理，存儲(chǔ)成本亦升高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)超塑性粘土在全球范圍內(nèi)大量存在的需求，提出利用超塑性粘土為主料，并以中非等地儲(chǔ)備豐富的天然泡沫玄武巖和普通煤粉為輔料，采用簡(jiǎn)單的成型-燒結(jié)工藝獲取輕質(zhì)陶粒的方法。

超塑性粘土表觀呈黑色或黑褐色，主要礦物為皂石、蒙脫石、伊-蒙混層礦物及蛭石等粘土礦物，且其膨脹性特別優(yōu)良，是燒制輕質(zhì)陶粒的上佳原料。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明利用超塑性粘土制備輕質(zhì)陶粒的工藝，包括如下步驟：

第一步、準(zhǔn)備階段：

依次用顎式破碎機(jī)和盤式粉磨機(jī)對(duì)超塑性粘土、天然泡沫玄武巖和煤塊分別進(jìn)行破碎、粉磨，然后過150目篩，分別獲得超塑性粘土粉末、玄武巖粉末和煤粉；

第二步、混料：

將超塑性粘土粉末、玄武巖粉末和煤粉按質(zhì)量比13:6:1混合均勻，然后加水并攪拌均勻，灰水比為2.2～2.4，獲得混合料；

第三步、造粒成型：

將混合料加入造粒機(jī)中造粒成型，獲得混合料顆粒；將所述混合料顆粒放入鼓風(fēng)干燥箱中，于105℃下烘干至恒重；

第四步、燒制陶粒：

將箱式電阻爐或回轉(zhuǎn)窯預(yù)燒至450℃，然后將烘干后混合料顆粒放入并在450℃保溫15min，完成后立即取出并在室溫下急冷，獲得一次燒結(jié)料；

再將箱式電阻爐或回轉(zhuǎn)窯預(yù)燒至1050℃，然后將一次燒結(jié)料放入并在1050℃保溫15min，完成后立即取出并在室溫下急冷，即獲得成品輕質(zhì)陶粒。

本發(fā)明所用超塑性性粘土具有普遍性，自由膨脹率在30-180％均可采用，包括：黑棉土，澳大利亞的“砂姜黑土(vertisol)”、“黑地土(darkearth)”及“gilaisoil”，南非的“黑色草生土(blackturfsoil)”，中非的“argilenoirestropicals”、“黑暗裂土(darkcrackingsoil)”，法國(guó)的“solsdepaluls”以及我國(guó)淮河流域的“砂礓黑土”、黃土高原的“黏化黑壚土”及西南地區(qū)的“積鈣紅粘土”等；

本發(fā)明所得成品輕質(zhì)陶粒的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)、堆積密度、表觀密度、孔隙率、筒壓強(qiáng)度和吸水率達(dá)到gbt17431.2-2010中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明以超塑性粘土為主要原料、以天然泡沫玄武巖等為輔料，燒制出符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的輕質(zhì)陶粒；由于許多發(fā)展中國(guó)家未來需要大量的市政建設(shè)，其被挖出的廢棄超塑性粘土數(shù)量較大，因此，本發(fā)明方法不僅減少了超塑性粘土的儲(chǔ)存成本，而且能獲得高附加值的輕質(zhì)陶粒，可用于世界各國(guó)的市政建設(shè)。

2、超塑性粘土分布廣泛、可就地取材，不僅可以減少原料運(yùn)輸帶來的困難，也降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3、本發(fā)明輕質(zhì)陶粒的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，便于機(jī)械化生產(chǎn)，所得合格產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、化工、石油等部門。

附圖說明

圖1為陶粒在燒制前、后的對(duì)比照片，其中(a)對(duì)應(yīng)燒制前、(b)對(duì)應(yīng)燒制后；

圖2為黑棉土、泡沫玄武巖及輕質(zhì)陶粒成品的xrd粉末衍射圖譜；

圖3為成品輕質(zhì)陶粒的sem照片。

具體實(shí)施方式

下面將給出實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做清晰的闡述說明。

下述實(shí)施例中所用超塑性粘土是來自肯尼亞內(nèi)羅畢的黑棉土，所用天然泡沫玄武巖來自非洲肯尼亞。

實(shí)施例1

本實(shí)施例按如下步驟制備輕質(zhì)陶粒：

第一步、準(zhǔn)備階段：

依次用顎式破碎機(jī)和盤式粉磨機(jī)對(duì)黑棉土、天然泡沫玄武巖和煤塊分別進(jìn)行破碎、粉磨，然后過150目篩，分別獲得黑棉土粉末、玄武巖粉末和煤粉；

第二步、混料：

將黑棉土粉末、玄武巖粉末和煤粉按質(zhì)量比10:7:3混合均勻，然后加水并攪拌均勻，灰水比為2.3左右，獲得混合料；

第三步、造粒成型：

將200.0g混合料加入造粒機(jī)中造粒成型，獲得直徑10mm左右的混合料顆粒；將混合料顆粒放入鼓風(fēng)干燥箱中，于105℃下烘干至恒重；

第四步、燒制陶粒：

將箱式電阻爐或回轉(zhuǎn)窯預(yù)燒至450℃，然后將烘干后混合料顆粒放入并在450℃保溫15min，完成后立即取出并在室溫下急冷，獲得一次燒結(jié)料；

再將箱式電阻爐預(yù)燒至1000℃，然后將一次燒結(jié)料放入并在1000℃保溫15min，完成后立即取出并在室溫下急冷，即獲得成品輕質(zhì)陶粒。

實(shí)施例2

本實(shí)施例按實(shí)施例1相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1025℃。

實(shí)施例3

本實(shí)施例按實(shí)施例1相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1050℃。

實(shí)施例4

本實(shí)施例按實(shí)施例1相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1060℃。

實(shí)施例5

本實(shí)施例按實(shí)施例1相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第二步中黑棉土粉末、玄武巖粉末和煤粉的質(zhì)量比為6:3:1。

實(shí)施例6

本實(shí)施例按實(shí)施例5相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1025℃。

實(shí)施例7

本實(shí)施例按實(shí)施例5相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1050℃。

實(shí)施例8

本實(shí)施例按實(shí)施例5相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1060℃。

實(shí)施例9

本實(shí)施例按實(shí)施例1相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第二步中黑棉土粉末、玄武巖粉末和煤粉的質(zhì)量比為13:6:1。

實(shí)施例10

本實(shí)施例按實(shí)施例9相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1025℃。

實(shí)施例11

本實(shí)施例按實(shí)施例9相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1050℃。

圖1為陶粒在燒制前、后的對(duì)比照片，其中(a)對(duì)應(yīng)燒制前、(b)對(duì)應(yīng)燒制后，可以看出燒制前后的體積變化；圖2為黑棉土、泡沫玄武巖及輕質(zhì)陶粒成品的xrd粉末衍射圖譜；圖3為成品輕質(zhì)陶粒的sem照片。

實(shí)施例12

本實(shí)施例按實(shí)施例9相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中二次燒結(jié)的溫度為1060℃。

實(shí)施例13

本實(shí)施例按實(shí)施例11相同的方法制備輕質(zhì)陶粒，區(qū)別僅在于第四步中所用設(shè)備為回轉(zhuǎn)窯。

經(jīng)過對(duì)比得出：

1、上述實(shí)施例中的三種配比只有13:6:1條件下的成型度最高，其余兩種在干燥或煅燒時(shí)均出現(xiàn)較大程度的開裂。因此本發(fā)明的最優(yōu)配比為13:6:1。

2、實(shí)施例9所得樣品表面呈紅色、內(nèi)部為黑色，整體密實(shí)，為燒結(jié)不完全。實(shí)施例10所得樣品比實(shí)施例9有所改善，但燒結(jié)仍不完全。實(shí)施例11樣品為整體膨脹性較好、表面為紅色、內(nèi)部孔徑均一、顏色均勻的合格樣品。實(shí)施例12樣品表面為紅色、內(nèi)部空隙較大且均勻分布，但強(qiáng)度較實(shí)施例11低，且由于過燒導(dǎo)致其樣品扁平、粘結(jié)。因此本發(fā)明的最優(yōu)溫度為1050℃。

3、本發(fā)明的陶粒由于孔徑較大且分布均勻，故其堆積密度與表觀密度均較小，根據(jù)gbt17431.2-2010及其相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得：本發(fā)明實(shí)施例11所得陶粒堆積密度為389.6kg/m³、表觀密度為700kg/m³、孔隙率為44.34％、吸水率為11.1％、筒壓強(qiáng)度為0.78mpa、粒型系數(shù)為1.044；本發(fā)明實(shí)施例13利用回轉(zhuǎn)窯制得的陶粒堆積密度為378.4kg/m³、表觀密度為692kg/m³、孔隙率為45.01％、吸水率為11.34％、筒壓強(qiáng)度為0.81mpa、粒型系數(shù)為1.091。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。