本發(fā)明屬于建筑用輕集料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶粒是一種人造輕集料，具有低密度、隔熱性能好、筒壓強(qiáng)度高、抗凍性能好的、耐腐蝕等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建材、園藝、耐火保溫、化工、石油等領(lǐng)域。近年來，我國(guó)輕集料陶粒發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，但高強(qiáng)陶粒因其吸水率偏高，強(qiáng)度不穩(wěn)定等因素的影響，發(fā)展緩慢，應(yīng)用較少。
煤矸石是在開采和洗煤過程中排出的固體廢棄物，是碳質(zhì)、泥質(zhì)和砂質(zhì)頁(yè)巖的混合物，且具有一定的熱值。我國(guó)年排放量6億噸，成為我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石排放堆積不僅造成資源浪費(fèi)、占用土地，且存在一定的環(huán)境污染等隱患。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)煤矸石的利用率僅30％左右，主要用于發(fā)電，提取各種鋁制化合物，建筑用磚等方面，雖然這些應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了煤矸石的部分資源化利用，但是利用率低，甚至?xí)斐啥挝廴?。在利用煤矸石制備陶粒技術(shù)方面，許多研究者做了有益的工作，但未能實(shí)現(xiàn)以煤矸石作為燃料燒制陶粒，且陶粒的強(qiáng)度偏低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決煤矸石的資源化利用，以及陶粒強(qiáng)度不足的問題，提供一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒，具有密度低、強(qiáng)度高、吸水率低的優(yōu)點(diǎn)，可用于配置高性能輕集料混凝土。
本發(fā)明提供了一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒，包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料組分：煤矸石80～95％，長(zhǎng)石4.5～16％，石灰石0～5％，發(fā)泡劑0.1～0.5％。
進(jìn)一步的，上述煤矸石發(fā)熱量≥4.0MJ/kg。
進(jìn)一步的，上述發(fā)泡劑為碳化硅、硫酸鈣中的一種或幾種按任意配比混合的混合物。
另外，本發(fā)明還提供了上述以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括如下步驟：
1)原料的制備：按設(shè)計(jì)配比稱取各種原料組分，同時(shí)裝入球磨機(jī)粉磨、混合，得到混合粉料。
2)成球：將步驟1)得到的混合粉料均勻加入水后在成球機(jī)中成球，得料球。
3)表面包覆：將步驟2)中制得的料球表面包覆一層耐高溫粉料，得包覆球。
4)燒結(jié)、發(fā)泡：將步驟3)制得的包覆球送入燒結(jié)發(fā)泡爐內(nèi)，在爐內(nèi)經(jīng)烘干、預(yù)熱、煤矸石中的碳粉燃燒、高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡、冷卻過程，燒制得高強(qiáng)陶粒。
進(jìn)一步的，上述步驟1)中粉磨采用干法粉磨，粉磨至原料細(xì)度≤180目。
進(jìn)一步的，上述步驟2)中加入的水質(zhì)量為混合粉料質(zhì)量的12～18％。
進(jìn)一步的，上述步驟2)中制得的料球直徑為5～15mm。
進(jìn)一步的，上述步驟3)中耐高溫粉料為高嶺土或鋁礬土，該耐高溫粉料的厚度為0.2～0.5mm。
進(jìn)一步的，上述步驟4)中燒結(jié)發(fā)泡爐為立窯，包覆球從立窯的頂部加入，助燃風(fēng)從立窯的底部鼓入，包覆球入窯后自上而下移動(dòng)并與自下而上流動(dòng)的氣流進(jìn)行熱交換，首先完成烘干、預(yù)熱，溫度升至煤矸石中碳的著火點(diǎn)時(shí)，碳著火燃燒，為后續(xù)升溫及高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供熱量，發(fā)泡完成后，陶粒被迅速冷卻，并從窯的底部卸出，從而制成陶粒制品。
進(jìn)一步的，上述步驟4)中發(fā)泡溫度為1250～1320℃。
本發(fā)明在陶粒燒制過程中，煤矸石殘余碳粉燃燒后留下的空隙及發(fā)泡劑發(fā)泡產(chǎn)生的氣孔共同構(gòu)成陶粒的內(nèi)部孔洞，以閉氣孔為主，因此制得的陶粒具有密度低、強(qiáng)度高、吸水率低的特點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明提供的這種煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒以工業(yè)固體廢棄物煤矸石為主料原料，煤矸石的利用率在80％以上，開辟了一種煤矸石高效資源化利用的新途徑。
(2)本發(fā)明提供的這種煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒具有密度低、強(qiáng)度高、吸水率低的特點(diǎn)，其堆積密度為500～800kg/m3，筒壓強(qiáng)度為6～10MPa，吸水率為小于6％，是一種高強(qiáng)輕集料，可用于配置高性能輕集料混凝土。
(3)本發(fā)明提供的這種煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒的制備方法充分利用了煤矸石具的潛在熱量，為陶粒高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供全部熱量，無需另外補(bǔ)充燃料，大幅度降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例提供了一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒，包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料組分：煤矸石80％，長(zhǎng)石16％，石灰石3.9％，發(fā)泡劑0.1％；其中，煤矸石發(fā)熱量為5.0MJ/kg，發(fā)泡劑為碳化硅。
該以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括如下步驟：
1)按上述設(shè)計(jì)量稱量好各原料組分，將原料同時(shí)裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行干法粉磨，粉磨至細(xì)度≤180目，得到混合粉料。
2)將所得的混合粉料，通過圓盤成球機(jī)成球，成球過程中均勻加入12％的水作為粘結(jié)劑，制成直徑5～15mm的料球。
3)將所得料球，表面包覆一層厚度0.2～0.5mm的高嶺土表面包覆層。
4)將經(jīng)過表面包覆的料球，通過布料機(jī)煅燒爐立窯頂部均勻送入窯內(nèi)，與此同時(shí)，助燃風(fēng)從窯的底部鼓入，入窯后包覆的料球自上而下移動(dòng)并與自下而上流動(dòng)的氣流進(jìn)行熱交換，首先完成烘干、預(yù)熱，溫度升至煤矸石中碳的著火點(diǎn)時(shí)，碳著火燃燒，為后續(xù)升溫及高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供熱量，發(fā)泡溫度控制在1250～1290℃之間，發(fā)泡完成后，陶粒被迅速冷卻，并從窯的底部卸出，制得陶粒制品。
本實(shí)施例制得的高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)如表1所示；結(jié)果表明，該高強(qiáng)陶粒各主要指標(biāo)均超過GB/T17431.1-2010高強(qiáng)輕集料的標(biāo)準(zhǔn)，可用于配置高性能輕集料混凝土。
表1：高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)
實(shí)施例2：
本實(shí)施例提供了一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒，包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料組分：煤矸石95％，長(zhǎng)石4.5％，發(fā)泡劑0.5％；其中，煤矸石發(fā)熱量為4.0MJ/kg，發(fā)泡劑為碳化硅和硫酸鈣按質(zhì)量比1:1.5的混合物。
該以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括如下步驟：
1)按上述設(shè)計(jì)量稱量好各原料組分，將原料同時(shí)裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行干法粉磨，粉磨至細(xì)度≤180目，得到混合粉料。
2)將所得的混合粉料，通過圓盤成球機(jī)成球，成球過程中均勻加入18％的水作為粘結(jié)劑，制成直徑5～15mm的料球。
3)將所得料球，表面包覆一層厚度0.2～0.5mm的鋁礬土表面包覆層。
4)將經(jīng)過表面包覆的料球，通過布料機(jī)煅燒爐立窯頂部均勻送入窯內(nèi)，與此同時(shí)，助燃風(fēng)從窯的底部鼓入，入窯后包覆的料球自上而下移動(dòng)并與自下而上流動(dòng)的氣流進(jìn)行熱交換，首先完成烘干、預(yù)熱，溫度升至煤矸石中碳的著火點(diǎn)時(shí)，碳著火燃燒，為后續(xù)升溫及高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供熱量，發(fā)泡溫度控制在1280～1320℃之間，發(fā)泡完成后，陶粒被迅速冷卻，并從窯的底部卸出，制得陶粒制品。
本實(shí)施例制得的高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)如表2所示；結(jié)果表明，該高強(qiáng)陶粒各主要指標(biāo)均超過GB/T17431.1-2010高強(qiáng)輕集料的標(biāo)準(zhǔn)，可用于配置高性能輕集料混凝土。
表2：高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)
實(shí)施例3：
本實(shí)施例提供了一種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒，包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料組分：煤矸石84％，長(zhǎng)石10.8％，石灰石5％，發(fā)泡劑0.2％；其中，煤矸石發(fā)熱量為4.35MJ/kg，發(fā)泡劑為碳化硅。
該以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括如下步驟：
1)按上述設(shè)計(jì)量稱量好各原料組分，將原料同時(shí)裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行干法粉磨，粉磨至細(xì)度≤180目，得到混合粉料。
2)將所得的混合粉料，通過圓盤成球機(jī)成球，成球過程中均勻加入15％的水作為粘結(jié)劑，制成直徑5～15mm的料球。
3)將所得料球，表面包覆一層厚度0.2～0.5mm的高嶺土表面包覆層。
4)將經(jīng)過表面包覆的料球，通過布料機(jī)煅燒爐立窯頂部均勻送入窯內(nèi)，與此同時(shí)，助燃風(fēng)從窯的底部鼓入，入窯后包覆的料球自上而下移動(dòng)并與自下而上流動(dòng)的氣流進(jìn)行熱交換，首先完成烘干、預(yù)熱，溫度升至煤矸石中碳的著火點(diǎn)時(shí)，碳著火燃燒，為后續(xù)升溫及高溫?zé)Y(jié)、發(fā)泡過程提供熱量，發(fā)泡溫度控制在1265～1300℃之間，發(fā)泡完成后，陶粒被迅速冷卻，并從窯的底部卸出，制得陶粒制品。
本實(shí)施例制得的高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)如表3所示；結(jié)果表明，該高強(qiáng)陶粒各主要指標(biāo)均超過GB/T17431.1-2010高強(qiáng)輕集料的標(biāo)準(zhǔn)，可用于配置高性能輕集料混凝土。
表3：高強(qiáng)陶粒主要性能指標(biāo)
綜上所述，本發(fā)明提供的這種以煤矸石為原料和燃料的高強(qiáng)陶粒具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸水率低的特點(diǎn)，其堆積密度為500～800kg/m3，筒壓強(qiáng)度為6～10MPa，吸水率為小于6％，各主要指標(biāo)均超過GB/T17431.1-2010高強(qiáng)輕集料的標(biāo)準(zhǔn)，可用于配置高性能輕集料混凝土；而且在其制備方法中全部利用煤矸石中的殘余碳作為燃料，可大量消耗煤矸石，并充分利用了煤矸石的潛熱，從而大幅度降低生產(chǎn)成本。
以上例舉僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。