本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種以花崗巖石粉為主料，利用微波燒結(jié)法燒結(jié)高性能球形陶粒的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著大跨度、高層建筑的快速發(fā)展，高性能輕集料混凝土的研究越發(fā)引起關(guān)注與重視，同時(shí)給輕集料帶來(lái)了前所未有的市場(chǎng)前景。正是由于輕集料多孔、質(zhì)輕的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，賦予了輕集料混凝土輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱等一系列優(yōu)良特性。而陶粒因其自身的許多優(yōu)異性能，使其具有了其他材料不可替代的作用，在輕集料中脫穎而出，廣泛應(yīng)用于輕集料混凝土中。特別是輕質(zhì)性這一重要性能，是其能夠取代重質(zhì)砂石的主要原因。目前，我國(guó)生產(chǎn)陶粒主要是黏土和粉煤灰為原料，且采用的是傳統(tǒng)的高耗能、高污染的燃料型回轉(zhuǎn)窯，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。陶粒的生產(chǎn)原料和生產(chǎn)設(shè)備受到限制，成為高性能陶粒生產(chǎn)的瓶頸。
另一方面，隨著建筑石材加工行業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)已成為世界最大的石材生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，石材開(kāi)采、加工過(guò)程產(chǎn)生的廢棄石粉也日益增多、堆積成山，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)反向制約著石材業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)于廢棄石粉的綜合利用，國(guó)內(nèi)外已有不少研究，主要是用廢棄石粉制作陶瓷、板材、涂料以及石粉磚方面的研究（梁月清，讓廢棄石粉變?yōu)樾滦徒ú腫J].福建建材，2006(1):9-11.），而用其制作陶粒卻鮮有研究，尤其是花崗巖石粉利用率極低。用花崗巖石粉取代黏土、粉煤灰等生產(chǎn)高性能陶粒具有巨大的市場(chǎng)潛力，既實(shí)現(xiàn)了廢棄石粉的資源化利用，又促進(jìn)了高性能陶粒的生產(chǎn)。
微波加熱是從物料內(nèi)部各部分同時(shí)加熱，是一種內(nèi)加熱。微波燒結(jié)作為一種新型高效的燒結(jié)方式，具有清潔，高效、低能耗及加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)（Loupy A.Microwaves in Organic Sythesis. New York:John Wiley,2002,61-63），在陶瓷工業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，但在陶粒生產(chǎn)上才剛剛起步。2013年天津城建大學(xué)劉漢橋等以醫(yī)療垃圾焚燒灰飛為集料采用微波燒結(jié)技術(shù)，發(fā)明了“一種醫(yī)療垃圾焚燒灰飛微波燒制陶粒的方法（ZL 201310642646.5）”，2015年武漢理工大學(xué)蹇守衛(wèi)等以湖泊底泥和城市污泥采用微波燒結(jié)發(fā)明了“利用湖泊底泥和城市污泥微波燒結(jié)制備輕質(zhì)陶粒的方法（ZL 201510406696.2 ）”，加快了微波技術(shù)燒結(jié)陶粒的步伐。但目前以微波法燒結(jié)花崗巖石粉陶粒的研究，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上未曾見(jiàn)到。
利用微波燒結(jié)花崗巖石粉制備得到綠色、環(huán)保、節(jié)能的高性能陶粒，可廣泛應(yīng)用于輕骨料混凝土、自密實(shí)保溫混凝土等現(xiàn)澆和預(yù)制的構(gòu)件中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于微波法燒結(jié)花崗巖石粉提供一種高性能陶粒，其同時(shí)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、保溫隔熱、防水、耐火、抗震、抗凍和抗堿集料反應(yīng)等優(yōu)良性能，且其級(jí)配優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于輕骨料混凝土、自密實(shí)保溫混凝土等現(xiàn)澆和預(yù)制的構(gòu)件中。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種花崗巖石粉陶粒的微波燒結(jié)方法包括材料組份和制備工藝兩個(gè)方面：
高性能陶粒原材料組成即各組分用量按質(zhì)量百分比計(jì)為：花崗巖石粉60%~80%，赤泥10%~30%，海泥0%~29%，高碳煤渣0%~20%，微波感應(yīng)劑0.15%~0.3%；所述高碳煤渣中碳含量大于20wt%；所述微波感應(yīng)劑為納米級(jí)ZrO2。
其制備方法包括以下步驟：
1)采用水洗沉淀法，即用立軸攪拌機(jī)對(duì)含有雜質(zhì)的花崗巖石粉進(jìn)行攪拌沖洗，將沖洗出的石粉漿液排入沉淀池進(jìn)行沉淀，以除去花崗巖石粉中的雜質(zhì)，得到粒徑小于0.08mm的花崗巖石粉沉淀物；
2)將花崗巖石粉沉淀物、赤泥、海泥分別進(jìn)行脫水、晾曬、烘干處理；
3)將高碳煤渣在球磨機(jī)中研磨得到粒徑小于0.06mm的干粉；
4)將微波感應(yīng)劑與3）所得物在干混攪拌機(jī)中攪拌2~3min，使其攪拌均勻；
5)將經(jīng)2）處理的花崗巖石粉、赤泥、海泥分別加入至混料倉(cāng)內(nèi)與4）所得干粉混合并加水?dāng)嚢?0~15min，使其含水量控制在9~16wt%；
6)將5）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
7)將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以10℃/min～15℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至300℃~450℃，烘干20min~25min；再以20℃/min～30℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1050℃~1250℃，焙燒5min~40min；而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形高性能陶粒。
上述方案所述的原料為石材加工廠的花崗巖石粉、沿海區(qū)域的海泥以及鋁廠排出的赤泥，將采集到樣品進(jìn)行分離、烘干、破碎和均勻化處理，化學(xué)成分如表1所示。
表1原料的化學(xué)成分分析/wt%
研究表明，SiO2 與Al2O3 的含量是形成陶粒強(qiáng)度的主要因素，尤其是Al2O3 的含量對(duì)強(qiáng)度的影響。燒結(jié)陶粒的SiO2含量約為40%~60%，Al2O3約為15%~25%。生產(chǎn)高強(qiáng)陶粒時(shí)，Al2O3的含量可適當(dāng)提高3%~11%。本發(fā)明中僅采用花崗巖石粉制作陶粒時(shí)，由于花崗巖石粉中SiO2的含量極高，而Al2O3和Fe2O3的含量低，導(dǎo)致燒結(jié)溫度過(guò)高且成球困難，同時(shí)燒結(jié)出陶粒的筒壓強(qiáng)度較低。而赤泥中SiO2的含量較低，Al2O3 的含量極高。為降低燒結(jié)溫度，改善成球環(huán)境，增加陶粒的筒壓強(qiáng)度，摻入了適量的赤泥，通過(guò)合理的配比對(duì)SiO2 與Al2O3、Fe2O3等的含量進(jìn)行調(diào)整。
花崗巖石粉陶粒的生產(chǎn)條件雖因摻入赤泥得到了改善，但混合料的塑性并未得到很大的提高，同時(shí)對(duì)微波的感應(yīng)不明顯。為進(jìn)一步優(yōu)化配比，摻入了適量的海泥和微波感應(yīng)劑，充分利用了海泥的塑性以及其高含量的NaCl（1.06%）等在微波加熱電磁場(chǎng)作用下分解出的大量帶電荷的偶極子極性基團(tuán)所產(chǎn)生的微波熱效應(yīng)，結(jié)合微波感應(yīng)劑的作用，有效降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)速度，并改善了成球條件。
本發(fā)明中摻入的高碳煤渣（碳含量大于20wt%）為加氣混凝土廠造氣爐排出的廢渣，目的在于利用其中煤炭的自燃進(jìn)一步降低燒結(jié)能耗，同時(shí)適當(dāng)減輕燒結(jié)陶粒的表觀密度，彌補(bǔ)了因花崗巖石粉混合料發(fā)泡率低的缺陷。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為430~1200kg/m3，表觀密度為850~1700kg/m3，吸水率為5%~19%，筒壓強(qiáng)度3.5MPa~9.5 MPa。
上述燒結(jié)陶粒技術(shù)具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。首先，采用的原料為石材加工廠所產(chǎn)生的廢棄花崗巖石粉、海洋清淤和地鐵施工所產(chǎn)生的海洋污泥以及鋁廠排出的工業(yè)固體廢物赤泥等，廢棄物利用率達(dá)到95%以上，具有良好的社會(huì)效益。其次，采用微波燒結(jié)方法，燒結(jié)效率高，且可節(jié)省燒結(jié)能耗20%~30%，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明所述內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不僅限于此。
實(shí)施例1
1)用水洗沉淀法除去花崗巖石粉中的雜質(zhì)得到粒徑小于0.08mm的花崗巖石粉沉淀物；
2)將花崗巖石粉沉淀物、赤泥分別進(jìn)行脫水、晾曬、烘干處理；
3)將75重量份的花崗巖石粉與25重量份的赤泥加入至混料倉(cāng)內(nèi)加水并攪拌12min，使其含水量控制在11wt%；
4)將3）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
5)將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以10℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至300℃，烘干20min；再以20℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1050℃，焙燒5min；而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形陶粒。
通過(guò)上述方案制出的陶粒，堆積密度為680kg/m3，表觀密度為1120kg/m3，吸水率為11%，筒壓強(qiáng)度4.7 MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較低，可用于非承重型混凝土中。
實(shí)施例2
1)用水洗沉淀法除去花崗巖石粉中的雜質(zhì)達(dá)到粒徑小于0.08mm的花崗巖石粉沉淀物；
2)將花崗巖石粉沉淀物、赤泥、海泥分別進(jìn)行脫水、晾曬、烘干處理；
3)將10重量份的海泥與0.2重量份的微波感應(yīng)劑在干混攪拌機(jī)中攪拌3min，使其攪拌均勻；
4)將經(jīng)2）處理的64.8重量份的花崗巖石粉、25重量份的赤泥和與3）所得料加入至混料倉(cāng)內(nèi)加水并攪拌12min，使其含水量控制在11wt%；
5)將4）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
6)將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以12℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至400℃，烘干22min；再以25℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1150℃，焙燒25min；而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的高性能球形陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為620kg/m3，表觀密度為980kg/m3，吸水率為10.5%，筒壓強(qiáng)度6.5MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較高，可用于承重型保溫混凝土中。
實(shí)施例3
1)用水洗沉淀法除去花崗巖石粉中的雜質(zhì)達(dá)到粒徑小于0.08mm的花崗巖石粉沉淀物；
2)將花崗巖石粉沉淀物、赤泥、海泥分別進(jìn)行脫水、晾曬、烘干處理；
3)將高碳煤渣在球磨機(jī)中研磨得到粒徑小于0.06mm的干粉；
4)將0.2重量份的微波感應(yīng)劑以及經(jīng)3）處理的9.8重量份的高碳煤渣在干混攪拌機(jī)中攪拌3min，使其攪拌均勻；
5)將經(jīng)2）處理的60重量份的花崗巖石粉、15重量份的赤泥和15重量份的海泥與4）所得干粉加入至混料倉(cāng)內(nèi)加水?dāng)嚢?5min，使其含水量控制在16wt%；
6)將5）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
7)將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以15℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至450℃，烘干25min；再以30℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1250℃，焙燒40min；而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為580kg/m3，表觀密度為850kg/m3，吸水率為9.8%，筒壓強(qiáng)度7.0MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較高，且密度小，可用于高強(qiáng)承重型保溫混凝土中。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。