一种轻质高强陶粒及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质高强陶粒及其制备方法，该陶粒包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；其中铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰质量分数之和为100％；碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；且铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。本发明专利技术中的铁尾矿、粉煤灰与碱性激发剂、发泡剂混合后，在一定温度下经发泡剂一次发泡后，又充分利用铁尾矿粉中的Fe在高温条件下与碱性激发剂反应生成气体，使得生成的料球在熔融后继续膨胀发泡，提高了产品的孔隙率，达到了轻质的效果；同时生成的料球在高温烧结过程中生成更多的沸石，使得陶粒的强度也得以提升。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强陶粒及制备方法
本专利技术属于建筑节能材料和资源循环再利用领域，具体涉及一种轻质高强陶粒及其制备方法。
技术介绍
随着我国装配式技术的推广应用，高层建筑与大跨结构越来越普遍，工程界对混凝土性能的要求越来越苛刻。具有优良工作性能、高强度、轻质量、多功能的高性能轻集料混凝土，在装配式建筑、大跨度结构和高层建筑中有着良好的应用前景和巨大发展潜力。陶粒混凝土作为一种重要的轻集料混凝土，以其重量轻，相对强度较高，隔热保温性能好，抗冻性和耐火性好等综合优点，可广泛应用于轻质墙板的制造。预制轻质墙板围护结构市场将呈现出繁荣的发展态势，以陶粒为粗骨料的轻质墙板迎来了巨大的市场机遇。陶粒需求量将日益上升。随着陶粒产业的不断发展，生产规模不断扩大，生产陶粒传统原材料—黏土、页岩等天然资源需求量日益增加。伴随着我国新《土地法》和相关环保法规的实施，环境治理力度不断提升，开采天然资源及破坏耕地受到了严格监管，生产陶粒的原料主材主要为天然资源，因不能获取此类天然资源，大批依靠黏土、页岩等天然资源的陶粒生产企业被关闭。在这一背景下，寻找陶粒生产原料的替代品制备高品质陶粒制品，已刻不容缓。长期以来铁尾矿一般采用堆填、截沟筑坝集中处置等，不仅浪费资源，同时占用土地，工厂还支付土地征用费、运费和填埋费等，增加了钢铁的生产成本。而且填埋时，对土壤、水体及大气均有不同程度的污染，给人类的生存环境带来了严重危害。可见，加强对铁尾矿粉循环利用技术的研究已刻不容缓。实施铁尾矿的综合利用，从根本上解决潜在环保问题，是现如今经济发展、社会发展的必然选择。目前，现有技术通过将铁尾矿与铝矾土、膨润土、煤粉等混合制备陶粒，或将粉煤灰与铝矾土、膨润土、煤粉等进行混合制备陶粒，但这些方法制备的陶粒堆积密度大，难以达到轻质的效果；且现有的陶粒制备工艺烧结温度较高，能耗大。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种轻质高强陶粒及其制备方法，利用废弃铁尾矿作为主要原料，解决现有的陶粒堆积密度大、品质较低以及制备耗能大的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种轻质高强陶粒，包括粉煤灰和碱性激发剂，还包括铁尾矿粉、碱性激发剂和发泡剂；所述的铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；所述的碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；所述的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。具体的，所述的碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；所述的发泡剂为过硼酸钠或铝粉。具体的，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。具体的，所述的粉煤灰为发电厂在除尘设备中收集得到的粉煤灰或其他燃煤工艺排出的工业固体废弃物。本专利技术还公开了上述轻质高强陶粒的制备方法，包括将铁尾矿、粉煤灰与发泡剂按照权利要求1的质量分数混合，加入碱性激发剂进行发泡形成多孔地质聚合物；将多孔地质聚合物进行烧结，冷却后得到轻质高强陶粒。进一步的，轻质高强陶粒的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，将铁尾矿粉在750～780℃下焙烧20～30min后冷却至室温；步骤2，将经过步骤1处理后的铁尾矿粉、粉煤灰和发泡剂混合均匀，再加入碱性激发剂搅拌，得到混合料，将混合料在成球盘内成球；步骤3，将料球在105～150℃下发泡、固化6h，形成多孔地质聚合物；步骤4，将多孔地质聚合物在420～450℃下预热5～10min，再以10～15℃/min的速度升温至1135～1150℃，在1135～1150℃下焙烧15～20min后冷却，得到轻质高强陶粒。进一步的，步骤2中的铁尾矿粉与粉煤灰混合前进行研磨处理，使铁尾矿粉的粉体粒径为75μm以下，粉煤灰的粒径为30μm以下。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术中的铁尾矿、粉煤灰、发泡剂与碱性激发剂混合后，在一定温度下经发泡剂一次发泡后，又充分利用铁尾矿粉原料中的Fe在高温条件下与碱性激发剂反应生成气体，使得生成的料球在高温状态下熔融后继续膨胀发泡，提高了产品的孔隙率，达到了轻质的效果；同时生成的料球在高温烧结过程中生成更多的沸石，使得陶粒的强度也得以提升。本专利技术所制备的铁尾矿地质聚合物陶粒所得陶粒的堆积密度可达520～720Kg/m3，筒压强度为8.9～10.2MPa，吸水率为4.3～7.5％。(2)相对于传统的陶粒制备温度，本专利技术采用铁尾矿作为制备陶粒的主要原料，可以明显降低陶粒制备时的烧结温度，达到节能降低成本的效果。(3)一般的地质聚合物缩聚反应过程中，碱性激发剂几乎没有质量损失，当遇到潮湿环境，碱性物质易于渗出造成表面泛碱现象，影响地质聚合物材料的正常使用。而本专利技术中所形成的地质聚合物由于在高温烧结反应中铁与碱性激发剂发生高温反应，使得制备的陶粒不会产生泛碱现象。(4)本专利技术的铁尾矿原料在使用前经过了焙烧预处理，使的铁尾矿粉中Fe2+转化为Fe3+，铁尾矿粉体中的部分晶体转化为非晶体，提高了所制备的料球的塑形。以下结合具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式本专利技术通过将铁尾矿和粉煤灰等为固体原料烧结制备陶粒，在实验过程中发现铁尾矿粉、粉煤灰加水搅拌制备的料球塑性较差，料球在低温条件下发泡时会受胀破裂。为此，本专利技术对原始铁尾矿粉进行焙烧预处理后再与粉煤灰、碱激发剂等混合，在105℃～150℃下将料球发泡并产生缩聚反应形成地质聚合物胶凝材料，然后再高温烧结成为陶粒制品。本专利技术通过大量实验室试验证明本专利技术所采用化学成分的铁尾矿粉和粉煤灰替代生产原料主材如黏土、页岩等，是完全可行，并且所制备的陶粒轻质且具有较高的强度。所制备的陶粒制品，可广泛应用于建筑节能及建筑结构领域，不仅提高了铁尾矿循环利用产品的附加值，并且能为绿色建筑发展做出重要贡献。本专利技术的轻质高强陶粒包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；其中，铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％。本专利技术所用的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；发泡剂为过硼酸钠或铝粉。本专利技术所使用的铁尾矿粉为低硅高铁酸性铁尾矿粉，铁尾矿粉中，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。本专利技术使用的粉煤灰为发电厂在除尘设备中收集得到的粉煤灰或其他燃煤工艺排出的工业固体废弃物。本专利技术还公开了上述陶粒的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质高强陶粒，其特征在于，包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；所述的铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10％～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；所述的碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；所述的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强陶粒，其特征在于，包括铁尾矿粉、粉煤灰、碱性激发剂和发泡剂；所述的铁尾矿的质量分数为75％～90％，粉煤灰的质量分数为10％～25％，铁尾矿和粉煤灰的质量分数之和为100％；所述的碱性激发剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的10％～13％，发泡剂质量为铁尾矿和粉煤灰总质量的1％～5％；所述的铁尾矿粉为经过750～780℃下焙烧20～30min处理后的铁尾矿粉。2.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化钠与硅酸钠混合的混合物；所述的发泡剂为过硼酸钠或铝粉。3.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的铁尾矿粉中，Fe的质量分数为8％～15％，SiO2的质量分数为35％～45％，Al2O3的质量分数为9％～16％，MgO的质量分数为6％～9％，CaO的质量分数为8％～15％，TiO2的质量分数为2％～5％，Na2O与K2O总质量分数为2％～4％；其中在Fe中，Fe2+的质量分数为30％～40％。4.如权利要求1所述的轻质高强陶粒，其特征在于，所述的粉煤灰为发电厂在除尘设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓光，裴秀卫，屈雅安，谢诚，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61