一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法。本发明专利技术的制备方法包括：将磷石膏胶凝材料粉和煤矸石经烘干、粉磨、过筛后混合均匀，边搅拌边加入蒸馏水，直至形成粘性泥团，得到含有球核的混合料；将混合料转入成球设备中，调整、配制水量进行成球，成球后进行筛分，获得湿生料球；将湿生料球依次进行陈化和干燥脱水，得到干生料球，将干生料球均匀铺放，自然养护，即得到成型的陶粒产品。本发明专利技术通过添加磷石膏基全固废胶凝材料、煤矸石协同营造了一个碱性水化环境，可促进矿粉、富硅材料和煤矸石发生火山灰反应，生成水化硅酸钙等凝胶物质，进而形成更为密实的结构，促进陶粒强度的增长，可获得性能良好的免烧陶瓷。可获得性能良好的免烧陶瓷。可获得性能良好的免烧陶瓷。

【技术实现步骤摘要】
一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，属于资源循环利用


技术介绍

[0002]磷石膏是磷酸工业生产制备磷肥过程中排放的固废，是一种黄白、灰白或黑灰色的细颗粒粉体，主要成分为二水石膏，同时还含有少量磷、氟等有害物质，综合利用率低，导致大量磷石膏露天堆存。据统计，我国每年产生近8000万吨磷石膏，全国磷石膏堆存量超6亿吨，大部分采用露天堆存的方式处理，未得到有效的资源化利用。磷石膏中富含二水石膏，具有一定的胶凝特性，可应用于水泥、建材等各领域，但由于其本身的颗粒粒度较细，而且其中含有可溶性磷、氟、有机物和重金属等杂质，给磷石膏综合利用带来了困难。
[0003]煤矸石是煤矿工业分离出来的固体废弃物。截至目前，我国已有1200多个县区出现了煤矸石大面积堆积的现象，未利用煤矸石超过70多亿吨，占地超过两万公顷。不仅污染周围土壤和地下水，而且严重破坏了环境和生态。我国大部分煤炭采集区的煤矸石通过简单的堆积，在煤炭采集区周边形成若干个大大小小的煤矸石山，常年的风化、氧化使得部分煤矸石自燃，给矿山的生产和安全带来了严重危害或隐患。煤矸石中含有SiO2、Al2O3和Fe2O3是一种潜在的火山灰材料，可作为建材进行利用，目前主要应用于制备烧结砖和生产水泥等，可消耗大量煤矸石，但能源利用率均不高，因普遍使用煅烧工艺，存在高能耗和高排放问题。因此，应努力探索其在各种土木工程应用中的安全处置和批量利用新途径。
[0004]目前已公开的专利及方法中陶粒制备工艺多采用水泥、石灰、石膏作为胶凝剂并进行煅烧，虽然能够达到一定的性能要求，但需消耗大量的胶凝剂和能源，经济性和环境性较差。同时制备的陶粒存在成型率低、裂纹较多、吸水率高、轻质和高强难以兼顾等问题，限制了其进一步应用。例如CN202110243048.5一种制备新型污泥陶粒的工艺，虽使用了市政污泥、工业污泥、建筑弃土等为原料，但仍采用煅烧工艺，烧制温度高达800～1150℃，能耗较高。CN 114751766 A利用固体废弃物烧制的轻质陶粒及其方法，使用了黄金尾矿和飞灰，烧制温度为1100～1200℃，高能耗，不利于大规模利用。CN 115073072 A一种利用铁尾矿和地铁渣土制作高强度免烧陶粒的方法，虽消耗了铁尾矿和地铁渣土并实现了免烧工艺，但仍使用水泥和石灰作为胶凝剂，提高了生产成本，不能实现全固废综合利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：针对现有技术中制备的陶粒存在成型率低、裂纹较多、吸水率高、轻质和高强难以兼顾等问题以及不能实现全固废综合利用的问题，本专利技术提出一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，不仅能够实现陶粒的免煅烧，降低能耗，提高生产效率，还能够降低陶粒生产的原料成本，同时实现了工业固废的资源化利用。该方法以煤矸石为主要原料，配以磷石膏作为粘结剂和胶凝剂，经混合、造粒、干燥等过程，使得制备的轻质陶粒具有优异的性能，且制备效率高、能耗低、成本低，实现磷石膏和煤矸石的全
资源化利用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：以磷石膏、矿粉、SiO2含量大于80wt％的富硅材料及碱激发材料为原料配制成磷石膏胶凝材料粉，将磷石膏胶凝材料粉和煤矸石经烘干粉磨后过筛，收集过筛粉末；
[0008]步骤2：将将步骤1过筛所得的20～30份磷石膏胶凝材料粉和70～80份煤矸石粉料混合均匀，边搅拌边加入蒸馏水，直至形成粘性泥团，得到含有球核的混合料；
[0009]步骤3：将步骤2所得混合料转入成球设备中，调整、配制水量进行成球，并对制成的料球进行筛分，选取直径在10～20mm的湿生料球；
[0010]步骤4:对步骤3所得到湿生料球依次进行陈化和干燥脱水，得到干生料球，将干生料球均匀铺放，自然养护，即得到成型的免烧陶粒产品。其中，陈化的目的是保证陶粒中的磷石膏胶凝材料与煤矸石充分水化形成粘结和强度较高的钙矾石和C
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S
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H(水化硅酸钙)结构增强陶粒强度，同时防止湿陶粒水分散失过快而大量开裂解体；自然养护步骤能够将磷石膏中磷、氟固化效果显著。
[0011]优选地，所述步骤1中的碱激发材料为钢渣，所述磷石膏中CaSO4含量大于70wt％，所述钢渣中CaO含量大于40wt％。
[0012]优选地，所述磷石膏、磨细矿粉、SiO2含量大于80wt％的富硅材料和钢渣的质量比为2.5～4.5:2.5:2:1；所述磷石膏胶凝材料粉的水灰比为0.3～0.8。
[0013]优选地，所述步骤1中粉磨的时间为20～40min；所述烘干的温度为100～110℃，时间为1～2h；所述过筛为过100～150目筛。
[0014]优选地，所述步骤3中料球的含水量为10～20wt％。
[0015]优选地，所述步骤5中干燥脱水的温度为70℃以下，时间为3～5h，温度和时间的控制可防止得到的干生料球中的水化产物钙矾石矿物分解。
[0016]优选地，所述步骤4中自然养护的时间为6～8天。
[0017]优选地，所述步骤4所得的免烧陶粒产品的筒压强度为1～6MPa，密度等级为800～1200kg/m3，1h吸水率小于10wt％。以上参数的测试方法满足标准GB/T17431.1
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2010《轻集料及其试验方法》。
[0018]本专利技术还提供了一种磷石膏胶凝材料粉，由质量比为2.5～4.5:2.5:2:1的磷石膏、磨细矿粉、SiO2含量大于80wt％的富硅材料和钢渣组成；所述磷石膏胶凝材料粉的水灰比为0.3～0.8。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019](1)传统陶粒强度主要由水泥等胶凝剂的水化和高温烧制提供，而本专利技术的陶粒强度由磷石膏的硫酸盐激发和煤矸石的火山灰反应共同提供，本专利技术通过添加磷石膏基全固废胶凝材料、煤矸石协同营造了一个碱性水化环境，可促进矿粉、富硅材料(SiO2含量大于80wt％)和煤矸石发生火山灰反应，生成水化硅酸钙等凝胶物质，进而形成更为密实的结构，促进陶粒强度的增长；
[0020](2)本专利技术使用磷石膏作为胶凝剂并掺加煤矸石制备陶粒不仅能够减少胶凝剂的使用，降低成本，还能够大量消耗磷石膏、煤矸石等固废，同时还可以将磷石膏中的有害物质进行固化；
[0021](3)本专利技术的制备方法所用原料均为固废，成本低、无任何添加剂、不需要高温烧
制，生成的陶粒可有效固化磷石膏中的磷、氟，对环境不会产生污染，且制作工艺简单，容易量产；此外，本专利技术的方法获得的陶粒，颗粒强度高且堆积密度低，在用作建筑骨料时，具有很高的市场推广价值。
附图说明
[0022]图1为本专利技术制备免烧陶粒的工艺流程图；
[0023]图2为本专利技术制备所得的免烧陶粒产品照片。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以磷石膏、矿粉、SiO2含量大于80wt％的富硅材料及碱激发材料为原料配制成磷石膏胶凝材料粉，将磷石膏胶凝材料粉和煤矸石经烘干粉磨后过筛，收集过筛粉末；步骤2：将步骤1过筛所得的20～30份磷石膏凝胶材料粉和70～80份煤矸石粉料混合均匀，边搅拌边加入蒸馏水，直至形成粘性泥团，得到含有球核的混合料；步骤3：将步骤2所得混合料转入成球设备中，调整、配制水量进行成球，并对制成的料球进行筛分，选取直径在10～20mm的湿生料球；步骤4:对步骤3所得到湿生料球依次进行陈化和干燥脱水，得到干生料球，将干生料球均匀铺放，自然养护，即得到成型的免烧陶粒产品。2.如权利要求1所述的利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，其特征在于，所述步骤1中的碱激发材料为钢渣，所述磷石膏中CaSO4含量大于70wt％，所述钢渣中CaO含量大于85wt％。3.如权利要求2所述的利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，其特征在于，所述磷石膏、磨细矿粉、SiO2含量大于80wt％的富硅材料和钢渣的质量比为2.5～4.5:2.5:2:1；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文静，谢洪璋，孙高格，肖宇，范日东，唐乾通，李清华，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：