一种具有核壳结构的陶粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有核壳结构的陶粒及其制备方法，包括：以原料的总重量为100％计，粉煤灰39～89％，煤气化渣10～60％，助熔剂1～20％，辅助支撑剂0～20％，粘结剂0～3％；其中，煤气化渣的干基含碳量为10～45％，煤气化渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量不小于55％；在粉煤灰中，CaO、MgO、Na2O、K2O和Fe2O3的含量之和不大于40％，且Fe2O3的含量不小于5％。本发明专利技术的方法包括：(1)将煤气化渣、一部分的粉煤灰混合造粒后，得到陶粒核体；(2)向陶粒核体中继续加入助熔剂、剩余粉煤灰的混合物，造粒成型后得到生料球；(3)烘干生料球，并将烘干后的生料球进行煅烧、筛分后得到陶粒。本发明专利技术提供的以煤气化渣和粉煤灰为主要原料，制得具有较高的筒压强度和较低的吸水率的陶粒。具有较高的筒压强度和较低的吸水率的陶粒。具有较高的筒压强度和较低的吸水率的陶粒。

【技术实现步骤摘要】
一种具有核壳结构的陶粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种建筑材料，特别涉及作为建筑用的具有核壳结构的陶粒及制备方法。

技术介绍

[0002]我国固体废弃物年产量超100亿吨，其中工业废弃物约33亿吨，主要是煤基固体废弃物和矿产废弃物。在一些煤矿电厂集中区域，特别是西部煤电基地，每年都有大量固废堆积、填埋。仅以宁夏为例，煤基固废产生量>2000万吨/年，气化渣、粉煤灰、煤矸石大量堆积，几乎填埋灰库告急，处理费投入10～12亿/年，且环境污染严重。因此，气化渣、粉煤灰等煤基固废的综合利用有重要的环境和经济效益。
[0003]同时，随着丝绸之路经济带等的建设，海绵城市、装配式建筑的兴起，国家禁采砂石的政策影响，陶粒制品迅速发展起来。2017年，我国陶粒用量3000万方，市场潜力巨大。
[0004]目前，随着国家基础设施建设的不断深化，以及黏土禁采、砂石禁采等政策的不断出台，利用煤基固废制备陶粒的技术研究成为新的发展趋势。但是，对于具有单一结构陶粒而言，其密度与强度直接相关，密度与吸水率之间反比例关系明显，因此，在一定密度范围内，要获得吸水率低、强度高的陶粒非常困难，并且如何利用煤基固废之间的协同效果作为制备高强度、低吸水率的陶粒的方法还有待研究开发。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种以煤气化渣和粉煤灰为主要原料，制备得到具有核壳结构的陶粒，本专利技术提供的陶粒具有较高的筒压强度以及较低的吸水率。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种具有核壳结构的陶粒，所述陶粒由以下原料制备得到：以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰39～89％，煤气化渣(干基)10～60％，助熔剂1～20％，辅助支撑剂0～20％，粘结剂0～3％；
[0008]其中，所述煤气化渣的干基含碳量为10～45％，所述煤气化渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量不小于55％；
[0009]在所述粉煤灰中，CaO、MgO、Na2O、K2O和Fe2O3的占比之和不大于40％，且Fe2O3的含量不小于5％；
[0010]所述辅助支撑剂包括炉底渣、天然黄土、高岭土或膨润土的一种或多种，其中，本专利技术所述的黄土是指在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土。
[0011]在本专利技术提供的陶粒中含有0～20％的辅助支撑剂，0～3％粘结剂，当辅助支撑剂的含量为“0％”时表示该组成的原料中不含有该辅助支撑剂。
[0012]本专利技术中煤气化渣(干基)是指在在105
±
5℃条件下烘干至恒重的煤气化渣，煤气化渣的干基含碳量具体是指在105
±
5℃条件下烘干至恒重的煤气化渣中的碳的含量。
[0013]本专利技术以煤气化渣和粉煤灰为主要成分制备的陶粒，且以粉煤灰为整个体系支撑
和连接成分，在表层和核层中均采用粉煤灰作为主要成分，增强了壳层与表层之间的连接作用。
[0014]在本专利技术提供的一些具体实施方式的陶粒中，以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰40～75％，煤气化渣(干基)20～50％，助熔剂2～10％，辅助支撑剂10～19％，粘结剂1～2％。
[0015]本专利技术所使用的煤气化渣是煤气化过程中随合成气进入洗涤塔，并经气体洗涤出的固体；在一些优选的实施方式中，本专利技术的煤气化渣的干基含碳量为11～40％，比如，20％，25％，30％，35％；通过煤气化渣的干基中含碳并且可还原铁相而造孔，充分保证陶粒制品的密度，所述气化细渣干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量为60～80％，比如，65％，68％，70％，75％。
[0016]在本专利技术的一些具体实施方式中，所采用的粉煤灰中Fe2O3的含量为6～12％；在一些优选的实施方式中，粉煤灰在使用前进行人工破碎或破碎机破碎使其粒径在200μm以下，去除了粉煤灰中的大颗粒，提高了各混合物料之间的粘结力、混合物料之间的嵌挤力和内摩擦力，使得陶粒具有较高的粘结力，强度和稳定度；具体地，本专利技术中所用的粉煤灰可选自煤粉炉一级、二级、三级或以下的粉煤灰，也可以为煤粉炉粉煤灰和/或循环流化床粉煤灰，粉煤灰作为具有粘接作用的重要成分，能够保证陶粒的强度性能。
[0017]本专利技术所选用的助熔剂选自玻璃粉、钾长石或钠长石中的一种或几种；在一些优选的实施方式中，助熔剂中CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3的含量之和高于8％，比如，10％，15％，20％；氧化铝含量不大于40％，比如，30％，25％。
[0018]本专利技术所选用的粘结剂可以是聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、淀粉、羟丙基纤维素、淀粉醚或木质纤维中的一种或多种。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种上述的具有核壳结构的陶粒的制备方法，制备方法包含如下步骤：
[0020](1)将煤气化渣、一部分的粉煤灰、任选的辅助支撑剂混合造粒后，得到陶粒核体；
[0021](2)将助熔剂、剩余部分的粉煤灰、任选的辅助支撑剂和任选的粘结剂混合，得到表层物料；向所述陶粒核体中加入所述表层物料混合，造粒成型后得到生料球；
[0022](3)将所述生料球进行烘干，并将烘干后的生料球进行煅烧、筛分后得到所述具有核壳结构的陶粒。
[0023]在本专利技术中，粉煤灰为整个体系支撑和连接成分，在表层和核层中均采用粉煤灰作为主要成分，增强两层之间的连接作用。以制备陶粒的原料的总重量为100％计，步骤(2)中加入的粉煤灰占原料总量的10～30％，比如，15％，20％，25％；其余部分的粉煤灰在步骤(1)制备陶粒核体的过程中已经加入。
[0024]在本专利技术的制备方法还包括预处理步骤；在进行步骤(1)前，将所述煤气化渣进行预处理步骤，所述预处理包括将所述煤气化渣进行烘干处理，优选在100～110℃的温度条件下进行烘干处理，以减少混合物料中水分的引入，具体地可以烘干1～4h；并将烘干后的煤气化渣进行人工破碎或破碎机破碎使之成为细小颗粒后，通过筛网以筛去大颗粒，取筛下部分，优选筛网目数为100～300目，便于使之进入混合物料的孔隙之中，以改善各物料之前的界面性能，有效提高陶粒的力学性能。当制备过程中需要加入辅助支撑剂时，则预处理还包括将辅助支撑剂进行粉磨筛分，取200目以下的筛下物颗粒。
[0025]在一些具体的实施方式中，本专利技术步骤(1)和(2)中的造粒(造粒成型)可以在造粒机中进行，如本领域技术人员所熟知，造粒过程是通过向混合料中喷入适量的水，使得水与混合料聚集成团粒，达到所需的粒径后再经固化养护即可得到成型的球体。
[0026]在本专利技术制备方法的步骤(3)中，将烘干后的生料球置于匣钵中或马弗炉中，并以2～5℃/min的速率升温至700～900℃并保温0.5～1.5h，再以2～5℃/min的速率升温至1000～1150℃并保温0.5～3h进行煅烧，冷却至室温经筛分后得到所述具有核壳结构的陶粒。
[0027]采用上述的技术方案，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的陶粒，其特征在于，所述陶粒由以下原料制备得到：以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰39～89％，煤气化渣10～60％，助熔剂1～20％，辅助支撑剂0～20％，粘结剂0～3％；其中，所述煤气化渣的干基含碳量为10～45％，所述煤气化渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量不小于55％；在所述粉煤灰中，CaO、MgO、Na2O、K2O和Fe2O3的含量之和不大于40％，且Fe2O3的含量不小于5％；所述辅助支撑剂包括炉底渣、天然黄土、高岭土或膨润土的一种或多种。2.根据权利要求1所述的具有核壳结构的陶粒，其特征在于，以所述原料的总重量为100％计，粉煤灰40～75％，煤气化渣20～50％，助熔剂2～10％，辅助支撑剂10～19％，粘结剂1～2％。3.根据权利要求1或2所述的具有核壳结构的陶粒，其特征在于，所述煤气化渣的干基含碳量为11～40％，所述气化细渣的干基中除碳以外，SiO2与Al2O3的总量为60～80％。4.根据权利要求3所述的具有核壳结构的陶粒，其特征在于，所述粉煤灰中Fe2O3的含量为6～12％；优选地，所述粉煤灰的粒径为200μm以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的具有核壳结构的陶粒，其特征在于，所述助熔剂选自玻璃粉、钾长石或钠长石中的一种或几种；优选地，所述助熔剂中CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3的含量之和高于8％，氧化铝含量不大于40％。6.根据权利要求5所述的具有核壳结构的陶粒，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俏，董阳，梁文斌，卓锦德，巩思宇，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：