本发明属于混凝土材料用陶粒制备技术领域，特别是涉及一种利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的方法。
背景技术：
目前，混凝土材料作为结构材料，主要问题是密度过高，限制了混凝土材料应用范围的推广和建筑施工技术的发展更新，而混凝土材料的密度是由配制混凝土的各种原材料决定的。使用人工集料配制混凝土材料不但可以节约天然集料的用量，还可以降低混凝土材料的密度，从而降低建筑物整体的重量，使建筑物具有更多的使用功能。
在各种人工集料当中陶粒是很重要的一种人工集料材料，人工陶粒可以自由调节尺寸，部分或全部代替混凝土中的粗细集料，还可以通过不同的原材料来制备。目前，制备陶粒的原材料主要有粉煤灰、石膏、河道污泥等。大量利用陶粒代替天然集料不但可以有效降低混凝土材料的密度，还可以起到固体废料再利用的作用，解决城市升级改造过程中的建筑垃圾大量产生的环境问题。至今还无利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的关键技术和相关报道。
油页岩残渣是指油页岩资源提取过石油之后的产物，在油页岩残渣中含有大量的硫元素，对于环境污染极为严重，而且目前并没有有效的处理油页岩残渣的工艺方法，只能就近堆放处理。利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒，不但可以解决油页岩资源附近的环境问题，还可以大量消耗油页岩残渣，完善油页岩产业系统。充分利用其生产的固体废料，并推广到其它产业之中，解决城市固废再利用，发展绿色循环经济。节约河砂、山石等天然集料的用量，不对生态环境造成再次破坏。
当使用油页岩残渣制备的陶粒配制混凝土材料时，可以大幅度降低混凝土材料的重量，进而降低建筑物的整体重量。混凝土材料密度的降低可以扩展混凝土材料的应用范围，促进建筑施工技术的改进升级，优化建筑物的结构，节约施工过程中的材料成本。
当油页岩提取过石油之后形成油页岩残渣，这些油页岩残渣含有含量较高的硫元素含量，同时仍含有少量残留的油质物质，对于当地环境污染极为严重。目前，没有任何一种有效处理油页岩残渣的方式，只能就近堆放，不利于当地环境治理和产业升级，严重依赖资源。而且，没有深加工，附加值极低，严重浪费资源。值得注意的是，油页岩残渣资源不能应用到其它工业生产当中。
陶粒是混凝土配制过程中用量巨大的人工集料种类，根据陶粒的尺寸可以用作粗集料或细集料。目前，制备混凝土人工集料的原材料有粉煤灰、石膏材料、污泥等。这些原材料本身具有一定的水化硬化活性，可直接添加到其它种类建筑材料当中。用这些原材料制备混凝土材料用陶粒会增加混凝土材料的生产成本。同时，这些原材料的取得也会产生一定的费用，进一步增加施工成本。受制于原材料化学成分的限制，陶粒的化学成分不能调节。最后，使用这些原材料并不能解决城市发展过程中大量产生固废及建筑垃圾的问题。
现有的制备陶粒的原材料包括粉煤灰、石膏及各种污泥等，这些原材料的获得和使用会增加混凝土材料的生产成本。而且粉煤灰、石膏、污泥等原材料本身具有一定的水化硬化活性，除制备陶粒外还可以添加到其它建筑材料当中。所以，近些年来粉煤灰等原材料的价格水涨船高，增加了其制备陶粒的成本。而油页岩残渣是油页岩提取过石油之后的产物，目前并无有效处理方式，只能就近堆放，对环境污染严重，为非循环非绿色发展经济方式，严重依赖当地资源，产品附加值低下。但是，油页岩残渣中含有丰富的钙、硅、铝等活性物质，可以在适当条件下发生水化硬化反应。
技术实现要素：
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的方法，主要为了开发一种利用新的原材料制备人工集料的方法，能够有效的解决油页岩残渣的再利用及建筑材料化应用的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的方法，包括如下步骤：
第一步，先将提取过石油的油页岩残渣尽量破碎。室温条件下破碎，使其粒径多集中于75-150微米；
第二步，将破碎后的油页岩残渣颗粒加热并保温。加热至450-550℃，保温2小时；
第三步，根据化学成分要求，配制含有co32+根离子盐类物质的水溶液。如碳酸钠、碳酸钾等盐类水溶液；
第四步，用含有co32+根离子盐类物质的水溶液搅拌油页岩残渣颗粒并造粒。在净浆搅拌机中低速（55转/分钟）搅拌1小时，静置24小时，随后将浆体制成球状，完成造粒做业；
第五步，将造好粒的陶粒胚体置于烘干装置中烘干，蒸发掉水分。115℃烘干3小时；
第六步，将烘干后的陶粒胚体进行两步加热。首先，加热到500摄氏度附近并保温一段时间。随后，升温到1200摄氏度附近再保温一段时间（保温时间短于30分钟），完成陶粒烧制；
第七步，烧制过程完成的陶粒冷却。控制冷却速度，不宜冷却过快，分段冷却，避免造成陶粒表面开裂。于烧结温度快速降温至700℃，700-400℃缓慢降温，400℃之后快速降温至室温。
本发明的优点与效果为：
本发明充分利用油页岩产业生产出的大量油页岩残渣资源，将油页岩残渣资源化，解决由于油页岩残渣堆放而造成的环境污染问题。本发明利用油页岩残渣代替粉煤灰等材料制备陶粒，不但可以降低混凝土材料的密度，还可以充分利用油页岩残渣资源，完善油页岩产业系统。通过含有co32+根离子的水溶液可以调节陶粒的化学成分，根据需要生产出不同化学成分的陶粒。目前，大量在混凝土材料中使用的天然集料（河砂与山石）的密度在1.2-3.7t/m3范围内，而油页岩残渣制备的陶粒堆积密度仅为天然集料密度的三分之一甚至更低，显著降低了集料的密度，间接降低混凝土材料的密度。本发明的应用推广可进一步扩展建筑材料的来源，有利于拓展城市建筑废料的再利用的技术途径，还可以节约建筑产业发展过程中所需要的大量的河砂与山石，防止城市环境因为城市发展而遭到再次破坏。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步解释。
一种利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的方法，首先，要保证油页岩残渣被充分破碎，以增加油页岩残渣的比表面积。在破碎过程中促进油页岩残渣颗粒中元素扩散，缩短化学元素的扩散距离；第二，利用加热炉对破碎后的油页岩残渣颗粒进行加热并保温，促使油页岩残渣颗粒中残留的硫元素以含硫氧化物气体的形式排出。同时，油页岩残渣颗粒中可能还会残留部分油质，通过升温保温可以使这些残留的油质挥发；第三，配制含有co32+根离子盐类的水溶液，并用该水溶液与油页岩残渣颗粒充分混合与搅拌均匀，静置一段时间。保证每一个油页岩残渣颗粒都与co32+根离子盐类充分接触；第四，将湿润的油页岩残渣颗粒胚体进行造粒作业并烘干。蒸发掉水分，使co32+根离子盐类物质保留于油页岩残渣颗粒中；第五，将造粒后的油页岩残渣颗粒胚体加热到接近500摄氏度并保温一段时间。防止胚体在后续烧制过程中出现开裂现象；第六，将保温后的油页岩残渣颗粒胚体进行高温烧制陶粒过程。烧制温度接近1200摄氏度，保温时间接近20分钟。具体烧制温度及保温时间要根据原料的具体化学成分而具体制定。在烧制过程中，这些含有co32+离子盐类物质不但可以增加油页岩残渣颗粒中的活性物质含量，又可以在制备陶粒过程中生成气体，在陶粒内部形成气孔，达到降低陶粒密度的目的。同时，这些含有co32+离子盐类物质在分解之后的产物还会熔化，起到助溶剂的作用，提高陶粒的制备效率，降低陶粒的烧制温度。通过上述处理可以将油页岩残渣颗粒成功制备成硫元素含量较低的混凝土材料用陶粒。达到大量利用油页岩残渣资源、降低混凝土材料密度和施工成本、节约天然集料的目的，拓展混凝土材料用陶粒的制备原材料来源。
本发明利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒，并在制备过程中添加co32+根离子盐类物质。使用水溶液的方式将co32+根离子盐类物质添加到油页岩残渣颗粒之中，在陶粒烧制过程中分解产气。同时，分解后的分解产物可以降低陶粒的烧制温度。
本发明涉及的装置包括油页岩残渣破碎装置、油页岩残渣颗粒混合搅拌装置、油页岩残渣颗粒浆体烘干装置、陶粒高温烧制装置。利用加热保温的方式去掉硫元素，同时利用盐类物质水溶液将发泡物质添加到油页岩残渣颗粒当中。
实施例1
一种利用油页岩残渣制备混凝土材料用陶粒的方法，具体步骤如下：
第一步，取油页岩残渣100克进行破碎，使其粒径集中于75-150微米。配制碳酸钠水溶液，溶液的溶解度为2.4mol/l；第二步，将破碎后的油页岩残渣颗粒于550℃保温2小时，以减少油页岩残渣颗粒中的硫元素含量和油质物质；第三步，将加热保温后的油页岩残渣颗粒与碳酸钠溶液混合。利用净浆搅拌机低速搅拌，使得油页岩残渣颗粒与碳酸钠溶液充分接触混合。静置24小时，使油页岩残渣颗粒与碳酸钠溶液充分反应；第四步，将混合后浆体制成球状（造粒）并进行烘干，烘干温度115℃，时间3小时；第五步，造粒后的胚体进行陶粒烧制。烧制温度1200℃，时间20分钟；第六步，烧制后的陶粒降温。陶粒于1200℃快速降温到700℃。随后，缓慢降温至400℃，最后快速降温至室温。利用油页岩残渣制备的陶粒堆积密度较天然集料密度下降三分之二，甚至以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。