本发明涉及陶粒砂生产的技术领域，特别涉及一种利用煤矸石生产的陶粒砂及其加工工艺。
背景技术：
陶粒砂是利用各类粘土、板岩、页岩、煤矸石及工业固体废弃物等多种原料，经过陶瓷烧结而成。陶粒砂具有密度低、吸水率低、保温隔热性良好、抗冻性良好的优点。
现有的可参考申请公布号为cn109020607a的中国专利申请，其公开了一种除尘灰陶粒砂及其制备方法与应用，其中陶粒砂原料包括除尘灰、水泥、vae胶粉、硅灰，该除尘灰陶粒砂通过加水混合、造粒、焙烧得到晶相以莫来石为主的陶粒砂。
莫来石晶相是提高陶粒砂耐高温性能的重要组织结构，然而，上述陶粒砂的制备过程中，陶粒砂在焙烧的过程中，容易出现受热不均匀的现象，使得陶粒砂的内部无法形成莫来石晶相，或者形成的莫来石晶相无法均匀的分布在陶粒砂的内部，导致陶粒砂的耐高温性能较差。
技术实现要素：
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种利用煤矸石生产的陶粒砂，具有优异的耐高温性能。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石68-90份、莫来石6-15份、高岭土15-25份。
通过采用上述方案，将莫来石直接添加到原料中混合，使得莫来石能够更加均匀的分布在陶粒砂的内部，使得加工完成后的陶粒砂的内部能够均匀有莫来石晶相，提高了陶粒砂的耐高温性能。
而且，本发明的陶粒砂选用煤矸石、莫来石和高岭土三种作为制备原料，在满足需求的情况下，大大减少了陶粒砂原料的种类，简化了加工步骤，降低了生产成本，提高了企业利润。
本发明进一步设置为：按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石70份、莫来石10份、高岭土20份。
通过采用上述方案，本发明对陶粒砂的加工原料的配比进行了优化，以期进一步提高陶粒砂的性能。
本发明进一步设置为：所述煤矸石中氧化硅含量为50-70％，氧化铝含量为10-25％，氧化铁含量为1-5％，烧失量为4-15％。
通过采用上述方案，本发明中，煤矸石的占比最大，故煤矸石的理化性能对于陶粒砂的质量有重要影响，通过限定煤矸石的理化性能，能够更好的保证陶粒砂的质量。
本发明的目的二在于：提供一种上述利用煤矸石生产的陶粒砂的加工工艺，包括有以下制备步骤：
s1，分别对煤矸石、莫来石和高岭土进行破碎，备用，破碎依次包括粗破、细破、圆锥破；s2，按重量份数，将破碎后的煤矸石、莫来石和高岭土混合均匀，经球磨、选粉，得预混料；s3，预混料经造粒、干燥、筛分，得半成品；
s4，将半成品烧结，冷却后得陶粒砂。
本发明进一步设置为：步骤s3中，造粒时采用的水的总重量为预混料总重量的5-15％，取水的总重量为30％的水，于转速80-100r/min下，将该部分水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行5-10min；然后，于转速30-60r/min下，将剩余水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行10-30min；最后，于转速50-70r/min下，继续运行3-5min。
通过采用上述方案，将水雾化后和原料混合物进行混合，之后进行造粒，使陶粒砂的成型更均匀，有利于提高陶粒砂的圆整度和均匀性。
本发明进一步设置为：步骤s5中，烧结包括：预先于110-120℃下保温1-2h；再以1-3℃/min的升温速率升温至900-1000℃，保温1-2h；再以3-7℃/min的升温速率升温至1200-1300℃，保温1-2h，冷却降温、筛分，得陶粒砂。
通过采用上述方案，烧结时的升温速率、烧结温度、保温时间对陶粒砂的最终性能有至关重要的影响。本发明的烧结工艺采用三段烧结处理工艺：预先于110-120℃下保温1-2h，能够使得半成品颗粒内部的水分等排出，避免后续出现颗粒内部开裂现象；之后以适宜的低速升温至900-1000℃，保温1-2h，对半成品颗粒进行初步烧结，本成品颗粒的机体获得较大程度的收缩，致密性提高；然后，以适宜的高速升温至1200-1300℃，保温1-2h，颗粒的体积进一步收缩，致密性进一步提高，力学性能进一步增强。本发明通过上述适宜的烧结工艺，制得的陶粒砂具有表面致密，吸水率低的优点。
本发明进一步设置为：还包括有以下步骤：
s5，将步骤s4得到的陶粒砂于改性液中浸泡1-3h，取出烘干；所述改性液的制备包括：配制质量分数为0.5％的氟硅酸钠溶液，边搅拌边加入氢氧化钠溶液，至改性液的ph值为6，即得改性液；
s6，将步骤s5烘干后的陶粒砂于1000-1100℃下烧结2-3h，得最终的陶粒砂。
通过采用上述方案，本发明对陶粒砂的表面进行了改性处理，在其表面沉积二氧化硅颗粒，一方面，能够对陶粒砂表面的孔隙进行进一步的封闭，并由此进一步降低陶粒砂的吸水率；另一方面，能够进一步提高陶粒砂表面的耐热性；此外，还能起到联结陶粒砂表面的作用，由此提高陶粒砂的抗压强度。
本发明进一步设置为：步骤s6中，烧结温度为1050℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、将莫来石直接添加到原料中混合，使得莫来石能够更加均匀的分布在陶粒砂的内部，使得加工完成后的陶粒砂的内部能够均匀有莫来石晶相；
2、本发明的陶粒砂选用煤矸石、莫来石和高岭土三种作为制备原料，大大减少了陶粒砂原料的种类，简化了加工步骤，降低了生产成本，提高了企业利润；
3、本发明的烧结工艺采用三段烧结处理工艺，并严格限定烧结时的升温速率、烧结温度和保温时间，使得陶粒砂具有致密的表面，吸水率低；
4、本发明对陶粒砂的表面进行了改性处理，在其表面沉积二氧化硅颗粒，能够对陶粒砂表面的孔隙进行进一步的封闭，并由此进一步降低陶粒砂的吸水率，还能够进一步提高陶粒砂表面的耐热性和抗压强度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中采用的煤矸石的理化性质均为：氧化硅含量为50-70％，氧化铝含量为10-25％，氧化铁含量为1-5％，烧失量为4-15％。
实施例1
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，
按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石68份、莫来石6份、高岭土15份。
陶粒砂的加工工艺包括有以下制备步骤：
s1，分别对煤矸石、莫来石和高岭土进行破碎，备用，破碎依次包括粗破、细破、圆锥破；s2，按重量份数，将破碎后的煤矸石、莫来石和高岭土混合均匀，经球磨、选粉，得预混料；s3，预混料经造粒、干燥、筛分，得半成品；造粒时采用的水的总重量为预混料总重量的5％，取水的总重量为30％的水，于转速80r/min下，将该部分水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行5min；然后，于转速30r/min下，将剩余水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行10min；最后，于转速50r/min下，继续运行3min；
s4，将半成品烧结，冷却后得陶粒砂；烧结包括：预先于110℃下保温1-2h；再以1℃/min的升温速率升温至900℃，保温1h；再以3℃/min的升温速率升温至1200℃，保温1h，冷却降温、筛分，得陶粒砂，陶粒砂的粒径为3-5mm连续级。
实施例2
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，
按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石70份、莫来石10份、高岭土20份。
陶粒砂的加工工艺包括有以下制备步骤：
s1，分别对煤矸石、莫来石和高岭土进行破碎，备用，破碎依次包括粗破、细破、圆锥破；s2，按重量份数，将破碎后的煤矸石、莫来石和高岭土混合均匀，经球磨、选粉，得预混料；s3，预混料经造粒、干燥、筛分，得半成品；造粒时采用的水的总重量为预混料总重量的10％，取水的总重量为30％的水，于转速90r/min下，将该部分水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行7min；然后，于转速50r/min下，将剩余水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行20min；最后，于转速60r/min下，继续运行4min；
s4，将半成品烧结，冷却后得陶粒砂；烧结包括：预先于115℃下保温1.5h；再以2℃/min的升温速率升温至950℃，保温1.5h；再以5℃/min的升温速率升温至1250℃，保温1.5h，冷却降温、筛分，得陶粒砂，陶粒砂的粒径为3-5mm连续级。
实施例3
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，
按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石90份、莫来石15份、高岭土25份。
陶粒砂的加工工艺包括有以下制备步骤：
s1，分别对煤矸石、莫来石和高岭土进行破碎，备用，破碎依次包括粗破、细破、圆锥破；s2，按重量份数，将破碎后的煤矸石、莫来石和高岭土混合均匀，经球磨、选粉，得预混料；s3，预混料经造粒、干燥、筛分，得半成品；造粒时采用的水的总重量为预混料总重量的15％，取水的总重量为30％的水，于转速100r/min下，将该部分水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行10min；然后，于转速60r/min下，将剩余水雾化，并逐渐加入到预混料中，运行30min；最后，于转速70r/min下，继续运行5min；
s4，将半成品烧结，冷却后得陶粒砂；烧结包括：预先于120℃下保温2h；再以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h；再以7℃/min的升温速率升温至1300℃，保温2h，冷却降温、筛分，得陶粒砂，陶粒砂的粒径为3-5mm连续级。
实施例4
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石68份、莫来石6份、高岭土15份。
实施例5
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，按重量份数，陶粒砂的加工原料包括有以下组分：煤矸石90份、莫来石15份、高岭土25份。
实施例6
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，步骤s4中，烧结包括：预先于110℃下保温1-2h；再以1℃/min的升温速率升温至900℃，保温1h；再以3℃/min的升温速率升温至1200℃，保温1h，冷却降温、筛分，得陶粒砂，陶粒砂的粒径分布为2-4mm、3-5mm、4-7mm、7-14mm。
实施例7
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，步骤s4中，烧结包括：预先于120℃下保温2h；再以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h；再以7℃/min的升温速率升温至1300℃，保温2h，冷却降温、筛分，得陶粒砂，陶粒砂的粒径分布为2-4mm、3-5mm、4-7mm、7-14mm。
实施例8
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，陶粒砂的加工工艺还包括有以下步骤：
s5，将步骤s4得到的陶粒砂于改性液中浸泡1h，取出烘干；所述改性液的制备包括：配制质量分数为0.5％的氟硅酸钠溶液，边搅拌边加入氢氧化钠溶液，至改性液的ph值为6，即得改性液；
s6，将步骤s5烘干后的陶粒砂于1000℃下烧结2h，得最终的陶粒砂。
实施例9
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，陶粒砂的加工工艺还包括有以下步骤：
s5，将步骤s4得到的陶粒砂于改性液中浸泡2h，取出烘干；所述改性液的制备包括：配制质量分数为0.5％的氟硅酸钠溶液，边搅拌边加入氢氧化钠溶液，至改性液的ph值为6，即得改性液；
s6，将步骤s5烘干后的陶粒砂于1050℃下烧结2-3h，得最终的陶粒砂。
实施例10
一种利用煤矸石生产的陶粒砂，与实施例2的不同之处在于，陶粒砂的加工工艺还包括有以下步骤：
s5，将步骤s4得到的陶粒砂于改性液中浸泡3h，取出烘干；所述改性液的制备包括：配制质量分数为0.5％的氟硅酸钠溶液，边搅拌边加入氢氧化钠溶液，至改性液的ph值为6，即得改性液；
s6，将步骤s5烘干后的陶粒砂于1100℃下烧结3h，得最终的陶粒砂。
性能检测
对实施例1-7制备的陶粒砂进行理化性能检测，结果如表1所示。
表1陶粒砂的理化性能
根据表1可以看出，本发明加工获得的陶粒砂样品具有优异的耐高温性，这是因为，莫来石含有二氧化硅-氧化铝二元系，其具有优良的耐高温、导热系数小的特点，将将莫来石以适宜配比直接添加到陶粒砂的制备原料中，与煤矸石和高岭土之间具有协同作用，由此大大提高了陶粒砂的耐高温性。
根据表1还可以看出，本发明加工获得的陶粒砂样品具有较低的吸水率，说明本发明的陶粒砂具有更加致密的表面。
对比实施例2、4、5可以看出，煤矸石、莫来石和高岭土的配比对陶粒砂的耐火性能和吸水率具有重要影响，其中，实施例2中的上述三种原料的配比最佳。
对比实施例2、6、7可以看出，烧结工序对陶粒砂的耐高温性能和吸水率具有重要影响，这是因为，适宜的升温速率、烧结温度、保温时间能够使得陶粒砂颗粒在烧结过程中实现稳定的理化变化，促进煤矸石、莫来石和高岭土三种原料的融合，促进陶粒砂颗粒内部气体的排出，使得陶粒砂颗粒内部能够实现稳定的收缩。
对比实施例2、8-10可以看出，采用改性液对陶粒砂进行改性处理，能够有效提高陶粒砂的耐高温性能和抗压强度，这是由于在陶粒砂表面沉积了二氧化硅所致。
对比实施例2、8-10还可以看出，采用改性液对陶粒砂进行改性处理，能够有效降低陶粒砂的吸水率，这是因为，改性过程中，对陶粒砂的表面孔隙进行了进一步的封闭，进一步提高了陶粒砂表面的致密性，由此降低了陶粒砂的吸水率。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。