一种免烧陶粒及其制备方法

1.本发明属于固体废弃物利用领域，具体涉及一种免烧陶粒及其制备方法。


背景技术：

2.赤泥是利用铝土矿提炼铝的过程中产生的主要固体废弃物之一。生产一吨氧化铝大约产生1-1.5吨赤泥。现行业内大多数采用拜耳法生产氧化铝，拜耳法工艺不经过高温煅烧，这导致拜耳法赤泥的碱度更高，重金属含量更多，这种生产过程中产生的赤泥的利用非常低，仅为3.5％左右。因此，急需对赤泥进行绿色开发利用以减少赤泥堆积的数量，减少赤泥堆积对土壤和地下水的污染，释放土地供其他用途。
3.在黄金提炼过程中，会产生大量的黄金尾矿，随着对黄金矿的开发量日益增加，随之带来的副产品黄金尾矿的产量也急剧增加。黄金尾矿中的有害物质会侵入到土壤中改变土壤的ph值，使植物生长的环境遭到破坏，造成植被死亡，最终有害物质会渗透到地下污染地下水。
4.目前已公开的专利中，针对赤泥和黄金尾矿作为建筑材料的利用有如下一些：
①
利用赤泥和建筑废料或粘土或污泥或煤矸石混合在一起，通过高温烧制出陶粒。(cn 109665813 a)；
②
在硫铝酸盐水泥中掺入赤泥和黄金尾矿砂作为骨料来制备制备室外彩砖，(cn 113480278 a)；
③
以钢渣和赤泥为主材料，用碳和二氧化硅为还原剂，同时与煤矸石、碳化稻壳混合后加热至1000℃以上制备陶粒砂(cn 11850214 a)。
④
以粉煤灰、赤泥、铁尾矿和电石渣为主材料，采用高温蒸汽养护的方法制备免烧陶粒(cn 113912376 a)。
5.上述回收利用赤泥和黄金尾矿的方法技术均是从烧制产品的角度来利用固废的，烧结成型需要经过1000℃以上的焙烧，这个过程会消耗大量的化石能源，产生大量含硫，含碳的有害气体，对空气质量和环境造成严重的污染。


技术实现要素：

6.针对现有技术中无法采用绿色环保的方式对赤泥和黄金尾矿粉进行再利用的问题，本发明提供一种绿色环保地对赤泥和黄金尾矿粉进行再利用的方法。
7.本发明所述的方法为将所述赤泥和黄金尾矿粉制备为免烧陶粒，所述陶粒的结构包括：核心和包裹于所述核心外表面的陶粒外壁；
8.所述陶粒外壁由ph＞9的废弃矿料10～30份、黄金尾矿20～50份和矿粉30～50份制备得到；
9.所述ph＞9的废弃矿料为赤泥、铁尾矿粉、电石渣和锂渣中的一种或几种。
10.ph＞9的废弃矿与原材料混合后破坏了矿粉和黄金尾矿中的铝硅酸盐的结构，降低了al-o和si-o的结合能，使得原料中的al2o3和sio2的活性得到提高，同时由于碱的存在，使得矿粉中的活性玻璃体被溶蚀释放出大量的活性硅铝酸盐，然后这些物质发生聚合反应，最终生成的地聚合物产物通常由非晶态的水化硅铝酸钙(c-a-s-h)组成。而水化硅铝酸钙就是能形成陶粒关键，同时也是后期提供强度的关键。锂渣的化学组成与赤泥相似，都含
有50％以上的sio2和20％以上的al2o3。是可以作为赤泥的代替品的，掺入量是保持与赤泥一致。电石渣和钢渣的主要成分都是cao，用钢渣和电石渣时两种固废遇水后会产生ca(oh)2，氢氧化钙会激发矿粉中活性玻璃体产生水化硅酸钙，进而产生强度。掺入量可与赤泥保持一致。
11.优选的，制备所述陶粒外壁的材料还包括脱硫石膏3～8份。脱硫石膏中含有硫酸根离子，可以与铝酸根离子、氢氧根离子、离子和水反应生成钙钒石，便于提供早期的强度。
12.优选的，所述核心的直径为0.5-30mm；
13.优选的，所述陶粒直径为1～31.5mm；
14.进一步优选的，所述核心的直径为2～5mm；所述陶粒的直径为7～15mm。
15.优选的，所述核心由聚丙乙烯泡沫颗粒、废塑料或废旧橡胶轮胎制备得到。
16.进一步优选的，所述核心为聚丙乙烯泡沫颗粒。聚丙乙烯泡沫颗粒质量轻，密度小，化学性质较为稳定。有利于运输、破碎和储藏。
17.优选的，所述赤泥为拜耳法赤泥；拜耳法赤泥中氧化铝的含量一般在20％左右，氧化铝的含量越大，能为反应提供的活性al2o3越多，反应速度会加快，反应水化产物也会增多，陶粒的强度会得以提高。
18.优选的，所述黄金尾矿sio2的含量大于40％。
19.优选的，所述矿粉为活性指数大于95％的矿粉，活性指数大于95％的矿粉中含有的活性玻璃体成分会多，反应速度会加快，反应水化产物也会增多，陶粒的强度会得以提高。
20.本发明还保护本发明所述免烧陶粒的制备方法，包括如下步骤：
21.1)将制备所述陶粒外壁的原料混合均匀，得混合料，将所述核心的表面润湿后放入混合料中，混合使所述核心的表面裹满所述混合料，静置，至表面微硬；
22.2)将表面微硬后的颗粒取出再次放入制备所述陶粒外壁的原料中，一边旋转一边加水，至形成陶粒外壁结构。
23.优选的，所述步骤1)中静置的时间为20～30h。前期的静置是陶粒成型的关键步骤，通过该操作可在核心表面形成硬壳，有利于后期陶粒结构地继续成型，若此处不进行静置或静置不够充分，则很难形成稳定地陶粒结构。
24.优选的，所述步骤2)中制备陶粒外壁的操作在圆盘式造粒机中进行，所述造粒机的倾角为40～50
°
转速为50～70r/min；
25.优选的，所述步骤2)中总加水量为制备所述陶粒外壁的原料总质量的20～25％。
26.优选的，所述ph＞9的废弃矿料、黄金尾矿、矿粉和脱硫石膏的粒径均小于200目。
27.优选的，所述步骤2)完成后还包括对陶粒养护，等待陶粒上强度的操作。
28.作为优选的操作方式，可采用覆膜自然养护、蒸汽养护、加压蒸汽养护等养护方法代替，也可以采用水养、标准养护室养护。
29.本发明还保护本发明所述的免烧陶粒在建筑材料中的应用。
30.本发明所述份均为重量份，其单位为kg，g等标准单位。
31.本发明具有如下有益效果：
32.1)本发明的述的赤泥为制铝工业的固体废弃物，黄金尾矿为黄金行业的固体废弃物，聚丙乙烯泡沫颗粒废旧建筑保温板等行业的固废，本发明将上述几种材料混合后，采用
免烧结的工艺制备陶粒，既可变废为宝解决固废堆积的问题，而且由于生产工艺环保，全程不需要加热，节约能源，可减少含碳硫的氧化物排放，不会对环境造成二次污染。
33.2)本发明所述方法制备的免烧结陶粒性能优异，可以与现有的陶粒制备等工艺相结合，适用于大、中、小粒径的陶粒和陶砂的制备。
34.3)本发明所述的陶粒在制备的过程中完全添加剂种类少、工艺简单、成本低，有利于进行大规模地推广应用。
附图说明
35.图1为按照本发明制备固废免烧陶粒的流程图。
36.图2为按照本发明制备固废免烧陶粒核心的照片
37.图3为按照本发明制备出的固废免烧陶粒的照片；
38.图4为按照本发明制备出的固废免烧陶粒的剖面照片。
具体实施方式
39.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.根据具体实施方式，本发明所述的陶粒由如下方法制备得到(其流程图如图1)：
41.(1)把赤泥、黄金尾矿原料放入105℃烘箱中烘干至恒重；
42.(2)烘干后的赤泥和黄金尾矿按照比例与矿粉混合后放入球磨机中磨30分钟；球磨后的混合材料要求过200目方孔筛。
43.(3)把废保温板进行破碎成球，筛选直径为5mm以下的颗粒，大于5mm的颗粒继续破碎；
44.(4)把步骤(3)中筛选出的颗粒进行湿润，然后与步骤(2)中粉磨好的原料加矿粉和脱硫石膏后混合搅拌，使聚苯颗粒表面裹上一层外壳，如图2所示然后放置20h以上，待表面微硬，作为造陶粒的核使用；
45.(5)取步骤(4)中硬化后的核与步骤(2)中粉磨好的原料与矿粉和脱硫石膏混合后放入圆盘式(造粒机造粒机的倾角为45
°
，转速为60转/分钟)
46.中启动机器，然后一边转动一边加水，通过重力作用使核滚上一层层原料滚动成球，再分批加入剩余粉状混合物，直至达到要求的直径范围6～31.5mm，得到陶粒；
47.(6)将步骤(5)中得到的陶粒放在室内覆膜自然养护，等待陶粒上强度。
48.作为具体的实施方式，本发明所述的陶粒由如下重量份的组分制备得到(其结构如图3和图4)：
49.实施例1～4：
50.表1
51.编号聚苯乙烯颗粒赤泥黄金尾矿矿渣粉脱硫石膏水水泥10.0514.54.00.55020.11.544.00.55030.1523.54.00.55040.22.534.00.55050.0514.54.0050
52.对比例1
53.传统陶粒大多以水泥、黏土等做胶凝材料，因此选择黏土烧结陶粒作为对比例，其配合比如下表1(单位：kg)：
54.表2
55.编号黏土水泥矿粉水减水剂对比例1100050
56.对比例2
57.各种原料的用量对于陶粒的成型具有重要的作用，本对比例改变原料的用量后检测陶粒的相关性能，其物质组成为：
58.表3
[0059][0060]
对比例3
[0061]
陶粒的制备方法对于陶粒的成型具有重要的影响，本对比例改变陶粒的制备方法，与实施例1～4相比，其区别在于，改变陶粒的制备方法，所述步骤(4)中聚苯颗粒表面裹上一层外壳后不再进行静置，而是继续采用步骤5)中的方法进行造粒，步骤(4)和(5)的具体操作为：
[0062]
(4)把步骤(3)中筛选出的颗粒进行湿润，然后与步骤(2)中粉磨好的原料加矿粉和脱硫石膏后混合搅拌，使聚苯颗粒表面裹上一层外壳，作为造陶粒的核使用；
[0063]
(5)取步骤(4)中硬化后的核与步骤(2)中粉磨好的原料与矿粉和脱硫石膏混合后放入圆盘式(造粒机造粒机的倾角为45
°
，转速为60转/分钟)中启动机器，然后一边转动一边加水，通过重力作用使核滚上一层层原料滚动成球，再分批加入剩余粉状混合物，直至陶粒粒径范围达到6～31.5mm，得到陶粒。
[0064]
实验例
[0065]
将成型28d后的陶粒依照gb/t17321.2《轻集料及其试验方法第二部分轻集料实验方法》测定陶粒的堆积密度、筒压压强度和24小时吸水率；
[0066]
检测结果如下：
[0067]
表4实施例与对比例性能测试结果
[0068][0069]
由上表可知，实施例1、2、3、4的筒压强度的均在4.5mpa以上，24h吸水率均在15％以上，平均堆积密度在900—1100kg/m3之间，符合gb/t17321.2《轻集料及其试验方法第二部分轻集料实验方法》中对免烧陶粒的性能要求。
[0070]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。