一种利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法与流程

本发明涉及无机非金属材料制备，具体涉及一种利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法。

背景技术：

1、煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的主要固体废弃物，我国每年煤矸石排放量巨大，大量堆积不仅占用土地、污染环境，也造成了资源的严重浪费。将煤矸石进行资源化利用，制备高附加值产品，是当前固废综合利用领域的研究热点。

2、陶粒就是陶质的颗粒，外观大部分呈圆形或椭圆形球体，表面有一层坚硬的外壳，呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度，粒径一般为5～20mm。轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点，也是它能够取代重质砂石的主要原因，其内部结构为细密蜂窝状微孔，这些微孔都是封闭型的，而不是连通型的。陶粒具有保温隔热、耐火性优异且抗碱、抗震、抗渗、抗冻及耐久性能好，主要用于建筑材料、绿化材料、饮食卫生材料、工业过滤材料等。

3、近年来，我国普通陶粒的生产越来越多，应用也越来越广泛，然而随之带来的问题是，产品性能一般，行业内同质化竞争严重，消耗大量的黏土、页岩等天然原料，造成巨大浪费和破坏生态环境。为避免以上问题，开展超轻保温隔热陶粒的研究，是突破以上问题瓶颈的重要途径。

4、现有技术通过选用碳化硅为发泡剂，选用石英云母片、页岩、粉煤灰或铁尾矿等为原料，调控原料配比，改善工艺参数，来获得超轻保温隔热陶粒，取得了较大进展。如专利cn112408830 b公开了一种陶粒及其制备方法，专利cn 112028660b公开了一种用于制备超轻保温隔热陶粒的组合物、陶粒及其制备方法，论文（赵威等.铁尾矿基超轻保温隔热陶粒的制备及性能研究[j]. 非金属矿, 2022, 45(2)）公开了铁尾矿基超轻保温隔热陶粒的制备及性能研究。

5、以上现有技术所制得的陶粒，均满足国家标准要求，但主要问题：一是以上技术所制得的超轻陶粒吸水率较高，甚至接近标准限值10%，二是选用多种物料为原料，难以实现最佳配比，产品性能尤其是堆积密度、吸水率等指标稳定性不好，三是所制得的超轻陶粒未进一步处理，存在该产品与水泥胶凝物材料结合不稳固，导致的力学性能不理想和耐久性问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，获得高性能超轻保温隔热陶粒产品。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，包括以下步骤：

4、（1）原料准备

5、将煤矸石进行破碎分级分选，获得高硅铝含量的煤矸石原料；

6、（2）原料配比

7、向所述煤矸石原料中添加sio2、氮化硅粉和naoh粒碱，充分混合、造球、干燥得到混合料；

8、（3）升温烧胀

9、将所述混合料升温烧胀，再自然冷却至室温，得到超轻保温隔热陶粒初品；

10、（4）喷涂烘烤

11、将所述超轻保温隔热陶粒初品用粘结剂均匀覆盖，然后升温烘烤，得到超轻保温隔热陶粒产品。

12、优选的，步骤（1）所述高硅铝含量的煤矸石原料的粒径为200目~250目，以sio2计硅含量为60%以上，以al2o3计铝含量为15%以上，以c计碳含量为1~3%。

13、优选的，步骤（2）所述混合料的组成为，以sio2计硅含量为70%以上，以al2o3计铝含量为15%以上，以c计碳含量为1~3%，以si3n4计氮化硅含量为0.5~1%，naoh含量为1~5%。

14、优选的，步骤（2）所述造球后混合料的粒径为5～20mm。

15、优选的，步骤（2）所述干燥的温度为≥105℃，时间为≥2h。

16、优选的，步骤（3）所述升温烧胀采用阶梯升温保温处理，先以5-8℃/min的速率升温至600-620℃，保温15~30 min；然后以5-8℃/min的速率升温至800-900℃，保温15~20min；再以5-8℃/min的速率升温至1330-1500℃，保温10~20 min。

17、优选的，步骤（4）所述粘结剂为聚丙烯酸；所述粘结剂的用量为超轻保温隔热陶粒初品质量的1/3~2/3。

18、优选的，步骤（4）所述粘结剂采用喷涂方式加入，将粘结剂从上向下进行喷涂2~3次，将陶粒翻转后，再喷涂1~2次，使陶粒表面完全、均匀覆盖为止。

19、优选的，步骤（4）所述升温烘烤用阶梯升温保温处理，先以3-5℃/min的速率升温至180-200℃，烘烤30~40min；然后以3-5℃/min的速率升温至250-280℃，烘烤20~25min。

20、本发明采用全煤矸石为原料，适当添加sio2和发泡剂naoh、si3n4，通过调节原料配比和优化工艺参数，采用三级升温烧胀的工艺手段，在低温段600℃下保温，此阶段为一级产气阶段，利用煤矸石本身的烧胀特性产气；继续升温至800℃~830℃，保温，此阶段为二级产气阶段，利用naoh与sio2反应产气；继续升温至1330℃~1350℃，保温，此阶段为三级产气阶段，利用si3n4氧化分解产气，获得性能稳定的超轻陶粒，堆积密度172~249 kg/m3，筒压强度5.0 mpa以上，同时对所得陶粒采用粘结剂进行喷涂处理，得到性能更好的超轻陶粒，适用于高层建筑维护结构保温隔热混凝土应用。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、（1）以煤矸石为主要原料，无需消耗黏土、页岩等天然资源，实现大宗工业固废的资源化利用，环境效益显著；

23、（2）采用naoh与si3n4复合发泡剂，配合三级分段升温烧胀工艺，低温段利用煤矸石自身烧胀特性产气、中温段利用naoh与sio2反应产气、高温段利用si3n4氧化分解产气，三级产气有序衔接，所得陶粒堆积密度低至172~249 kg/m3、筒压强度达5.0 mpa以上、1h吸水率低，性能稳定、批次一致性好；各项性能指标满足gb/t 17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》的要求。

24、（3）通过对陶粒表面喷涂粘结剂并烘烤处理，增强陶粒与水泥胶凝材料的结合强度，提高轻骨料混凝土的力学性能和耐久性能，增加产品附加值；

25、（4）本发明所获得的高性能超轻保温隔热陶粒产品，不仅具有超轻、高性能、高价值等优点，同时能够消纳煤矸石废料，变废为宝，具有广泛的适用性、极高的应用价值和环境效益。

1.一种利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（1）所述高硅铝含量的煤矸石原料的粒径为200目~250目，以sio2计硅含量为60%以上，以al2o3计铝含量为15%以上，以c计碳含量为1~3%。

3.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（2）所述混合料的组成为，以sio2计硅含量为70%以上，以al2o3计铝含量为15%以上，以c计碳含量为1~3%，以si3n4计氮化硅含量为0.5~1%，naoh含量为1~5%。

4.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（2）所述造球后混合料的粒径为5～20mm。

5.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（2）所述干燥的温度为≥105℃，时间为≥2h。

6.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（3）所述升温烧胀采用阶梯升温保温处理，先以5-8℃/min的速率升温至600-620℃，保温15~30 min；然后以5-8℃/min的速率升温至800-900℃，保温15~20min；再以5-8℃/min的速率升温至1330-1500℃，保温10~20 min。

7.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（4）所述粘结剂为聚丙烯酸；所述粘结剂的用量为超轻保温隔热陶粒初品质量的1/3~2/3。

8.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（4）所述粘结剂采用喷涂方式加入，将粘结剂从上向下进行喷涂2~3次，将陶粒翻转后，再喷涂1~2次，使陶粒表面完全、均匀覆盖为止。

9.根据权利要求1所述利用煤矸石制备超轻保温隔热陶粒的生产方法，其特征在于，步骤（4）所述升温烘烤用阶梯升温保温处理，先以3-5℃/min的速率升温至180-200℃，烘烤30~40min；然后以3-5℃/min的速率升温至250-280℃，烘烤20~25min。