水热法改性粉煤灰制备高强膨胀陶粒的方法

摘要

本发明公开了一种水热法改性粉煤灰制备高强膨胀陶粒的方法，该方法以粉煤灰为原料，通过对粉煤灰进行水热法改性获得粘性及塑性适宜的粉煤灰泥料，粉煤灰泥料再经造粒及煅烧制得高强膨胀陶粒。本发明以水热改性操作替代了传统工艺中粘结剂、增塑剂及助熔剂的添加，节省了原料成本，降低了烧成温度，并在强度、吸水性及耐磨性等方面显著提升了膨胀陶粒的性能。该高强膨胀陶粒除了可制成墙板、砌块、砖等墙体材料外，还可用作保温隔热材料、轻质高标号混凝土及水处理滤料等多种用途，具有广阔的市场前景。

说明书

技术领域

本发明涉及陶粒的制备方法，特别涉及一种水热法改性粉煤灰制备高强膨胀陶粒的方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

众所周知，膨胀陶粒是用于土木建筑工程混凝土的无机轻集料。以膨胀陶粒为骨料制备的混凝土具有轻质、高强、良好的隔热、隔音等诸多优良性能。目前市场上的膨胀陶粒主要有粘土陶粒、页岩陶粒及粉煤灰陶粒，三种产品在性能方面无显著差异，而粉煤灰膨胀陶粒因取材于电厂固体废弃物，兼具环境效益与经济效益，从而更具发展前景。

现有的粉煤灰膨胀陶粒制备方法主要为：以粉煤灰为主要原料，添加粘结剂、增塑剂、助熔剂及膨胀剂等组分，或者将粉煤灰与其它具有粘结性、助熔性及膨胀性的矿物组分混合，通过造粒煅烧工艺制得膨胀陶粒。该工艺方法主要存在以下不足：（1）所需配料的添加量较大，以粘土添加为例，在较成功的制备配方中，粘土所占比例不得低于35%，专利CN1454870A公开的一种页岩和粉煤灰混合制备膨胀陶粒的制备工艺中，页岩添加比例为20%～70%，配料的大量添加导致粉煤灰用量比例降低，产品的成本增加，环保效应也大打折扣；（2）烧成温度较高，在现有粉煤灰膨胀陶粒制备工艺中，烧成温度均在1100℃以上，有的甚至要达到1350℃左右，所需能耗较高；（3）陶粒制品的强度较低，难以用于制备高性能的建筑材料。

目前，采用水热法改性粉煤灰在低于1100℃的焙烧温度下制备高强耐磨、吸水率低的高性能膨胀陶粒的工艺方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种水热法改性粉煤灰制备高强膨胀陶粒的方法，通过对粉煤灰进行水热法改性，替代粘性剂、助熔剂和膨胀剂的添加及其它矿物资源的使用，显著降低膨胀陶粒的烧成温度，并全面提升粉煤灰膨胀陶粒的品质。

本发明的技术解决方案为：以粉煤灰为原料，通过对粉煤灰进行水热法改性获得粘性及塑性适宜的粉煤灰泥料，粉煤灰泥料再经造粒及煅烧制得高强膨胀陶粒；具体步骤为：

（1）对粉煤灰进行水热法改性；

（2）将改性后的粉煤灰中多余水分在100℃蒸除，得到塑性与粘性适宜的粉煤灰泥料；

（3）将粉煤灰泥料放入挤压滚圆造粒机中，制备所需粒径的生料球，自然晾干24h；

（4）将生料球放入烧结窑内焙烧，焙烧温度950℃～1050℃，焙烧时间10min～15min。

其中，水热法改性是指将粉煤灰与3～5mol/L的NaOH溶液以1:1的质量固液比混合，80～100℃水浴加热，水浴时间1～3h。

通过水热改性操作，一方面可使粉煤灰中硅铝酸盐网络高聚体解聚，活性组分溶出，并与NaOH生成硅酸钠及铝酸钠，使粉煤灰泥料具有适宜的粘性，另一方面粉煤灰中大量光滑致密的玻璃微珠结构被破坏，形状的改变及表面的粗糙化使得泥料的塑性得到加强；在焙烧过程中，改性粉煤灰中的Na⁺与莫来石体系中电负性较强的O发生作用，生成低熔点的霞石矿物，霞石的生成能够显著降低烧成温度，提高产品强度。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明方法制备的陶粒具有高强度、低吸水率及超轻密度等多重优良品质，属于高性能陶粒。

2、本发明中膨胀陶粒的烧成温度在1000℃左右，显著低于现有公开的膨胀陶粒的烧成温度。

3、通过水热改性可实现增粘、增塑、降低熔点及提高强度四种功效，无需大比例添加粘土等无机矿物成分，提高了粉煤灰的利用率，降低了生成成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术解决方案做进一步的描述，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

实施例1：

首先，取某发电厂粉煤灰为原料，其化学组分为：SiO₂—47.04%、Al₂O₃—33.57 %、Fe₂O₃—7.1%、 CaO—5.91%、 MgO—2.13%、Na₂O—1.27%、K₂O—0.55%；然后，将NaOH配置成浓度为3mol/L的溶液，以1:1的质量固液比投加粉煤灰，在100℃水浴加热1h，并于100℃蒸除多余水分，得到粘性与塑性适宜的改性粉煤灰泥料；其次，通过挤压滚圆造粒机制备粒径为6mm左右的生料球，自然晾干24h；最后，生料球放入烧结窑中，于1050℃焙烧 10min。制备陶粒的膨胀率为3.01%，强度为28MPa，吸水率为0.6%，堆积密度为430kg/m³。

实施例2：

首先，取粉煤灰原料，原料与实施例1相同；然后，将NaOH配置成浓度为4mol/L的溶液，以1:1的质量固液比投加粉煤灰，在90℃水浴加热2h，并于100℃蒸除多余水分，得到粘性与塑性适宜的改性粉煤灰泥料；其次，通过挤压滚圆造粒机制备粒径为6mm左右的生料球，自然晾干24h；最后，生料球放入烧结窑中，于1000℃焙烧 12min。制备陶粒的膨胀率为3.36%，强度为26MPa，吸水率为0.2%，堆积密度为392kg/m³。

实施例3：

首先，取粉煤灰原料，原料与实施例1相同；然后，将NaOH配置成浓度为5mol/L的溶液，以1:1的质量固液比投加粉煤灰，在80℃水浴加热3h，并于100℃蒸除多余水分，得到粘性与塑性适宜的改性粉煤灰泥料；其次，通过挤压滚圆造粒机制备粒径为6mm左右的生料球，自然晾干24h；最后，生料球放入烧结窑中，于950℃焙烧 15min。制备陶粒的膨胀率为3.22%，强度为27MPa，吸水率为0.4%，堆积密度为407kg/m³。