專利名稱：一種煤矸石陶粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑用陶粒的制備方法，特別是以煤矸石為主要原料的陶粒的制備方法。
背景技術(shù)：
陶粒是以某些特種性質(zhì)的粘土為原料，經(jīng)過(guò)高溫熔化而釋放出氣體，產(chǎn)生膨脹，最終焙燒而成的顆粒狀陶質(zhì)物。陶粒表面由于玻璃化而形成一層外皮，冷卻后就形成了一種輕質(zhì)、堅(jiān)硬、具有明顯峰窩狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其顆粒容量一般在750-1200kg/m3。用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的陶粒形狀一般呈圓形，其內(nèi)部具有黑色的峰窩狀結(jié)構(gòu)，外皮呈栗紅色和青色等。
最初生產(chǎn)陶粒的原料以粘土為主。目前，越來(lái)越多的工業(yè)廢渣、廢料、廢棄的礦物廢料、劣質(zhì)頁(yè)巖等，被應(yīng)用到陶粒制備中來(lái)。這些原料摻加少量粘結(jié)劑、附加劑、添加劑等，經(jīng)過(guò)混合、成球高溫?zé)Y(jié)等傳統(tǒng)工藝過(guò)程而制成輕骨料，其具有容重輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性低、耐火度較高、保溫防凍抗腐蝕、抗沖擊、抗震、耐磨無(wú)放射物(無(wú)有害物)特點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的綠色建筑材料。
煤矸石是煤礦建井和生產(chǎn)過(guò)程中帶出來(lái)的一種混雜巖體，它包括煤礦在井巷掘進(jìn)時(shí)帶出的矸石，露天煤礦開采時(shí)剝離的矸石和洗選加工過(guò)程中排出的矸石。其主要化學(xué)成分為Al2O3和SiO2，主要礦物成分為高嶺石，并有一定量的碳和少量硫及其它元素的化合物。隨著煤炭開采量的迅速提高，煤矸石的排出量也隨之增加。這些煤矸石占據(jù)了大量農(nóng)田，浪費(fèi)了土地資源。同時(shí)，煤矸石還對(duì)大氣、水體造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害著附近居民的健康。在對(duì)煤矸石的綜合利用方面，人們也開展了大量的研究。一方面是煤矸石制備瓷質(zhì)磚、β-SiC超細(xì)粉等研究。在這些生產(chǎn)過(guò)程，通常對(duì)原料的礦物成分及化學(xué)成分要求較高，尤其是含鐵量過(guò)高的煤矸石就被排除在外。另一方面是采用煤矸石制備空心磚及水泥等。這些制備工藝雖然對(duì)原料要就不高，但產(chǎn)品附加值底。
中國(guó)專利CN01141408.1公開了一種“煤矸石陶粒及其制備方法”，其中以75-85％的煤矸石摻加粘土、頁(yè)巖和無(wú)煙煤粉燒結(jié)制備出陶粒。本發(fā)明中涉及的陶粒，采用含鐵量高的煤矸石為主要原料，摻量為75-85％，燒結(jié)溫度為1150-1200℃，均優(yōu)于前人的成果。但該陶粒制備方法的原料中包括粘土，破壞環(huán)境；煤矸石摻加量較小，煤矸石消耗量??；燒制的溫度高，能源消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是提供一種原料中不包括粘土的煤矸石陶粒的制備方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種高摻量煤矸石陶粒的制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種煤矸石陶粒的制備方法，其方法步驟為(1)將原料混合，研細(xì)，過(guò)80-200目篩；原料包括煤矸石、長(zhǎng)石，原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30-95％、長(zhǎng)石5-70％；(2)摻水成球；(3)干燥；(4)逐步加溫至900-1150℃燒制；(5)冷卻，成品。
上述方案中，原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石85-95％、長(zhǎng)石5-15％。
上述方案中，原料還包括石英或/和鐵尾礦；原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30-95％、長(zhǎng)石5-70％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％。
上述方案中，原料還包括石英或/和鐵尾礦；原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石85-95％、長(zhǎng)石5-15％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％。
上述方案中，步驟(4)的具體方法為用10-30分鐘升溫至250-350℃；用10-30分鐘升溫至450-550℃，并保持20-40分鐘；用90-110分鐘升溫至900-1150℃，并保持30-50分鐘。
上述方案中，步驟(1)的具體方法為將原料分別用振動(dòng)磨粗碎，過(guò)40目篩；混合倒入球磨罐中，并摻入原料總重量0.6-1倍的水，濕法球磨過(guò)；烘干；研細(xì)，過(guò)80-200目篩。
上述方案中，步驟(2)的具體方法為滴加原料總重量30％的水，手工或機(jī)械成球。
上述方案中，步驟(3)的具體方法為置于烘箱中，在110℃下烘干。
上述方案中，步驟(5)的具體方法為用5-10分鐘冷卻至650-750℃；用10-15分鐘冷卻至450-550℃；用5-10分鐘冷卻至常溫。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、原料包括長(zhǎng)石，長(zhǎng)石在高溫下熔融，能形成粘稠的玻璃體，是坯料中堿金屬的主要來(lái)源，能降低陶粒的燒成溫度，節(jié)約能源。熔融后的長(zhǎng)石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒，在液相中Al2O3和SiO2相互作用，賦予坯體一定的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，使燒結(jié)后的陶粒具有高強(qiáng)度。
2、無(wú)須使用大量的粘土，節(jié)約了耕地。
3、煤矸石摻加量可達(dá)95％，可有效減少煤矸石占據(jù)的土地，減少了煤矸石對(duì)大氣、水體造成的環(huán)境污染。
4、原料中包括鐵尾礦
上述反應(yīng)在1000-1300℃之間進(jìn)行。在高溫作用下，陶粒原料中有機(jī)質(zhì)(包括碳粒)和鐵的氧化——還原反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體，是促使具有一定粘度的陶粒膨脹的主要原因。這是制備輕質(zhì)陶粒的必備條件。
在原料中的煤矸石為高鐵煤矸石時(shí)，高摻量高鐵煤矸石原料中可不再添加鐵尾礦；在較低摻量的高鐵煤矸石原料中，可適當(dāng)加入鐵尾礦，以增加坯料中鐵的含量。
5、原料中包括石英，石英作為瘠性原料，可以調(diào)節(jié)泥料的可塑性，可降低坯料的干燥收縮和變形，有助于加速干燥過(guò)程。在陶粒產(chǎn)品燒成時(shí)，石英的加熱膨脹可對(duì)坯體的收縮起部分補(bǔ)償作用。高溫時(shí)石英部分熔解于液相中，增加熔體的粘度，而未熔解的石英顆粒構(gòu)成坯體的骨架，提高陶粒產(chǎn)品的強(qiáng)度。
另外，鐵尾礦中也含有較多的SiO2，在某些原料中，可與石英相互替代。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明高摻量煤矸石陶粒的制備方法，其方法步驟為(1)將原料混合，研細(xì)，過(guò)80-200目篩；原料包括煤矸石、長(zhǎng)石，原料還包括石英或/和鐵尾礦；原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30-95％、長(zhǎng)石5-70％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％。
具體步驟為將原料分別用振動(dòng)磨粗碎，過(guò)40目篩；混合倒入球磨罐中，并摻入原料總重量0.6-1倍的水，濕法球磨過(guò)；烘干；研細(xì)，過(guò)80-200目篩。
(2)摻水成球；直接向粉料中滴加原料總重量30％的水，手工或機(jī)械成球(工業(yè)生產(chǎn)中可用成球盤成球)。
(3)干燥；置于烘箱中，在110℃下烘干。
(4)逐步加溫至900-1150℃燒制；(5)冷卻，成品用5-10分鐘冷卻至650-750℃；用10-15分鐘冷卻至450-550℃；用5-10分鐘冷卻至常溫，成品。
本發(fā)明高摻量煤矸石陶粒的制備方法實(shí)施例1-12的步驟(1)原料配比見表1
表1

本發(fā)明高摻量煤矸石陶粒的制備方法實(shí)施例1、2的步驟(4)具體見表2表2

本發(fā)明高摻量煤矸石陶粒的制備方法實(shí)施例3-7的步驟(4)具體見表3表3

本發(fā)明高摻量煤矸石陶粒的制備方法實(shí)施例8-12的步驟(4)具體見表4
表4

實(shí)施例中所用原料的化學(xué)成分見下表5表5計(jì)量單位ω％

產(chǎn)品性能分析根據(jù)國(guó)家有關(guān)部門規(guī)定，國(guó)家為了鼓勵(lì)煤矸石的綜合利用，規(guī)定“利用以大宗煤矸石作為主要原料生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)免征企業(yè)所得稅五年；企業(yè)生產(chǎn)的原料中摻有不少于30％的煤矸石生產(chǎn)的產(chǎn)品，免征增值稅”?？梢姰?dāng)煤矸石的摻量少于30％時(shí)，煤矸石僅僅是作為一種附加原料，得不到有效的大量的利用，也不符合煤矸石資源化利用的要求。
由于根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，在以下配方范圍中煤矸石30-100％、長(zhǎng)石0-70％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％，均可制備出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的陶粒。
在實(shí)施例1-6中，長(zhǎng)石的摻量為70-15％，提供了大量的堿金屬化合物，從而大大降低陶粒的燒結(jié)溫度，相對(duì)于實(shí)施例7-11，燒結(jié)溫度大約降低了50-200℃。隨著燒結(jié)溫度的下降，雖然可以降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，但也導(dǎo)致燒結(jié)范圍的縮小。在實(shí)際生產(chǎn)中，這就增加了溫度控制的難度。燒結(jié)范圍過(guò)小，也致使產(chǎn)品的次品數(shù)量增加。在各原料中，煤矸石是提供Fe元素的主要來(lái)源。在實(shí)施例1-6中，隨著煤矸石摻量的減小，所制得陶粒得膨脹系數(shù)也相應(yīng)變小，達(dá)不到輕質(zhì)陶粒要求，只能用作普通陶粒。
在實(shí)施例12中，煤矸石摻量達(dá)到100％。由于煤矸石中，堿金屬化合物含量少，使產(chǎn)品燒結(jié)溫度過(guò)高；瘠性物質(zhì)SiO2的含量也較低，致使最終產(chǎn)品強(qiáng)度低，不適用于建筑材料，但可用于生物濾池的填料及花卉盆景的陶粒栽培等方面。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，煤矸石的最佳摻量在85-95％，附加長(zhǎng)石5-15％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％，在1100-1150℃溫度范圍中，均可燒成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2839-81(粘土陶粒和陶砂)質(zhì)量要求的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒。即實(shí)施例7-11為最佳技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石陶粒的制備方法，其特征在于其方法步驟為(1)將原料混合，研細(xì)，過(guò)80-200目篩；原料包括煤矸石、長(zhǎng)石，原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30-95％、長(zhǎng)石5-70％；(2)摻水成球；(3)干燥；(4)逐步加溫至900-1150℃燒制；(5)冷卻，成品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石85-95％、長(zhǎng)石5-15％。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于原料還包括石英或/和鐵尾礦；原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30-95％、長(zhǎng)石5-70％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于原料還包括石英或/和鐵尾礦；原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石85-95％、長(zhǎng)石5-15％、石英0-5％、鐵尾礦0-10％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)的具體方法為用10-30分鐘升溫至250-350℃；用10-30分鐘升溫至450-550℃，并保持20-40分鐘；用90-110分鐘升溫至900-1150℃，并保持30-50分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)的具體方法為將原料分別用振動(dòng)磨粗碎，過(guò)40目篩；混合倒入球磨罐中，并摻入原料總重量0.6-1倍的水，濕法球磨過(guò)；烘干；研細(xì)，過(guò)80-200目篩。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)的具體方法為滴加原料總重量30％的水，手工或機(jī)械成球。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)的具體方法為置于烘箱中，在110℃下烘干。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(5)的具體方法為用5-10分鐘冷卻至650-750℃；用10-15分鐘冷卻至450-550℃；用5-10分鐘冷卻至常溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤矸石陶粒的制備方法，其方法步驟為(1)將原料混合，研細(xì)，過(guò)80－200目篩；原料包括煤矸石、長(zhǎng)石，原料中各組分的重量百分比配比為煤矸石30－95％、長(zhǎng)石5－70％；(2)摻水成球；(3)干燥；(4)逐步加溫至900－1150℃燒制；(5)冷卻，成品。本發(fā)明方法無(wú)須使用大量的粘土，節(jié)約了耕地。
文檔編號(hào)C04B14/04GK1872783SQ20061001934
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者郭立, 王焰新, 嚴(yán)春杰 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)