[發明專利]水熱法改性粉煤灰制備高強膨脹陶粒的方法

無效

• 申請號: 201110172550.8
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102329125A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 劉雪梅;杜衛剛;馬喜君;蔣金龍;許晨紅
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C04B33/135
• 分類號: C04B33/135
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及陶粒的制備方法，特別涉及一種水熱法改性粉煤灰制備高強膨脹陶粒的方法，屬于建筑材料技術領域。

背景技術

眾所周知，膨脹陶粒是用于土木建筑工程混凝土的無機輕集料。以膨脹陶粒為骨料制備的混凝土具有輕質、高強、良好的隔熱、隔音等諸多優良性能。目前市場上的膨脹陶粒主要有粘土陶粒、頁巖陶粒及粉煤灰陶粒，三種產品在性能方面無顯著差異，而粉煤灰膨脹陶粒因取材于電廠固體廢棄物，兼具環境效益與經濟效益，從而更具發展前景。

現有的粉煤灰膨脹陶粒制備方法主要為：以粉煤灰為主要原料，添加粘結劑、增塑劑、助熔劑及膨脹劑等組分，或者將粉煤灰與其它具有粘結性、助熔性及膨脹性的礦物組分混合，通過造粒煅燒工藝制得膨脹陶粒。該工藝方法主要存在以下不足：（1）所需配料的添加量較大，以粘土添加為例，在較成功的制備配方中，粘土所占比例不得低于35%，專利CN1454870A公開的一種頁巖和粉煤灰混合制備膨脹陶粒的制備工藝中，頁巖添加比例為20%～70%，配料的大量添加導致粉煤灰用量比例降低，產品的成本增加，環保效應也大打折扣；（2）燒成溫度較高，在現有粉煤灰膨脹陶粒制備工藝中，燒成溫度均在1100℃以上，有的甚至要達到1350℃左右，所需能耗較高；（3）陶粒制品的強度較低，難以用于制備高性能的建筑材料。

目前，采用水熱法改性粉煤灰在低于1100℃的焙燒溫度下制備高強耐磨、吸水率低的高性能膨脹陶粒的工藝方法還未見報道。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種水熱法改性粉煤灰制備高強膨脹陶粒的方法，通過對粉煤灰進行水熱法改性，替代粘性劑、助熔劑和膨脹劑的添加及其它礦物資源的使用，顯著降低膨脹陶粒的燒成溫度，并全面提升粉煤灰膨脹陶粒的品質。

本發明的技術解決方案為：以粉煤灰為原料，通過對粉煤灰進行水熱法改性獲得粘性及塑性適宜的粉煤灰泥料，粉煤灰泥料再經造粒及煅燒制得高強膨脹陶粒；具體步驟為：

（1）對粉煤灰進行水熱法改性；

（2）將改性后的粉煤灰中多余水分在100℃蒸除，得到塑性與粘性適宜的粉煤灰泥料；

（3）將粉煤灰泥料放入擠壓滾圓造粒機中，制備所需粒徑的生料球，自然晾干24h；

（4）將生料球放入燒結窯內焙燒，焙燒溫度950℃～1050℃，焙燒時間10min～15min。

其中，水熱法改性是指將粉煤灰與3～5mol/L的NaOH溶液以1:1的質量固液比混合，80～100℃水浴加熱，水浴時間1～3h。

通過水熱改性操作，一方面可使粉煤灰中硅鋁酸鹽網絡高聚體解聚，活性組分溶出，并與NaOH生成硅酸鈉及鋁酸鈉，使粉煤灰泥料具有適宜的粘性，另一方面粉煤灰中大量光滑致密的玻璃微珠結構被破壞，形狀的改變及表面的粗糙化使得泥料的塑性得到加強；在焙燒過程中，改性粉煤灰中的Na⁺與莫來石體系中電負性較強的O發生作用，生成低熔點的霞石礦物，霞石的生成能夠顯著降低燒成溫度，提高產品強度。

與現有技術相比，本發明具有以下優勢：

1、本發明方法制備的陶粒具有高強度、低吸水率及超輕密度等多重優良品質，屬于高性能陶粒。

2、本發明中膨脹陶粒的燒成溫度在1000℃左右，顯著低于現有公開的膨脹陶粒的燒成溫度。

3、通過水熱改性可實現增粘、增塑、降低熔點及提高強度四種功效，無需大比例添加粘土等無機礦物成分，提高了粉煤灰的利用率，降低了生成成本。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明的技術解決方案做進一步的描述，這些實施例不能理解為是對技術解決方案的限制。

實施例1：

首先，取某發電廠粉煤灰為原料，其化學組分為：SiO₂—47.04%、Al₂O₃—33.57?%、Fe₂O₃—7.1%、?CaO—5.91%、?MgO—2.13%、Na₂O—1.27%、K₂O—0.55%；然后，將NaOH配置成濃度為3mol/L的溶液，以1:1的質量固液比投加粉煤灰，在100℃水浴加熱1h，并于100℃蒸除多余水分，得到粘性與塑性適宜的改性粉煤灰泥料；其次，通過擠壓滾圓造粒機制備粒徑為6mm左右的生料球，自然晾干24h；最后，生料球放入燒結窯中，于1050℃焙燒?10min。制備陶粒的膨脹率為3.01%，強度為28MPa，吸水率為0.6%，堆積密度為430kg/m³。