[發明專利]一種利用磷石膏和煤矸石制備高強度免燒陶粒的方法

在審

• 申請號: 202211649440.0
• 申請日: 2022-12-21
• 公開（公告）號: CN116120024A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 孫文靜;謝洪璋;孫高格;肖宇;范日東;唐乾通;李清華
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;C04B18/12;C04B11/26
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種利用磷石膏和煤矸石制備高強度免燒陶粒的方法。本發明的制備方法包括：將磷石膏膠凝材料粉和煤矸石經烘干、粉磨、過篩后混合均勻，邊攪拌邊加入蒸餾水，直至形成粘性泥團，得到含有球核的混合料；將混合料轉入成球設備中，調整、配制水量進行成球，成球后進行篩分，獲得濕生料球；將濕生料球依次進行陳化和干燥脫水，得到干生料球，將干生料球均勻鋪放，自然養護，即得到成型的陶粒產品。本發明通過添加磷石膏基全固廢膠凝材料、煤矸石協同營造了一個堿性水化環境，可促進礦粉、富硅材料和煤矸石發生火山灰反應，生成水化硅酸鈣等凝膠物質，進而形成更為密實的結構，促進陶粒強度的增長，可獲得性能良好的免燒陶瓷。

技術領域

本發明涉及一種利用磷石膏和煤矸石制備高強度免燒陶粒的方法，屬于資源循環利用技術領域。

背景技術

磷石膏是磷酸工業生產制備磷肥過程中排放的固廢，是一種黃白、灰白或黑灰色的細顆粒粉體，主要成分為二水石膏，同時還含有少量磷、氟等有害物質，綜合利用率低，導致大量磷石膏露天堆存。據統計，我國每年產生近8000萬噸磷石膏，全國磷石膏堆存量超6億噸，大部分采用露天堆存的方式處理，未得到有效的資源化利用。磷石膏中富含二水石膏，具有一定的膠凝特性，可應用于水泥、建材等各領域，但由于其本身的顆粒粒度較細，而且其中含有可溶性磷、氟、有機物和重金屬等雜質，給磷石膏綜合利用帶來了困難。

煤矸石是煤礦工業分離出來的固體廢棄物。截至目前，我國已有1200多個縣區出現了煤矸石大面積堆積的現象，未利用煤矸石超過70多億噸，占地超過兩萬公頃。不僅污染周圍土壤和地下水，而且嚴重破壞了環境和生態。我國大部分煤炭采集區的煤矸石通過簡單的堆積，在煤炭采集區周邊形成若干個大大小小的煤矸石山，常年的風化、氧化使得部分煤矸石自燃，給礦山的生產和安全帶來了嚴重危害或隱患。煤矸石中含有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃是一種潛在的火山灰材料，可作為建材進行利用，目前主要應用于制備燒結磚和生產水泥等，可消耗大量煤矸石，但能源利用率均不高，因普遍使用煅燒工藝，存在高能耗和高排放問題。因此，應努力探索其在各種土木工程應用中的安全處置和批量利用新途徑。

目前已公開的專利及方法中陶粒制備工藝多采用水泥、石灰、石膏作為膠凝劑并進行煅燒，雖然能夠達到一定的性能要求，但需消耗大量的膠凝劑和能源，經濟性和環境性較差。同時制備的陶粒存在成型率低、裂紋較多、吸水率高、輕質和高強難以兼顧等問題，限制了其進一步應用。例如CN202110243048.5一種制備新型污泥陶粒的工藝，雖使用了市政污泥、工業污泥、建筑棄土等為原料，但仍采用煅燒工藝，燒制溫度高達800～1150℃，能耗較高。CN?114751766?A利用固體廢棄物燒制的輕質陶粒及其方法，使用了黃金尾礦和飛灰，燒制溫度為1100～1200℃，高能耗，不利于大規模利用。CN?115073072?A一種利用鐵尾礦和地鐵渣土制作高強度免燒陶粒的方法，雖消耗了鐵尾礦和地鐵渣土并實現了免燒工藝，但仍使用水泥和石灰作為膠凝劑，提高了生產成本，不能實現全固廢綜合利用。

發明內容

本發明的目的是：針對現有技術中制備的陶粒存在成型率低、裂紋較多、吸水率高、輕質和高強難以兼顧等問題以及不能實現全固廢綜合利用的問題，本發明提出一種利用磷石膏和煤矸石制備高強度免燒陶粒的方法，不僅能夠實現陶粒的免煅燒，降低能耗，提高生產效率，還能夠降低陶粒生產的原料成本，同時實現了工業固廢的資源化利用。該方法以煤矸石為主要原料，配以磷石膏作為粘結劑和膠凝劑，經混合、造粒、干燥等過程，使得制備的輕質陶粒具有優異的性能，且制備效率高、能耗低、成本低，實現磷石膏和煤矸石的全資源化利用。

為了實現上述目的，本發明提供了一種利用磷石膏和煤矸石制備高強度免燒陶粒的方法，包括以下步驟：

步驟1：以磷石膏、礦粉、SiO₂含量大于80wt％的富硅材料及堿激發材料為原料配制成磷石膏膠凝材料粉，將磷石膏膠凝材料粉和煤矸石經烘干粉磨后過篩，收集過篩粉末；