专利名称：一种煤矸石陶粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及建筑用陶粒的制备方法，特别是以煤矸石为主要原料的陶粒的制备方法。
背景技术：
陶粒是以某些特种性质的粘土为原料，经过高温熔化而释放出气体，产生膨胀，最终焙烧而成的颗粒状陶质物。陶粒表面由于玻璃化而形成一层外皮，冷却后就形成了一种轻质、坚硬、具有明显峰窝状结构的产品，其颗粒容量一般在750-1200kg/m3。用回转窑生产的陶粒形状一般呈圆形，其内部具有黑色的峰窝状结构，外皮呈栗红色和青色等。
最初生产陶粒的原料以粘土为主。目前，越来越多的工业废渣、废料、废弃的矿物废料、劣质页岩等，被应用到陶粒制备中来。这些原料掺加少量粘结剂、附加剂、添加剂等，经过混合、成球高温烧结等传统工艺过程而制成轻骨料，其具有容重轻、强度高、导热性低、耐火度较高、保温防冻抗腐蚀、抗冲击、抗震、耐磨无放射物(无有害物)特点，是一种优质的绿色建筑材料。
煤矸石是煤矿建井和生产过程中带出来的一种混杂岩体，它包括煤矿在井巷掘进时带出的矸石，露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。其主要化学成分为Al2O3和SiO2，主要矿物成分为高岭石，并有一定量的碳和少量硫及其它元素的化合物。随着煤炭开采量的迅速提高，煤矸石的排出量也随之增加。这些煤矸石占据了大量农田，浪费了土地资源。同时，煤矸石还对大气、水体造成了严重的环境污染，危害着附近居民的健康。在对煤矸石的综合利用方面，人们也开展了大量的研究。一方面是煤矸石制备瓷质砖、β-SiC超细粉等研究。在这些生产过程，通常对原料的矿物成分及化学成分要求较高，尤其是含铁量过高的煤矸石就被排除在外。另一方面是采用煤矸石制备空心砖及水泥等。这些制备工艺虽然对原料要就不高，但产品附加值底。
中国专利CN01141408.1公开了一种“煤矸石陶粒及其制备方法”，其中以75-85％的煤矸石掺加粘土、页岩和无烟煤粉烧结制备出陶粒。本发明中涉及的陶粒，采用含铁量高的煤矸石为主要原料，掺量为75-85％，烧结温度为1150-1200℃，均优于前人的成果。但该陶粒制备方法的原料中包括粘土，破坏环境；煤矸石掺加量较小，煤矸石消耗量小；烧制的温度高，能源消耗大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种原料中不包括粘土的煤矸石陶粒的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种高掺量煤矸石陶粒的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种煤矸石陶粒的制备方法，其方法步骤为(1)将原料混合，研细，过80-200目筛；原料包括煤矸石、长石，原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30-95％、长石5-70％；(2)掺水成球；(3)干燥；(4)逐步加温至900-1150℃烧制；(5)冷却，成品。
上述方案中，原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石85-95％、长石5-15％。
上述方案中，原料还包括石英或/和铁尾矿；原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30-95％、长石5-70％、石英0-5％、铁尾矿0-10％。
上述方案中，原料还包括石英或/和铁尾矿；原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石85-95％、长石5-15％、石英0-5％、铁尾矿0-10％。
上述方案中，步骤(4)的具体方法为用10-30分钟升温至250-350℃；用10-30分钟升温至450-550℃，并保持20-40分钟；用90-110分钟升温至900-1150℃，并保持30-50分钟。
上述方案中，步骤(1)的具体方法为将原料分别用振动磨粗碎，过40目筛；混合倒入球磨罐中，并掺入原料总重量0.6-1倍的水，湿法球磨过；烘干；研细，过80-200目筛。
上述方案中，步骤(2)的具体方法为滴加原料总重量30％的水，手工或机械成球。
上述方案中，步骤(3)的具体方法为置于烘箱中，在110℃下烘干。
上述方案中，步骤(5)的具体方法为用5-10分钟冷却至650-750℃；用10-15分钟冷却至450-550℃；用5-10分钟冷却至常温。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点1、原料包括长石，长石在高温下熔融，能形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属的主要来源，能降低陶粒的烧成温度，节约能源。熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，在液相中Al2O3和SiO2相互作用，赋予坯体一定的机械强度和化学稳定性，使烧结后的陶粒具有高强度。
2、无须使用大量的粘土，节约了耕地。
3、煤矸石掺加量可达95％，可有效减少煤矸石占据的土地，减少了煤矸石对大气、水体造成的环境污染。
4、原料中包括铁尾矿
上述反应在1000-1300℃之间进行。在高温作用下，陶粒原料中有机质(包括碳粒)和铁的氧化——还原反应所产生的气体，是促使具有一定粘度的陶粒膨胀的主要原因。这是制备轻质陶粒的必备条件。
在原料中的煤矸石为高铁煤矸石时，高掺量高铁煤矸石原料中可不再添加铁尾矿；在较低掺量的高铁煤矸石原料中，可适当加入铁尾矿，以增加坯料中铁的含量。
5、原料中包括石英，石英作为瘠性原料，可以调节泥料的可塑性，可降低坯料的干燥收缩和变形，有助于加速干燥过程。在陶粒产品烧成时，石英的加热膨胀可对坯体的收缩起部分补偿作用。高温时石英部分熔解于液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒构成坯体的骨架，提高陶粒产品的强度。
另外，铁尾矿中也含有较多的SiO2，在某些原料中，可与石英相互替代。
具体实施例方式
本发明高掺量煤矸石陶粒的制备方法，其方法步骤为(1)将原料混合，研细，过80-200目筛；原料包括煤矸石、长石，原料还包括石英或/和铁尾矿；原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30-95％、长石5-70％、石英0-5％、铁尾矿0-10％。
具体步骤为将原料分别用振动磨粗碎，过40目筛；混合倒入球磨罐中，并掺入原料总重量0.6-1倍的水，湿法球磨过；烘干；研细，过80-200目筛。
(2)掺水成球；直接向粉料中滴加原料总重量30％的水，手工或机械成球(工业生产中可用成球盘成球)。
(3)干燥；置于烘箱中，在110℃下烘干。
(4)逐步加温至900-1150℃烧制；(5)冷却，成品用5-10分钟冷却至650-750℃；用10-15分钟冷却至450-550℃；用5-10分钟冷却至常温，成品。
本发明高掺量煤矸石陶粒的制备方法实施例1-12的步骤(1)原料配比见表1
表1
本发明高掺量煤矸石陶粒的制备方法实施例1、2的步骤(4)具体见表2表2
本发明高掺量煤矸石陶粒的制备方法实施例3-7的步骤(4)具体见表3表3
本发明高掺量煤矸石陶粒的制备方法实施例8-12的步骤(4)具体见表4
表4
实施例中所用原料的化学成分见下表5表5计量单位ω％
产品性能分析根据国家有关部门规定，国家为了鼓励煤矸石的综合利用，规定“利用以大宗煤矸石作为主要原料生产产品的企业免征企业所得税五年；企业生产的原料中掺有不少于30％的煤矸石生产的产品，免征增值税”。可见当煤矸石的掺量少于30％时，煤矸石仅仅是作为一种附加原料，得不到有效的大量的利用，也不符合煤矸石资源化利用的要求。
由于根据以上实验，在以下配方范围中煤矸石30-100％、长石0-70％、石英0-5％、铁尾矿0-10％，均可制备出符合国家标准要求的陶粒。
在实施例1-6中，长石的掺量为70-15％，提供了大量的碱金属化合物，从而大大降低陶粒的烧结温度，相对于实施例7-11，烧结温度大约降低了50-200℃。随着烧结温度的下降，虽然可以降低生产过程中的能耗，但也导致烧结范围的缩小。在实际生产中，这就增加了温度控制的难度。烧结范围过小，也致使产品的次品数量增加。在各原料中，煤矸石是提供Fe元素的主要来源。在实施例1-6中，随着煤矸石掺量的减小，所制得陶粒得膨胀系数也相应变小，达不到轻质陶粒要求，只能用作普通陶粒。
在实施例12中，煤矸石掺量达到100％。由于煤矸石中，碱金属化合物含量少，使产品烧结温度过高；瘠性物质SiO2的含量也较低，致使最终产品强度低，不适用于建筑材料，但可用于生物滤池的填料及花卉盆景的陶粒栽培等方面。
经过实验得出，煤矸石的最佳掺量在85-95％，附加长石5-15％、石英0-5％、铁尾矿0-10％，在1100-1150℃温度范围中，均可烧成符合国家标准GB2839-81(粘土陶粒和陶砂)质量要求的轻质高强陶粒。即实施例7-11为最佳技术方案。
权利要求
1.一种煤矸石陶粒的制备方法，其特征在于其方法步骤为(1)将原料混合，研细，过80-200目筛；原料包括煤矸石、长石，原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30-95％、长石5-70％；(2)掺水成球；(3)干燥；(4)逐步加温至900-1150℃烧制；(5)冷却，成品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石85-95％、长石5-15％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于原料还包括石英或/和铁尾矿；原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30-95％、长石5-70％、石英0-5％、铁尾矿0-10％。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于原料还包括石英或/和铁尾矿；原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石85-95％、长石5-15％、石英0-5％、铁尾矿0-10％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)的具体方法为用10-30分钟升温至250-350℃；用10-30分钟升温至450-550℃，并保持20-40分钟；用90-110分钟升温至900-1150℃，并保持30-50分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)的具体方法为将原料分别用振动磨粗碎，过40目筛；混合倒入球磨罐中，并掺入原料总重量0.6-1倍的水，湿法球磨过；烘干；研细，过80-200目筛。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)的具体方法为滴加原料总重量30％的水，手工或机械成球。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)的具体方法为置于烘箱中，在110℃下烘干。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)的具体方法为用5-10分钟冷却至650-750℃；用10-15分钟冷却至450-550℃；用5-10分钟冷却至常温。
全文摘要
本发明涉及一种煤矸石陶粒的制备方法，其方法步骤为(1)将原料混合，研细，过80－200目筛；原料包括煤矸石、长石，原料中各组分的重量百分比配比为煤矸石30－95％、长石5－70％；(2)掺水成球；(3)干燥；(4)逐步加温至900－1150℃烧制；(5)冷却，成品。本发明方法无须使用大量的粘土，节约了耕地。
文档编号C04B14/04GK1872783SQ20061001934
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者郭立, 王焰新, 严春杰 申请人:中国地质大学(武汉)