一种采用珍珠岩细粉制备膨化制品的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于珍珠岩细粉再利用领域，特别涉及一种采用珍珠岩细粉制备膨化制品 的方法。
【背景技术】
[0002] 珍珠岩，作为一种含水的玻璃质熔岩，通过破碎煅烧后，能形成颗粒状的膨胀珍珠 岩，由于其具有轻质，隔热，理化性能稳定等特点，使得膨胀珍珠岩在保温建材领域具有广 泛用途，不仅如此，膨胀珍珠岩还在其他领域找到了新的用途，例如节能制品、助滤、吸收和 密度调节制品等。膨胀珍珠岩新用途的开拓，大大提高了其使用范围和用量，但是，膨胀珍 珠岩在生产过程中的带来的一些问题也逐渐突显。
[0003] 由于用于生产膨胀珍珠岩的矿石颗粒一般仅限于0. 18mm以上的矿砂，其余矿粉 均作为尾矿丢弃。在矿区，基本选用机械破碎的方式来加工大块珍珠岩，所以在开采和加工 (破碎）过程中会产生30~40%的过细尾矿（一般为80目以下）未加利用，作为废料处 理。这样的尾矿在矿区堆积如山，不仅是是对矿物资源的极大浪费，而且占用田地，对环境 造成严重的二次污染。分级加工得到适宜粒径的矿砂颗粒，在瞬间高温下（1050~1350°C) 的作用下，矿砂内部结晶水汽化产生膨化动力，使得珍珠岩矿砂颗粒瞬间膨化。由于珍珠岩 在生产过程中采用高温瞬间膨化，其爆炸式的膨化方式使得珍珠岩在膨化过程中，也会产 生一定量的膨胀珍珠岩细粉。
[0004] 随着人们对于珍珠岩研宄的进一步加深，一些珍珠岩细粉的再利用技术被相继报 道。在已有的公开报道中，珍珠岩尾矿细粉作为原料，用于生产球形空心膨胀珍珠岩（利用 其本身的高温膨胀特性），陶粒或用于玻璃质的烧结制品中（利用其高温熔融的特性）。但 上述技术均需要较长的预热时间和较高的热处理温度（1000°c以上），生产过程能耗较高。 也有报道将珍珠岩尾矿细粉作为填料添加到水泥中，虽然可以大量消耗这种尾矿细粉，但 是产品的利润空间较低。而对于膨胀珍珠岩细粉，在已有的公开报道中，均是利用其质轻、 多孔的物理性能，作为空心砌块的隔热保温填料或者作为轻质骨料添加到水泥砂浆中。可 见，上述珍珠岩细粉利用技术均存在高能耗，利润空间低等缺陷，而且，珍珠岩细粉的化学 改性效果也一直被人们忽略。在环保越来越收到重视的今天，如果能通过利用低能耗，无污 染的新技术，在消化废料的基础上产生更大的经济效益，将带来有巨大的经济和社会意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种采用珍珠岩细粉制备膨化制品的方法，该 方法以珍珠岩细粉为原料，能耗低，利润空间大，能有效利用废弃尾矿，具有很高的经济和 社会意义；膨化制品包括颗粒料及块体材料，理化性能稳定，制备工艺简单，适于工业化生 产。
[0006] 本发明的一种采用珍珠岩细粉制备膨化制品的方法，包括：
[0007] (1)向水玻璃中加入珍珠岩细粉，通过机械搅拌，得到溶胶；其中，珍珠岩细粉与 水玻璃的重量比为1:3-20 ;
[0008] (2)将上述溶胶成型、干燥处理，得到中间料；
[0009] (3)将上述中间料在400-600°C，保温5-30min的条件下热处理，得到膨化制品。
[0010] 所述步骤（1)中的珍珠岩细粉为珍珠岩高温膨化过程中所产生的膨胀珍珠岩细 粉或者珍珠岩开采/粉碎加工过程中所产生的尾矿细粉。
[0011] 所述尾矿细粉通过球磨活化或750~900°C煅烧活化。
[0012] 所述球磨时间为30min_120min。
[0013] 所述步骤（1)中的水玻璃（R2O^mSiO2)主要成分为碱金属氧化物（R2O)、二氧化硅 和水，其中R为Li、Na、K中的一种或几种，m为二氧化娃与碱金属氧化物摩尔数的比值，称 为水玻璃的模数，2. 3 <m< 3. 3。
[0014] 所述步骤（2)中的成型具体为通过造粒成型工艺制备颗粒料或通过注模、脱模制 备块材。
[0015] 所述步骤（2)中的干燥处理温度为100~200°C，干燥时间为4~48h。
[0016] 所述步骤（3)中得到的膨化制品为非晶态的无机轻质多孔材料，形式包括颗粒料 或块材。
[0017] 本发明发现了珍珠岩粉的化学改性方面的有益效果，将其作为改性剂引入到水玻 璃体系中，在较低的热处理温度下即可制备得到膨化制品，相比于长链或片层的硅酸盐矿 物，以玻璃态的珍珠岩粉为改性剂成本更低，工艺过程更简单，适合工业化生产。
[0018] 改性机理：
[0019] 在相应的热处理温度下，材料处于高弹态，具有一定的黏度，其中的碱金属离子会 侵蚀珍珠岩细粉，起到断键的作用。而溶出的Si4+、A13+离子或者低聚的硅铝四面体会与周 围环境中游离的非桥氧重新键合，从而使得水玻璃从硅碱二元体系转变为SiO2-Al2O3-Na2O 三元体系，珍珠岩细粉与水玻璃也从共混状态逐渐转变为均一态，材料的化学稳定性显著 提尚，其改性原理不意图如图1所不。
[0020] 膨胀珍珠岩细粉的X射线衍射图谱及扫描电镜照片如图2,图3所示。玻璃态的 组成及较大的比表面积使得其具有较高的反应活性，在高温条件下受到碱金属离子的侵蚀 时，很容易发生反应。
[0021] 珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却形成的玻璃质岩石，其X射线衍射 谱图如图4所示。通过X射线衍射分析，发现其主要成分为玻璃质，含有少量斜长石、石英 晶体。珍珠岩尾矿细粉的扫描电镜（SEM)照片如图5所示。在常温下，珍珠岩尾矿细粉为 不规则的颗粒态，颗粒表面分布有矿物碎肩。由于珍珠岩是由熔体急剧冷却而形成的，在 冷却过程中黏度急剧增大，系统的内能不是出于最低值，而是处于介稳状态，具有较高的能 态，因此，珍珠岩作为一种过冷的液体，具有较高活性，在一定的外界条件下容易发生反应。 但由于尾矿细粉表面包裹着一层坚硬的玻璃质外壳，加上尾矿细粉为机械破碎所得，颗粒 较大且分布不均匀，因此造成尾矿细粉的反应活性较低。如果能通过一定的方法将外壳打 破，尾矿细粉的潜在活性将被更大限度地激发，本发明所述的活法方法如下：
[0022] (1)球磨：分别取100g干燥后的珍珠岩尾矿细粉装入球磨机（大球：小球=3:1)， 球磨时间分别确定为30、60、120、180、240min。试验结果发现，当球磨时间超过120min后， 球磨时间的增加并不能显著减少筛余量。这说明通过机械球磨细化来提高粉煤灰的细度， 只能在一定的范围内有效。这是因为球磨是将多孔粗粒玻璃体粉碎成细颗粒，随着颗粒粒 径越来越小，颗粒被球磨介质撞击的机会就变小。当颗粒的粒径小于某一值时，增加球磨时 间并不能减少粉煤灰的筛余量。
[0023] (2)高温煅烧：分别取100g过200目筛子的珍珠岩尾矿细粉，煅烧温度分别设定 为750、800、850、900°C。煅烧温度珍珠岩尾矿细粉的铝含量相关，铝含量越高，所需煅烧温 度越高。试验结果表明，相同的试验条件下，使用煅烧后的尾矿细粉制备的膨化制品理化性 能更好。原因在于，经过高温煅烧，促使珍珠岩尾矿细粉中玻璃体的溶解以及晶相结构的破 坏，使释放出无定型的SiOjPAl203，便于后续的碱侵蚀反应。
[0024] 碱金属硅酸盐水溶液中引入含铝矿物的方法已有报道，但是基于该方法的专利， 如公开号CN102795780A、CN102795781A、CN102807326A中报道的方法，含铝矿物的引入是 作为钠硼硅系玻璃中的晶核剂，其本身的晶体结构并未受到破坏。而本发明是从珍珠岩细 粉废料再利用的角度出发，利用发泡温度下玻璃态的珍珠岩细粉受到碱金属离子侵蚀，逐 渐溶解生成均一体的过程达到提高材料化学稳定性的目的，与上述报道的发明思路与改性 原理完全