重质免烧陶粒及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及陶粒制备技术领域，更具体地，涉及一种重质免烧陶粒及其制备工艺。

背景技术：

2.陶粒作为一种建筑用轻骨料，以其轻体、保温、环保等特性受到了人们的极大青睐，可以替代碎石来生产陶粒混凝土、陶粒砌块和陶粒墙板等轻质墙体材料或作为路基材料。

3.然而，现有技术中，陶粒大都是采用粘土或者其他材料经过焙烧工艺高温烧结而成，消耗了大量的粘土资源，同时也消耗了大量的煤、燃气、电力等能源资源，产生的废气排放还会对环境造成污染，且成本很高。而且，陶粒直接应用在普通商砼中后，会出现陶粒漂浮的现象，大大限制了陶粒产品的发展使用。因此，急需开发新原料制备重质陶粒的技术。

技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种重质免烧陶粒及其制备工艺，以铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或几种为主要原料，不但可以稳定、持久、无害化地处理铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉等固废，能够有效解决固废难处理的问题，而且制备出来的重质免烧陶粒强度高，堆积密度大，防水性能优良，制备工艺无需高温烧结，可以实现大规模工业化生产。

5.值得说明的是，中国工业化进程的过程中，铸造产业蓬勃发展。在铸造生产过程中产生了很多的抛丸灰、钢渣等含有高密度金属粉末颗粒物。高密度金属粉末颗粒现阶段根据环保要求严禁排放，否则会对周围环境造成严重污染。随意堆放则会导致大量地面堆场面积被占据，也会污染周围边水源和土壤。铸造抛丸灰及钢渣等材料缺乏有效的、环保的处置方式。

6.本发明采用如下技术方案：

7.一种重质免烧陶粒，堆积密度大于1400kg/m3表观密度大于2600kg/m3，吸水率低于4％，由包括以下重量份的组分制备而成：粉料100份，水泥15份-25份，水玻璃10份-15份，减水剂1.5份-2.5份，氯化钙0.5份-1份，水25份-35份；其中，所述粉料包括铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或者几种。

8.本发明通过铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或者几种作为主要原料，不但可以稳定、持久、无害化地处理铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉等固废，能够有效解决固废难处理的问题，而且这些粉料中的二氧化硅、硅酸盐等成分，不但能与水泥发生硬化反应，同时在硬化完成后还能将高密度金属颗粒成分，铁、钛、镍、铜等，固结在陶粒中，这些高密度金属颗粒以稳定态络合物形式存在，从而有效控制了陶粒中金属成分的浸出。这些高密度金属颗粒材料的存在，增加了陶粒的真实密度与堆积密度，同时减少了陶粒的孔隙率。本发明提出的重质免烧陶粒堆积密度远大于传统常规轻质陶粒，堆积密度可达2500kg/m3，而天然石子的堆积密度为2400kg/m3，两者基本相当。本发明提出的重质免烧陶粒的吸水率可低于1％，而天然石子的吸水率约为3％，本发明提出的重质免烧陶粒性能更佳，可以替代

石子直接应用在混凝土制品中。水泥占粉料的15％-25％，不但保障了物料的粘接性，而且强度较高，容易造粒成球，而且生产成本较低。

9.水玻璃可以在水泥固化过程中渗入陶粒在制备过程中产生的缝隙结构内，在填补陶粒缝隙结构的同时，还能使得陶粒产生增重效果，降低陶粒在使用时的吸水率。水泥在硬化固结后能显著提高陶粒的硬度，而水玻璃的加入，能够给陶粒提供一定的韧性。在水泥与水玻璃的双重作用下，显著提高了陶粒的抗破碎能力。

10.通过氯化钙能增加水泥中矿物成分的溶解度，加速水泥中矿物成分的水化速度。氯化钙与水泥中的三氧化二铝生成不溶于水的水化氯铝酸钙，同时氯化钙又能使水泥浆中的氢氧化钙产生固相析出。水化氯铝酸钙以及氢氧化钙固相的析出，加速了水泥浆体的结构形成，利于水泥混合物早期的强度的发展。氯化钙的加入使陶粒在生产制备过程中，具备一定的初始强度，保证在后期的出料以及堆放过程中降低其破碎率，有利于实现工业化大批量生产。

11.通过减水剂吸附于水泥颗粒表面，使颗粒显示电性能，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥，使水泥颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分，从而产生减水作用。同时减水剂的加入，使得水泥颗粒表面形成吸咐膜，影响水泥的水化速度，使水泥石晶体的生长更为完善，减少了容易导致水分蒸发的毛细空隙，水泥石晶体的网络结构更为致密，提高了掺有水泥混合料的硬度和结构致密性，从而进一步提高了免烧重质陶粒的致密度。减水剂可以采用木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中任意一种。

12.本发明提出的重质免烧陶粒堆积密度大于1400kg/m3，表观密度大于2600kg/m3，吸水率低于4％，可直接取代瓜子片等小颗粒石子应用在混凝土中。在取代小石子应用在混凝土中时，陶粒不需要提前喷水润湿来增加陶粒的含水量，就能有效避免在随后的混制过程中吸收拌合料中的水份而导致的水泥水化程度不够、混凝土强度不达标等异常情况。陶粒堆积密度较重，拌料后不会漂浮，保障了后续混凝土凝固后的表面收光效果，保障了混凝土的强度均匀性。陶粒为圆形，应用在混凝土中后不会出现石子尖角集中导致的应力集中，可大幅提高混凝土的强度。同时，本发明提出的重质免烧陶粒具有低吸水、高强度、密度大的特点，可直接取代瓜子片等小颗粒石子应用在混凝土材料中，具体包括商砼、预制件、水稳基层材料、透水混凝土步道等，进一步扩大了陶粒的使用范围。

13.在上述技术方案中，所述粉料的粒径为1000目-3000目。

14.本发明粉料的粒径设计为1000目-3000目，便于与水泥等其他组分充分混合以及相互反应，从而更好地与水泥产生硬化反应，使得高密度金属颗粒成分较为均衡地固结在陶粒中。铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或几种，经过粉磨后制备成1000目-3000目粉料。

15.本发明还提出了如下技术方案：

16.一种重质免烧陶粒的制备工艺，包括以下步骤：将粉料、水泥搅拌混合，得到固体粉剂混合料；将水玻璃、减水剂、氯化钙与适量清水搅拌混合，得到液体混合料；将固体粉剂混合料、液体混合料进行搅拌混制，得到固液混合料；将固液混合料加入造粒盘中造粒，在造粒过程中，将适量清水以雾化形式分多次加入，制备得到半成品陶粒；将半成品陶粒转移到空旷的平地区域养护，得到重质免烧陶粒。

17.本发明通过固体粉剂混合料、液体混合料分别搅拌混合配制，然后在几种搅拌混合，一定程度上避免了固液料混合不均匀现象的发生，而且可以充分发挥各组分的协同作用，保障陶粒的生产质量。通过将固液混合料加入造粒盘中造粒，之后进行堆放养护，不需要高温烧结，可以实现大规模工业化生产，而且制备工艺过程较为简单，制备出来的免烧重质陶粒具有极高的筒压强度、吸水率较低、密度和天然石子相当，陶粒表面相对传统轻质陶粒更为致密，完全能满足混凝土施工的技术指标要求，有利于降低混凝土施工的成本。

18.优选地，在上述技术方案中，制备半成品陶粒时，将造粒盘倾斜角度控制在30

°?

45

°

，造粒盘电机转动频率控制在40hz-50hz，控制半成品陶粒粒径为5mm-20mm。

19.本发明通过严格控制造粒盘倾斜角度、造粒盘电机转动频率，保障了半成品陶粒的粒径，使得半成品陶粒粒径控制在5mm-20mm，能够满足在混凝土材料中应用的需求。

20.进一步地，在上述技术方案中，制备半成品陶粒将适量清水以雾化形式分多次加入的过程中，控制加水间隔时间为5min，每次加水持续时间为2min-3min。

21.通过控制制备半成品陶粒制备过程中的加水间隔时间以及每次加水的持续时间，保障半成品陶粒的适度含水量，有利于控制半成品陶粒的结构、形状均一性。

22.具体地，在上述技术方案中，所述将半成品陶粒转移到空旷的平地区域养护，得到重质免烧陶粒，具体包括以下步骤：将半成品陶粒转移到空旷的平地区域中堆积；每隔24h向半成品陶粒堆层喷洒一次雾化水，保持陶粒表面湿润浸透，雾化水喷洒完毕后在陶粒表面覆盖塑料薄膜，如此操作，持续7天；将陶粒收集储存入料仓，储存28天后，即得到成品重质免烧陶粒。

23.本发明通过间隔喷洒雾化水，保持陶粒表面湿润浸透，在雾化水喷洒完毕后在陶粒表面覆盖塑料薄膜，保障水泥的适宜水化，以及陶粒内部各组分的协同作用和反应，保障陶粒的结构和性能，而在之后将陶粒收集储存入料仓，储存28天，即可得到成品重质免烧陶粒。成品重质免烧陶粒的结构、性能稳定，具备低吸水、高强度、密度大的特点。

24.值得说明的是，陶粒需要存放在干燥通风防潮位置，避免吸湿影响后期的拌合使用。

25.需要说明的是，陶粒在养护过程中需要对温度和湿度进行有效的监控，保证温度处于25℃-50℃，相对湿度处于50％-70％。

26.进一步地，在上述技术方案中，半成品陶粒堆积的堆层厚度控制为50cm-80cm。

27.通过将堆层厚度控制为50cm-80cm，保障了水泥的适宜水化过程，既不会因堆积厚度过薄散热快而导致水泥水化不良、陶粒强度过低，也不会因堆积厚度过厚散热慢而导致温度集中而导致陶粒水化提前，减少了陶粒内部应力过于集中、陶粒开裂等现象的发生。

28.在本发明的具体实施方式中，制备固体粉剂混合料时，搅拌机转速控制在150r/min-200r/min，搅拌时间控制在30s-60s。

29.在本发明的一个优选实施方式中，制备液体混合料时，搅拌机转速控制在50r/min-100r/min，搅拌时间控制在45s-65s。

30.在本发明的一个优选实施方式中，制备固液混合料时，混制时间控制在200s-300s，搅拌机转速控制在500r/min-1000r/min。

31.本发明通过固体粉剂混合料、液体混合料分别混合，然后再集中搅拌混合，每个混合阶段设计适宜的搅拌转速和时间，在保障混合均匀的同时，节约了能源，而且搅拌混合效

率较高。

32.需要说明的是，固体粉剂混合料在卧式搅拌机中搅拌混合得到。液体混合料在水泥胶浆搅拌机中搅拌混合得到。固体粉剂混合料与液体混合料在高速搅拌设备中进行搅拌混制。

33.与现有技术相比，本发明的有益效果为：

34.(1)本发明所提供的重质免烧陶粒通过以铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或几种为主要原料，不但可以稳定、持久、无害化地处理铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉等固废，能够有效解决固废难处理的问题，变废为宝，实现废物再利用的循环型经济模式，促进经济发展，而且重质免烧陶粒强度高、堆积密度大、吸水率低，能够应用于混凝土、墙体材料、水泥预制件等场所，既取得了良好的经济效益，同时还能避免对环境造成污染。

35.(2)本发明重质免烧陶粒的制备工艺过程简单易行，生产成本极低，无需大型煅烧设备进行烧结，能耗低，符合节能、低碳、环保的基本国策，而且可以大规模工业化生产应用。

36.(3)本发明重质免烧陶粒的制备工艺制备出来的重质免烧陶粒筒压强度高、吸水率较低，密度和天然石子相当，陶粒表面相对传统轻质陶粒更为致密，完全能够满足混凝土施工的技术指标要求，在使用时无需提前喷水润湿，使用过程简单，成本低，有利于降低混凝土施工成本。

具体实施方式

37.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。

38.以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

39.在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

40.在本发明实施例中，所使用的原料均为常规市售产品。

41.铸造抛丸灰：铸造生产过程中，铸件毛坯表面出现粘砂或光滑度不够的情况时，采用高速运动的钢丸撞击铸件表面，将粘砂或铸件表面粗糙区域打磨平整。体积完整或磨损轻度的钢丸，经筛分过滤后继续回用。剩下破碎的钢丸粉末、细砂粉末、金属粉末则被引风除尘聚集后形成铸造抛丸灰。

42.铸造抛丸灰的主要成分为：铁60％，石墨5％，硅粉20％，钛、镍等5％，其他10％。

43.钢渣粉：钢渣是炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。以上产物经过球磨破碎后生成的粉末即钢渣粉。

44.钢渣粉的主要成分为：铁70％，三氧化二铝5％，硅粉5％，钛、镍等10％，其他10％。

45.金属尾矿粉：矿选厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细，选取“有用组分”后排放的废弃物即金属尾矿粉。

46.金属尾矿粉的主要成分为：硫化亚铁70％、硅酸钠10％、杂质金属(铜、镍、钛)粉末20％。

47.实施例1

48.本发明实施例的重质免烧陶粒的配方：粉料100kg(粒径1000目-3000目，铸造抛丸灰30kg、钢渣粉30kg、金属尾矿粉40kg)，水泥15kg，水玻璃10kg，td-jss2聚羧酸减水剂1.5kg，氯化钙0.5kg，水25kg。。

49.本发明实施例的重质免烧陶粒的制备工艺,采用上述配方，包括以下步骤：

50.s11，将粉料、水泥在卧式搅拌机中搅拌混合，搅拌机转速150r/min-200r/min，搅拌时间30s-60s，得到固体粉剂混合料。

51.s12，将水玻璃、减水剂、氯化钙与15kg清水在水泥胶浆搅拌机中搅拌混合搅拌混合，搅拌机转速为50r/min-100r/min，搅拌时间为45s-65s，得到液体混合料。

52.s13，将固体粉剂混合料、液体混合料在高速搅拌设备中进行搅拌混制，搅拌机转速为500r/min-1000r/min，搅拌时间为200s-300s，得到固液混合料。

53.s14，将固液混合料加入造粒盘中造粒，造粒盘倾斜角度控制在30

°?

45

°

，造粒盘电机转动频率控制在40hz-50hz，控制半成品陶粒粒径为5mm-20mm，在造粒过程中，将10kg清水以雾化形式分三次加入，控制加水间隔时间为5min，每次加水持续时间为2min-3min，制备得到半成品陶粒。

54.s15，将半成品陶粒转移到空旷的平地区域，堆层厚度控制为50cm。

55.s16，每隔24h向半成品陶粒堆层喷洒一次雾化水，保持陶粒表面湿润浸透，雾化水喷洒完毕后在陶粒表面覆盖塑料薄膜，如此操作，持续7天。

56.s17，将陶粒收集储存入料仓，储存28天后，即得到成品重质免烧陶粒。

57.实施例2

58.与实施例1的不同之处在于，本发明实施例的重质免烧陶粒的配方：粉料100kg(粒径1000目-3000目，铸造抛丸灰30kg、钢渣粉30kg、金属尾矿粉40kg)，水泥25kg，水玻璃15kg，td-jss2聚羧酸减水剂2.5kg，氯化钙1kg，水35kg。

59.本发明实施例的重质免烧陶粒的制备工艺中，步骤s12制备液体混合料中，加入20kg清水；步骤s14制备半成品陶粒时，加入15kg清水。

60.实施例3

61.与实施例1的不同之处在于，本发明实施例的重质免烧陶粒的配方：粉料100kg(粒径1000目-3000目，铸造抛丸灰30kg、钢渣粉30kg、金属尾矿粉40kg)，水泥20kg，水玻璃12kg，td-jss2聚羧酸减水剂2.0kg，氯化钙0.8kg，水30kg。

62.本发明实施例的重质免烧陶粒的制备工艺中，步骤s12制备液体混合料中，加入18kg清水；步骤s14制备半成品陶粒时，加入12kg清水。

63.实施例4

64.与实施例3的不同之处在于，步骤s15中，堆层厚度控制为60cm。

65.实施例5

66.与实施例3的不同之处在于，步骤s15中，堆层厚度控制为80cm。

67.对比例1

68.与实施例3的不同之处在于，陶粒的配方：污泥100kg(替换粉料)，水泥20kg，水玻

璃12kg，td-jss2聚羧酸减水剂2.0kg，氯化钙0.8kg，水30kg。

69.对比例2

70.与实施例4的不同之处在于，陶粒的配方：粉料100kg(粒径1000目-3000目，铸造抛丸灰30kg、钢渣粉30kg、金属尾矿粉40kg)，水泥20kg，td-jss2聚羧酸减水剂2.0kg，氯化钙0.8kg，水30kg。

71.对实施例1-实施例5，对比例1-2对比例制备出来的陶粒进行性能检测，检测结果如下表1所示：

72.表1

[0073][0074]

分析表1，可以看出，本实施例1至实施例5制备出来的陶粒堆积密度大于1400kg/m3，表观密度大于2600kg/m3，吸水率低于4％，性能相当于天然石子，可直接取代瓜子片等小颗粒石子应用在混凝土中。本实施例1至实施例5制备出来的陶粒堆积密度在1.4g/cm

3-1.6g/cm3，表观密度在2.6g/cm

3-2.8g/cm3，空隙率在30％-45％，酸溶率和碱溶率均≤0.3％，筒压强在13mpa-15mpa，压碎值在10％-15％，吸水率小于4％，能够满足混凝土等使用要求，陶粒堆积密度较重，拌料后不会漂浮，保障了后续混凝土凝固后的表面收光效果，保障了混凝土的强度均匀性。而对比例1中采用污泥为主料，制备出来的陶粒为轻质陶粒，堆积密度以及表观密度较低，难以应用在混凝土中。对比例2中略去了水玻璃，制备出来的陶粒堆积密度以及表观密度，以及吸水率等，都难以满足混凝土的应用需求。

[0075]

本实施例1至实施例5制备出来的重质免烧陶粒具有低吸水、高强度、密度大的特点，可直接取代瓜子片等小颗粒石子应用在混凝土材料中，具体包括商砼、预制件、水稳基层材料、透水混凝土步道等，进一步扩大了陶粒的使用范围。

[0076]

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替

换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：

1.一种重质免烧陶粒，其特征在于，堆积密度大于1400kg/m3，表观密度大于2600kg/m3，吸水率低于4％，由包括以下重量份的组分制备而成：粉料100份，水泥15份-25份，水玻璃10份-15份，减水剂1.5份-2.5份，氯化钙0.5份-1份，水25份-35份；其中，所述粉料选自铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或者几种。2.根据权利要求1所述的重质免烧陶粒，其特征在于，所述粉料的粒径为1000目-3000目。3.一种权利要求1或2所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：将粉料、水泥搅拌混合，得到固体粉剂混合料；将水玻璃、减水剂、氯化钙与适量清水搅拌混合，得到液体混合料；将固体粉剂混合料、液体混合料进行搅拌混制，得到固液混合料；将所述固液混合料加入造粒盘中造粒，在造粒过程中，将适量清水以雾化形式分多次加入，制备得到半成品陶粒；将半成品陶粒转移到空旷的平地区域养护，得到重质免烧陶粒。4.根据权利要求3所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，制备半成品陶粒时，将造粒盘倾斜角度控制在30

°?

45

°

，造粒盘电机转动频率控制在40hz-50hz，控制半成品陶粒粒径为5mm-20mm。5.根据权利要求4所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，制备半成品陶粒将适量清水以雾化形式分多次加入的过程中，控制加水间隔时间为5min，每次加水持续时间为2min-3min。6.根据权利要求3所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，所述将半成品陶粒转移到空旷的平地区域养护，得到重质免烧陶粒，具体包括以下步骤：将半成品陶粒转移到空旷的平地区域中堆积；每隔24h向半成品陶粒堆层喷洒一次雾化水，保持陶粒表面湿润浸透，雾化水喷洒完毕后在陶粒表面覆盖塑料薄膜，如此操作，持续7天；将陶粒收集储存入料仓，储存28天后，即得到成品重质免烧陶粒。7.根据权利要求6所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，半成品陶粒堆积的堆层厚度控制为50cm-80cm。8.根据权利要求3至7中任一项所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，制备固体粉剂混合液时，搅拌机转速控制在150r/min-200r/min，搅拌时间控制在30s-60s。9.根据权利要求3至7中任一项所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，制备液体混合料时，搅拌机转速控制在50r/min-100r/min，搅拌时间控制在45s-65s。10.根据权利要求3至7中任一项所述的重质免烧陶粒的制备工艺，其特征在于，制备固液混合料时，混制时间控制在200s-300s，搅拌机转速控制在500r/min-1000r/min。

技术总结

本发明提供一种重质免烧陶粒及其制备工艺，重质免烧陶粒堆积密度大于1400kg/m3，表观密度大于2600kg/m3，吸水率低于4％，由包括以下重量份的组分制备而成：粉料100份，水泥15份-25份，水玻璃10份-15份，减水剂1.5份-2.5份，氯化钙0.5份-1份，水25份-35份；其中，粉料包括铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或者几种。本发明以铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉中的一种或几种为主要原料，不但可以稳定、持久、无害化地处理铸造抛丸灰、钢渣粉、金属尾矿粉等固废，能够有效解决固废难处理的问题，而且制备出来的重质免烧陶粒强度高，堆积密度大，吸水率低，能够应用于混凝土、墙体材料、水泥预制件等场所，制备工艺无需高温烧结，可以实现大规模工业化生产。可以实现大规模工业化生产。

技术研发人员：李卓情 胡文志 尹海军 孙贤洋 包羽冲

受保护的技术使用者：合肥仁创铸造材料有限公司

技术研发日：2021.12.23

技术公布日：2022/4/12