本發(fā)明涉及建筑材料領域，具體涉及一種輕質建筑陶粒及其制備方法。

背景技術：

不銹鋼材在生產過程中，要經過退火、正火、淬火、焊接等加工過程，表面會形成一層薄而致密的氧化膜，其主要成分中含有大量的氧化鉻、氧化鎳，會對產品的外觀和后續(xù)加工產生不利影響，故在后續(xù)加工前必須采用酸洗、鈍化、拋光等表面處理方法將其除去。不銹鋼表面處理以酸洗為主，由于Cr₂O₃難溶于單一的酸中，因此酸洗通常使用硝酸、硫酸和氫氟酸混合酸。在此過程中，產生了大量含有F^-、Cr³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺和Ni²⁺的酸洗廢水。這類廢水的處理傳統(tǒng)的處理方法主要有化學沉淀法、氧化還原法等，即通過添加絮凝劑或堿液將廢水中的金屬離子轉變成不溶的氫氧化物沉淀而除去，而廢水被中和除去金屬離子后回用。該法具有投資低、操作簡單等優(yōu)點，但會產生大量的含有復雜成分的重金屬污泥，難以通過簡單的分離方法回收其中的金屬，造成資源浪費；同時這些含有重金屬的污泥如不加處理而進行簡單掩埋，則會對環(huán)境造成長期的污染。

目前又有將酸洗廢水通過氫氧化鈉和氫氧化鈣分兩段處理的方法，可將第一段得到的鐵、鉻、鎳沉淀物通過化學方法進行分離回收，或者將沉淀物回入金屬冶煉中進行二次利用。然而目前所報道的方法均未對第二段得到的硫酸鈣、氟化鈣混合沉淀物做出明確處理方法，后段污泥以CaSO₄和CaF₂形成的混合污泥為主，去向多為掩埋、燒磚或用作水泥摻料。因為含氟化鈣的無機物污泥常溫下無法與堿性物質反應，無法控制氟離子溶于水中，會引起地表水中氟化物濃度增加,含氟量超標，并且氟化鈣具有低毒性,極易被植物吸收,對作物生長和人類健康構成威脅。而氟化鈣用于制磚，在這個過程中如果控制不好，氟會以HF，SiF₄等氣態(tài)物形式逸出，不僅腐蝕設備、導致窯口結圈，還會危害周圍環(huán)境。因此必須設法將氟離子有效地固結在產品中，防止其溶于水中而對環(huán)境造成危害。

電石渣是電石水解獲取乙炔氣后，以氫氧化鈣為主要成分的廢渣，其含堿量高，保水性強，屬于Ⅱ類工業(yè)固體廢物。一些工廠一直以來將電石渣直接排到外部環(huán)境中，幾乎沒有作防滲處理。也有利用電石渣代替石灰石制作水泥和石灰的方法。但隨著我國基本建設規(guī)模的控制和對高耗能、高污染行業(yè)的限制，市場水泥的產量已嚴重過剩，許多水泥企業(yè)都處于停頓和下馬的狀態(tài)，用電石渣代替石灰石制水泥的的渠道已經無法進行，因此必須為電石廢渣尋求有效的處理途徑。

煤泥是煤炭洗選加工中的副產品，是由微細粒煤、粉化骨石和水組成的粘稠物，其粒度細、微粒含量多，且持水性強、水分含量高。煤泥灰分含量高，發(fā)熱不高，一般不適于再做燃料，同時煤泥黏性較大，還具有一定的流動性，因此導致煤泥的堆放、貯存和運輸都比較困難，尤其在堆存時，其形態(tài)極不穩(wěn)定，遇水即流失，風干即飛揚。結果不但浪費了寶貴的煤炭資源，而且造成了嚴重的環(huán)境污染，有時甚至制約了洗煤廠的正常生產，成為洗煤廠一個較為棘手的問題。

陶粒是一種陶瓷質地的人造顆粒，主要化學組成為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等金屬氧化物。作為一種建筑用輕集料，陶粒具有密度小，質輕、綜合強度高、防火性能好、耐風化等各項功能，是優(yōu)良的輕質建筑材料，可解決重量、防火、隔熱、保溫等工程上的難題，具有耐風化、價廉物美、環(huán)保、容易制作等優(yōu)點。因此大量應用于預制墻板、間墻、輕質混凝土、屋面保溫、混凝土預制件、小型輕質砌塊、陶粒磚等領域，亦可用于園藝、花卉、市政及無土栽培等市場。

過去燒結陶粒都是以粘土為主要原料，浪費大量耕地土壤。目前，大都以工業(yè)廢棄物為原料作為陶粒的原料，主要以粘土、頁巖、粉煤灰、脫水污泥等為主要原料，也有很多以固廢為主要原料制陶粒的方法。燒制超輕陶粒時，原料的化學成分按其作用可分為3類：一是成陶成分，在陶粒燒制過程中起支撐骨架作用，主要化學成分為SiO₂、Al₂O₃和CaO，在原料中占3/4左右；二是起助熔作用的熔劑氧化物,起調節(jié)原料熔點的作用，主要化學成分為Na₂O、K₂O等低熔點無機氧化物；三是產氣成分，物料所含的C、Fe的氧化物在高溫時產生氣體CO、CO₂等，起膨脹作用。

中國專利CN200610019341.9公開了一種用油頁巖渣制備的陶粒及其制備方法。但是該專利。該方法由油頁巖渣在1000℃～1300℃燒結而成，其優(yōu)點在于充分利用油頁巖渣中礦物成分及可燃成分制備多孔高強陶粒，產品具有一定的附加值，但是該產品密度大，導熱系數(shù)高。

因此，為解決上述問題，需要結合建筑陶粒的制備方法，針對不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥處理過程中產生的硫酸鈣和氟化鈣等產物，以及電石廢渣、煤泥等固體廢棄物進行二次再利用，以達到解決環(huán)境污染和產生經濟效益的目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，提供一種輕質建筑陶粒及其制備方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是：一種輕質建筑陶粒，制備輕質建筑陶粒的原料及其質量百分數(shù)為：風干煤泥36％～50％、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥27％～40％、風干電石廢渣18％～30％；所述風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥包括：硫酸鈣和氟化鈣；

其中，風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥中的氟化鈣的熔點較低，可以作為陶粒燒結的助熔劑；而且當含氟化鈣的污泥與其他無機性礦物質以高溫液相共同燒結時，污泥中的氟離子將取代玻璃相中二氧化硅的氧離子，而形成另一更高能階的安定性礦物結晶，可有效防止氟化鈣污泥中的氟離子再次溶出而污染水源；

煤泥中含有豐富的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃及C成分，能夠為陶粒的燒制提供一定的成陶骨架和產氣成分等無機元素，而不銹鋼酸洗廢水污泥的主要成分是CaSO₄和CaF₂，將兩者結合可滿足燒制陶粒的基本要求；

電石渣成分中Ca(OH)₂質量分數(shù)高達90％以上，正好可作為不銹鋼酸洗鈍化廢水治理的第二段污泥主要成分氟化鈣的穩(wěn)定劑。

進一步地，硫酸鈣和氟化鈣的質量和占風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥質量的98％以上。

本發(fā)明的另一目的，在于提供一種輕質建筑陶粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，配料：將風干煤泥、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥和風干電石廢渣按所述質量百分數(shù)配料，得到混合物料，混合物料經破碎機破碎至粒徑為2mm～5mm，再經研磨機研磨后篩分，得到粉末料；

步驟S2，生料球制備：在步驟S1制備的粉末料中加入水，攪拌制成料球，將料球在100℃～110℃下干燥60min～90min，得到含水率為5wt％～10wt％的生料球；

步驟S3，焙燒：將步驟S2制備的生料球置于焙燒爐中，以10℃/min的速率升溫至400℃～600℃，預熱20min～35min，再以15℃/min的升溫速率升溫至800℃～1150℃，焙燒100min～125min，最后隨爐冷卻至室溫，即得輕質建筑陶粒。

進一步地，步驟S1中，粉末料的粒徑為：120μm～180μm。

進一步地，步驟S2中，水的質量為：粉末料質量的2％～5％。

進一步地，步驟S2中，生料球的粒徑為：5mm～20mm。

進一步地，步驟S3中，輕質建筑陶粒的吸水率為：6％～9％。

進一步地，步驟S3中，輕質建筑陶粒的堆積密度為：400kg/m³～500kg/m³。

進一步地，步驟S3中，輕質建筑陶粒的筒壓強度為：2MPa～6MPa。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.本發(fā)明本發(fā)明針對不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥處理過程中產生的硫酸鈣和氟化鈣等產物，以及電石廢渣、煤泥等固體廢棄物進行二次再利用，以達到解決環(huán)境污染和產生經濟效益的目的；制備的陶粒具有級配連續(xù)、導熱系數(shù)低、質輕、強度高、隔音、保溫耐火、耐化學、抗震、抗凍等優(yōu)良性能；其中，風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥中的氟化鈣的熔點較低，可以作為陶粒燒結的助熔劑；煤泥中含有豐富的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃及C成分，能夠為陶粒的燒制提供一定的成陶骨架和產氣成分等無機元素，與不銹鋼酸洗廢水污泥的主要成分CaSO₄和CaF₂結合可滿足燒制陶粒的基本要求；而電石廢渣中的游離鈣正好可作為不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥中氟化鈣的穩(wěn)定劑；

2.本發(fā)明制備的陶粒可被廣泛應用于保溫混凝土、結構保溫混凝土、高層結構混凝土及建筑預制件承重的、非承重的陶粒砌塊、大型墻板；

3.本發(fā)明制備工藝簡單，容易操作，滿足工業(yè)化批量生產。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

實施例1

一種輕質建筑陶粒，制備輕質建筑陶粒的原料及其質量百分數(shù)為：風干煤泥36％、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥40％、風干電石廢渣24％；所述風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥包括：硫酸鈣和氟化鈣；硫酸鈣和氟化鈣的質量和占風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥質量的98％。

實施例2

一種輕質建筑陶粒，制備輕質建筑陶粒的原料及其質量百分數(shù)為：風干煤泥43％、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥27％、風干電石廢渣30％；所述風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥包括：硫酸鈣和氟化鈣；硫酸鈣和氟化鈣的質量和占風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥質量的99％。

實施例3

一種輕質建筑陶粒，制備輕質建筑陶粒的原料及其質量百分數(shù)為：風干煤泥50％、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥32％、風干電石廢渣18％；所述風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥包括：硫酸鈣和氟化鈣；硫酸鈣和氟化鈣的質量和占風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥質量的99.5％。

實施例4

一種輕質建筑陶粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，配料：將風干煤泥、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥和風干電石廢渣按所述質量百分數(shù)配料，得到混合物料，混合物料經破碎機破碎至粒徑為2mm，再經研磨機研磨后篩分，得到粉末料；其中，粉末料的粒徑為120μm；

步驟S2，生料球制備：在步驟S1制備的粉末料中加入水，攪拌制成料球，將料球在100℃下干燥90min，得到含水率為5wt％的生料球；其中，水的質量為粉末料質量的2％；生料球的粒徑為5mm；

步驟S3，焙燒：將步驟S2制備的生料球置于焙燒爐中，以10℃/min的速率升溫至400℃，預熱35min，再以15℃/min的升溫速率升溫至800℃，焙燒125min，最后隨爐冷卻至室溫，即得輕質建筑陶粒；其中，輕質建筑陶粒的吸水率為6％；輕質建筑陶粒的堆積密度為400kg/m³；輕質建筑陶粒的筒壓強度為2MPa。

實施例5

一種輕質建筑陶粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，配料：將風干煤泥、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥和風干電石廢渣按所述質量百分數(shù)配料，得到混合物料，混合物料經破碎機破碎至粒徑為4mm，再經研磨機研磨后篩分，得到粉末料；其中，粉末料的粒徑為150μm；

步驟S2，生料球制備：在步驟S1制備的粉末料中加入水，攪拌制成料球，將料球在105℃下干燥75min，得到含水率為8wt％的生料球；其中，水的質量為粉末料質量的4％；生料球的粒徑為12mm；

步驟S3，焙燒：將步驟S2制備的生料球置于焙燒爐中，以10℃/min的速率升溫至500℃，預熱30min，再以15℃/min的升溫速率升溫至1000℃，焙燒110min，最后隨爐冷卻至室溫，即得輕質建筑陶粒；其中，輕質建筑陶粒的吸水率為8％；輕質建筑陶粒的堆積密度為450kg/m³；輕質建筑陶粒的筒壓強度為4MPa。

實施例6

一種輕質建筑陶粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，配料：將風干煤泥、風干不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥和風干電石廢渣按所述質量百分數(shù)配料，得到混合物料，混合物料經破碎機破碎至粒徑為5mm，再經研磨機研磨后篩分，得到粉末料；其中，粉末料的粒徑為180μm；

步驟S2，生料球制備：在步驟S1制備的粉末料中加入水，攪拌制成料球，將料球在110℃下干燥60min，得到含水率為10wt％的生料球；其中，水的質量為粉末料質量的5％；生料球的粒徑為20mm；

步驟S3，焙燒：將步驟S2制備的生料球置于焙燒爐中，以10℃/min的速率升溫至600℃，預熱20min，再以15℃/min的升溫速率升溫至1150℃，焙燒100min，最后隨爐冷卻至室溫，即得輕質建筑陶粒；其中，輕質建筑陶粒的吸水率為9％；輕質建筑陶粒的堆積密度為500kg/m³；輕質建筑陶粒的筒壓強度為6MPa。

實驗例1

按照GBT17431.1～1998《輕集料及其試驗方法》方式，對實施例1～6制備的輕質建筑陶粒進行吸水率，堆積密度和筒壓強度性能測試，測試結果如表1所示。

表1 輕質建筑陶粒的性能測試結果

結果：實施例1～6制備的輕質建筑陶粒吸水率為：6％～9％；堆積密度為：400kg/m³～500kg/m³；筒壓強度為：2MPa～6MPa；均滿足輕集料國家標準。

結論：本發(fā)明針對不銹鋼酸洗鈍化廢水污泥處理過程中產生的硫酸鈣和氟化鈣等產物，以及電石廢渣、煤泥等固體廢棄物進行二次再利用，以達到解決環(huán)境污染和產生經濟效益的目的；制備的陶粒具有級配連續(xù)、導熱系數(shù)低、質輕、強度高、隔音、保溫耐火、耐化學、抗震、抗凍等優(yōu)良性能。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。