一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法

技术领域

本发明属于陶粒领域，尤其是涉及一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法。

背景技术

粉煤灰是火力发电厂的主要废弃物。其产量大、占地多，并且成扬尘，污染地下水，造成非常严重的环境问题。

目前，可应用于高温环境下陶粒产品很少，利用碳酸稀土提高粉煤灰陶粒筒压强度的研究更少。为响应无废工业、环保城市理念，利用碳酸稀土与粉煤灰开发一种综合性能优良的陶粒产品相当有必要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤1是粉煤灰的前处理：将粉煤灰进行震荡、高温焙烧、研磨、过筛后得到粉煤灰粉体；

步骤2是混合粉体的制备：将烘干后的碳酸稀土与所述的粉煤灰粉体混合后进行球磨、喷雾干燥后得到混合粉体，将所述的混合粉体分为第一粉体与第二粉体；

步骤3是防粘结材料的制备：将所述的第一粉体与调整剂混合后得到防粘结材料；

步骤4是焙烧工艺：将所述的第二粉体置于造粒机中，向其中滴加入粘结剂，陶粒成型后，向其中加入防粘结材料，滚至陶粒表层均匀覆盖后出料，然后经陈化、焙烧后得到所述的碳酸稀土粉煤灰陶粒。

进一步，所述的步骤2中的烘干步骤的温度为80-275℃，时间为1-5h；所述的步骤2中的碳酸稀土为碳酸镧、碳酸铈、碳酸钐、碳酸钆、碳酸铒、碳酸钇或碳酸镧铈中的至少一种；所述的步骤2中的碳酸稀土的纯度≥98%。

进一步，所述的步骤2中的球磨步骤的线速度为1-13m/s，温度为15-40℃，固含量为25-80%，研磨后的料浆的粒径为1μm≤D

进一步，所述的步骤2中的烘干后的碳酸稀土与粉煤灰粉体的质量比为1-15:85-99。

进一步，所述的步骤3中的调整剂的质量为所述的第一粉体的0.1-20w%；所述的步骤3中的调整剂为氧化铝、氧化硅、氧化钙或石墨粉中的至少一种；所述的步骤3中的混合步骤的时间为0.1-2h。

进一步，所述的步骤4中的粘结剂为水、水玻璃、磷酸二氢铝或高温溶胶中的至少一种；所述的高温溶胶为硅溶胶、铝溶胶或锆溶胶中的至少一种；所述的步骤4中的粘结剂与所述的第二粉体的质量比为15-28: 72-85。

进一步，所述的步骤4中的造粒机的倾斜角为30°-50°，转速为10-60rpm；所述的步骤4的滴加步骤的速率为0.0001-10 L/s；所述的步骤4中的陶粒的直径为3-30mm；所述的步骤4中的防粘结材料的添加量为所述的陶粒的1-10w%。

进一步，所述的步骤4中的陈化步骤的温度为18-30℃，湿度为35-65%，时间为8-24h；所述的步骤4中的焙烧步骤的参数如下：以5-30℃/min的速率由室温升温至200℃，200℃保温15-300min，以3-10℃/min的速率由200℃升温至1100-1450℃，保温1-150min后冷却至室温。

进一步，所述的步骤1中的震荡步骤的分级为17-28K，筛分出300μm以上的漂珠；所述的步骤1中的高温焙烧步骤的温度为750-900℃，时间为1-5h；所述的步骤1中的研磨步骤的粒径为1200目，余率≤5%。

进一步，所述的步骤1中的粉煤灰由包括如下质量百分比的组分组成：氧化铝10-45%，氧化硅25-55%，氧化钙≤15%，氧化镁≤5%，氧化铁≤7%，钾钠≤5%。

碳酸稀土在900℃左右分解成氧化稀土，过程中不断分解产生CO

碳酸稀土在高温时促进粉煤灰中低熔点钠长石、钾长石相分解，反应过程中碳酸稀土高温分解产生的氧化稀土可以促低熔点液相的生成，会给铝相、硅相提供更充分的离子热运动环境，促使铝硅相在较低温度下生成蓝晶石相、方石英相，从而进一步增强陶粒骨架成分的强度，增强陶粒筒压强度性能。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法利用碳酸稀土特性结合粉煤灰制备出轻质、筒压强度高、耐火度高的保温材料，拓展碳酸稀土在工业窑炉保温耐材领域的应用，丰富碳酸稀土下游产业链；能大量消耗工业固废粉煤灰，变废为宝，还解决了粉煤灰堆存造成的环境污染和安全隐患问题；较常规粉煤灰陶粒筒压强度提升40%以上；较常规粉煤灰陶粒材料导热系数下降30%以上。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的碳酸稀土粉煤灰陶粒与粉煤灰陶粒的谱图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧铈80g与1940g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）取混合微粉60g加入6gα-氧化铝在三维混粉机中充分混合30min得到防粘结层材料；

（4）将其余的混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入防粘结材料，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒，所述的碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒的谱图如图1所示。

实施例2

一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧76g、碳酸钐70g与1940g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）取混合微粉60g加入4gα-氧化铝、2g氧化硅在三维混粉机中充分混合30min得到防粘结层材料；

（4）将其余的混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入铝溶胶（5%）500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入防粘结材料66g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1285℃，保温130min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒。

实施例3

一种高筒压强度的碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸钐192g、碳酸铈100与1800g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）取混合微粉60g加入5gα-氧化铝、2g氧化硅在三维混粉机中充分混合30min得到防粘结层材料；

（4）将其余的混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入磷酸二氢铝（10%）450g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入防粘结材料67g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1285℃，保温120min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒。

对比例1

一种粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）2020g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）将其余的微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入实施例1中制得的防粘结材料66g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，可得到粉煤灰烧胀陶粒，所述的粉煤灰烧胀陶粒的谱图如图1所示。

对比例2

一种碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧铈80g与1940g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）将其余的混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入实施例1中制得的防粘结材料66g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，无法得到陶粒，因为不除杂粉煤灰原料含有低熔点玻璃微珠以及大量助熔作用的碱金属，陶粒1255℃焙烧后熔融液化，无法保持球型。

对比例3

一种碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧铈80g与1940g粉煤灰混合后装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入实施例1中制得的防粘结材料66g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒，碳酸镧铈粉煤灰混合粉体材料微观组成不够均匀，烧胀气孔分布不均且容易造成气孔分布在陶粒表层，陶粒芯层无气孔产生。

对比例4

一种碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧铈80g与1940g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）将其混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒。

对比例5

一种碳酸稀土粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤：

（1）取粉煤灰经17K震荡分级，除去300微米以上漂珠，剩余筛分粉煤灰进行800℃高温焙烧5h后出料空冷至25℃经高能气流磨研磨，取1200目筛下料，研磨后粉煤灰成分为氧化铝26%、氧化硅45%、氧化钙11%、氧化镁3%、氧化铁6.05%、钾钠1.25%；

（2）取270℃烘干2h碳酸镧铈80g与1940g粉煤灰配比成50%固含量进入球磨机高能研磨，线速度8m/s，出料温度25℃，研磨至D

（3）将其余的混合微粉装入造粒机，盘面倾斜35°，设定转速20rpm，均匀滴入中性水500g，待陶粒直径d=15mm左右均匀加入α-氧化铝66g，滚至陶粒表层均匀覆盖出料，温度25℃，湿度45%处陈化14h。陈化后陶粒装入马弗炉，10℃/min升温至200℃，200℃保温30min后，以5℃/min升温至1255℃，保温180min，可得到碳酸镧铈粉煤灰烧胀陶粒，氧化铝调整剂热膨胀性、耐火度匹配性与陶粒基体相差较大，导致陶粒完全不膨胀，且存在无法烧成现象。

对各实施例与各对比例进行性能测试，结果如表1所示。

表1 性能数据表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。