一种高掺量高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法

技术领域

本发明属于陶粒制备领域，具体是涉及一种高掺量高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法。

技术背景

粉煤灰又称飞灰，是燃煤电厂排放的主要固体废弃物。燃煤电厂每年排放粉煤灰高达数亿吨，不仅占用大量土地，而且污染土壤与水源，因此，需迫切对其资源化利用以消除对环境的污染。在众多资源化利用途径中，粉煤灰制备陶粒轻骨料具有粉煤灰用量高、性能优、市场需求大等优势，从而引起广泛的关注。

粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，添加辅助调整材料，通过烧结或养护制备而成的轻骨料，广泛应用于建筑材料、活性滤料等领域。通过养护制备而成的陶粒又称免烧陶粒，免烧陶粒不需烧结，可节省大量能源，符合绿色环保发展理念，从而代表陶粒发展新方向。然而现有免烧陶粒通常强度较低(≤6.5MPa)，限制了其在工程结构材料领域的应用。为此，可向粉煤灰陶粒中加入大量水泥胶凝材料、硫酸盐类激发剂、碱性激发剂、酸性激发剂等辅助调整材料激发粉煤灰活性以提高其强度。中国专利CN111205061A以粉煤灰(筛余12～25％)、水泥、生石灰、脱硫石膏和水玻璃为原料，通过混料、成球、养护制备高强陶粒，筒压强度为10.23～11.12MPa，堆积密度为830～850kg/m3，1h吸水率为11.5～13.6％，其中辅助调整材料掺量20～25wt％，而粉煤灰用量为75～80wt％。大量辅助调整材料的加入显著提升了免烧陶粒强度，却同时降低了轻骨料中粉煤灰的掺量，导致免烧高强陶粒粉煤灰掺量低于80wt％，限制了粉煤灰的资源化利用率。综上所述，现有方法无法同时满足灰掺量大于80wt％、筒压强度大于10MPa要求，无法在高强度下满足资源化利用率的需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有免烧陶粒制备方法无法同时满足灰掺量大于80wt％、筒压强度大于10MPa要求的问题，提供一种高掺量高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法。通过该方法制备的高强陶粒粉煤灰掺量为80～90％，筒压强度可达10～20MPa，与现有粉煤灰高强免烧陶粒相比，具有粉煤灰掺量大、强度高、制备成本低等特点。

为解决以上问题，本发明的技术方案如下：

一种高掺量高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将80～90重量份的粉煤灰原灰与1～3质量份的激发剂混合球磨成超细粉煤灰，所述超细粉煤灰的45μm方孔筛筛余≤1％，D

所述粉煤灰原灰中包括以下重量份的组分，Al

步骤二、将步骤一制备的超细粉煤灰与5～19重量份胶凝材料混合均匀，然后向混合料中加入去离子水进行圆盘造粒，得到不同粒径的陶粒生坯；

所述胶凝材料为硅酸盐水泥；

或者，

所述胶凝材料包括5～15重量份硅酸盐水泥和0～14重量份的生石灰或熟石灰；

步骤三、将陶粒生坯置于恒温恒湿干燥箱中养护，温度为20～80℃，湿度为80％～95％，养护时间为6～24h；

步骤四、将步骤三处理后的陶粒生坯置于蒸压釜中，水饱和蒸汽压力为1.0～2.0MPa，养护时间为6～12h，得到高强度陶粒。

进一步地，步骤二中，生石灰或熟石灰中的粒度小于325目。

进一步地，步骤一中，激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、无水硫酸钠、二水石膏、半水石膏中的一种。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为84份；激发剂为1份氢氧化钠；步骤二中，胶凝材料为15份硅酸盐水泥。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为90份；激发剂为1份无水硫酸钠；步骤二中，胶凝材料为5份硅酸盐水泥和4份生石灰粉。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为80份；激发剂为3份二水石膏；步骤二中，胶凝材料为6份硅酸盐水泥和11份生石灰粉。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为82份；激发剂为2份半水石膏；步骤二中，胶凝材料为10份硅酸盐水泥和6份熟石灰。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为87份；激发剂为1份无水硫酸钠；步骤二中，胶凝材料为8份硅酸盐水泥和4份生石灰粉。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为80份；激发剂为1份氢氧化钾；步骤二中，胶凝材料为5份硅酸盐水泥和14份生石灰粉。

进一步地，步骤一中、粉煤灰原灰为80份；激发剂为1份氢氧化钠；步骤二中，胶凝材料为5份硅酸盐水泥和14份熟石灰。

与现有技术相比，本发明技术方案具有如下优势：

1.本发明方法采用高活性的超细粉煤灰作为主要原料，通过蒸压养护，粉煤灰充分与钙质原料反应，生成大量胶结相，显著提升粉煤灰陶粒强度，并使得粉煤灰掺量达到80～90％，极大提高了粉煤灰资源化利用率。

2.本发明方法采用水泥作为主要胶凝材料，同时加入低价格生石灰或熟石灰，既确保了陶粒生坯强度，又降低了生产成本，提高了免烧陶粒市场竞争力，制备的免烧陶粒堆积密度900～1200Kg/m3，筒压强度10～20MPa。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明提供一种高掺量高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法，该方法采用高活性的超细粉煤灰作为主要原料，通过蒸压养护，粉煤灰充分与钙质原料反应，生成大量胶结相，显著提升粉煤灰陶粒强度，并使得粉煤灰掺量达到80～90％，极大提高了粉煤灰资源化利用率。

本发明提供的高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将80～90质量份的粉煤灰原灰与1～3质量份的激发剂混合球磨成超细粉煤灰，超细粉煤灰的45μm方孔筛筛余≤1％，D

所述粉煤灰原灰中包括以下重量份的组分，Al

激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、无水硫酸钠、二水石膏、半水石膏中的一种；

步骤二、将步骤一制备的超细粉煤灰与5～19胶凝材料充分混合均匀，之后向混合料中加入去离子水进行圆盘造粒成球，得到不同粒径的陶粒生坯；

胶凝材料包括硅酸盐水泥，即采用标号为425、525普通硅酸盐水泥；或者，胶凝材料包括5～15重量份硅酸盐水泥和0～14重量份的生石灰或熟石灰，生石灰或熟石灰的粒度小于325目；

步骤三、将陶粒生坯置于恒温恒湿干燥箱中养护，温度控制在20～80℃，湿度控制在80～95％，养护时间为6～24h；

步骤四、将步骤三处理后的陶粒生坯置于蒸压釜中，水饱和蒸汽压力为1.0～2.0MPa，养护时间6～12h，得到高强度陶粒。

本发明高强粉煤灰免烧陶粒的制备方法以粉煤灰为主要原料，加入激发剂球磨成超细粉煤灰(45μm方孔筛筛余≤1％)，粉煤灰与激发剂混合球磨成超细粉极大增加了粉煤灰表面积，并使得激发剂与粉煤灰表面充分结合，进而显著激发了粉煤灰活性；向超细粉煤灰中加入胶凝材料、去离子水经圆盘成球工艺制备陶粒生坯，利用胶凝材料水化实现生坯具有一定强度，满足陶粒生坯转移、搬运以及后续蒸压养护的强度要求，提高成品率与产品性能稳定性；陶粒生坯通过蒸压养护得到高强免烧陶粒，蒸压养护过程中高温高压使得高活性超细粉煤灰产生更多活性SiO

实施例1

首先称量8400g粉煤灰原灰，加入100g氢氧化钠，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例2

首先称量9000g粉煤灰原灰，加入100g无水硫酸钠，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例3

首先称量8000g粉煤灰原灰，加入300g二水石膏，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例4

首先称量8200g粉煤灰原灰，加入200g半水石膏，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例5

首先称量8700g粉煤灰原灰，加入100g无水硫酸钠，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例6

首先称量8000g粉煤灰原灰，加入100g氢氧化钾，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D

实施例7

首先称量8000g粉煤灰原灰，加入100g氢氧化钠，球磨至超细灰(方孔筛筛余≤1％，D