本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种轻质建筑陶粒及其制备方法。
背景技术：
不锈钢材在生产过程中，要经过退火、正火、淬火、焊接等加工过程，表面会形成一层薄而致密的氧化膜，其主要成分中含有大量的氧化铬、氧化镍，会对产品的外观和后续加工产生不利影响，故在后续加工前必须采用酸洗、钝化、抛光等表面处理方法将其除去。不锈钢表面处理以酸洗为主，由于Cr2O3难溶于单一的酸中，因此酸洗通常使用硝酸、硫酸和氢氟酸混合酸。在此过程中，产生了大量含有F-、Cr3+、Fe3+、Fe2+和Ni2+的酸洗废水。这类废水的处理传统的处理方法主要有化学沉淀法、氧化还原法等，即通过添加絮凝剂或碱液将废水中的金属离子转变成不溶的氢氧化物沉淀而除去，而废水被中和除去金属离子后回用。该法具有投资低、操作简单等优点，但会产生大量的含有复杂成分的重金属污泥，难以通过简单的分离方法回收其中的金属，造成资源浪费；同时这些含有重金属的污泥如不加处理而进行简单掩埋，则会对环境造成长期的污染。
目前又有将酸洗废水通过氢氧化钠和氢氧化钙分两段处理的方法，可将第一段得到的铁、铬、镍沉淀物通过化学方法进行分离回收，或者将沉淀物回入金属冶炼中进行二次利用。然而目前所报道的方法均未对第二段得到的硫酸钙、氟化钙混合沉淀物做出明确处理方法，后段污泥以CaSO4和CaF2形成的混合污泥为主，去向多为掩埋、烧砖或用作水泥掺料。因为含氟化钙的无机物污泥常温下无法与碱性物质反应，无法控制氟离子溶于水中，会引起地表水中氟化物浓度增加,含氟量超标，并且氟化钙具有低毒性,极易被植物吸收,对作物生长和人类健康构成威胁。而氟化钙用于制砖，在这个过程中如果控制不好，氟会以HF，SiF4等气态物形式逸出，不仅腐蚀设备、导致窑口结圈，还会危害周围环境。因此必须设法将氟离子有效地固结在产品中，防止其溶于水中而对环境造成危害。
电石渣是电石水解获取乙炔气后，以氢氧化钙为主要成分的废渣，其含碱量高，保水性强，属于Ⅱ类工业固体废物。一些工厂一直以来将电石渣直接排到外部环境中，几乎没有作防渗处理。也有利用电石渣代替石灰石制作水泥和石灰的方法。但随着我国基本建设规模的控制和对高耗能、高污染行业的限制，市场水泥的产量已严重过剩，许多水泥企业都处于停顿和下马的状态，用电石渣代替石灰石制水泥的的渠道已经无法进行，因此必须为电石废渣寻求有效的处理途径。
煤泥是煤炭洗选加工中的副产品，是由微细粒煤、粉化骨石和水组成的粘稠物，其粒度细、微粒含量多，且持水性强、水分含量高。煤泥灰分含量高，发热不高，一般不适于再做燃料，同时煤泥黏性较大，还具有一定的流动性，因此导致煤泥的堆放、贮存和运输都比较困难，尤其在堆存时，其形态极不稳定，遇水即流失，风干即飞扬。结果不但浪费了宝贵的煤炭资源，而且造成了严重的环境污染，有时甚至制约了洗煤厂的正常生产，成为洗煤厂一个较为棘手的问题。
陶粒是一种陶瓷质地的人造颗粒，主要化学组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金属氧化物。作为一种建筑用轻集料，陶粒具有密度小，质轻、综合强度高、防火性能好、耐风化等各项功能，是优良的轻质建筑材料，可解决重量、防火、隔热、保温等工程上的难题，具有耐风化、价廉物美、环保、容易制作等优点。因此大量应用于预制墙板、间墙、轻质混凝土、屋面保温、混凝土预制件、小型轻质砌块、陶粒砖等领域，亦可用于园艺、花卉、市政及无土栽培等市场。
过去烧结陶粒都是以粘土为主要原料，浪费大量耕地土壤。目前，大都以工业废弃物为原料作为陶粒的原料，主要以粘土、页岩、粉煤灰、脱水污泥等为主要原料，也有很多以固废为主要原料制陶粒的方法。烧制超轻陶粒时，原料的化学成分按其作用可分为3类：一是成陶成分，在陶粒烧制过程中起支撑骨架作用，主要化学成分为SiO2、Al2O3和CaO，在原料中占3/4左右；二是起助熔作用的熔剂氧化物,起调节原料熔点的作用，主要化学成分为Na2O、K2O等低熔点无机氧化物；三是产气成分，物料所含的C、Fe的氧化物在高温时产生气体CO、CO2等，起膨胀作用。
中国专利CN200610019341.9公开了一种用油页岩渣制备的陶粒及其制备方法。但是该专利。该方法由油页岩渣在1000℃～1300℃烧结而成，其优点在于充分利用油页岩渣中矿物成分及可燃成分制备多孔高强陶粒，产品具有一定的附加值，但是该产品密度大，导热系数高。
因此，为解决上述问题，需要结合建筑陶粒的制备方法，针对不锈钢酸洗钝化废水污泥处理过程中产生的硫酸钙和氟化钙等产物，以及电石废渣、煤泥等固体废弃物进行二次再利用，以达到解决环境污染和产生经济效益的目的。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提供一种轻质建筑陶粒及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种轻质建筑陶粒，制备轻质建筑陶粒的原料及其质量百分数为：风干煤泥36％～50％、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥27％～40％、风干电石废渣18％～30％；所述风干不锈钢酸洗钝化废水污泥包括：硫酸钙和氟化钙；
其中，风干不锈钢酸洗钝化废水污泥中的氟化钙的熔点较低，可以作为陶粒烧结的助熔剂；而且当含氟化钙的污泥与其他无机性矿物质以高温液相共同烧结时，污泥中的氟离子将取代玻璃相中二氧化硅的氧离子，而形成另一更高能阶的安定性矿物结晶，可有效防止氟化钙污泥中的氟离子再次溶出而污染水源；
煤泥中含有丰富的SiO2、Al2O3、Fe2O3及C成分，能够为陶粒的烧制提供一定的成陶骨架和产气成分等无机元素，而不锈钢酸洗废水污泥的主要成分是CaSO4和CaF2，将两者结合可满足烧制陶粒的基本要求；
电石渣成分中Ca(OH)2质量分数高达90％以上，正好可作为不锈钢酸洗钝化废水治理的第二段污泥主要成分氟化钙的稳定剂。
进一步地，硫酸钙和氟化钙的质量和占风干不锈钢酸洗钝化废水污泥质量的98％以上。
本发明的另一目的，在于提供一种轻质建筑陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配料：将风干煤泥、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥和风干电石废渣按所述质量百分数配料，得到混合物料，混合物料经破碎机破碎至粒径为2mm～5mm，再经研磨机研磨后筛分，得到粉末料；
步骤S2，生料球制备：在步骤S1制备的粉末料中加入水，搅拌制成料球，将料球在100℃～110℃下干燥60min～90min，得到含水率为5wt％～10wt％的生料球；
步骤S3，焙烧：将步骤S2制备的生料球置于焙烧炉中，以10℃/min的速率升温至400℃～600℃，预热20min～35min，再以15℃/min的升温速率升温至800℃～1150℃，焙烧100min～125min，最后随炉冷却至室温，即得轻质建筑陶粒。
进一步地，步骤S1中，粉末料的粒径为：120μm～180μm。
进一步地，步骤S2中，水的质量为：粉末料质量的2％～5％。
进一步地，步骤S2中，生料球的粒径为：5mm～20mm。
进一步地，步骤S3中，轻质建筑陶粒的吸水率为：6％～9％。
进一步地，步骤S3中，轻质建筑陶粒的堆积密度为：400kg/m3～500kg/m3。
进一步地，步骤S3中，轻质建筑陶粒的筒压强度为：2MPa～6MPa。
本发明的优点是：
1.本发明本发明针对不锈钢酸洗钝化废水污泥处理过程中产生的硫酸钙和氟化钙等产物，以及电石废渣、煤泥等固体废弃物进行二次再利用，以达到解决环境污染和产生经济效益的目的；制备的陶粒具有级配连续、导热系数低、质轻、强度高、隔音、保温耐火、耐化学、抗震、抗冻等优良性能；其中，风干不锈钢酸洗钝化废水污泥中的氟化钙的熔点较低，可以作为陶粒烧结的助熔剂；煤泥中含有丰富的SiO2、Al2O3、Fe2O3及C成分，能够为陶粒的烧制提供一定的成陶骨架和产气成分等无机元素，与不锈钢酸洗废水污泥的主要成分CaSO4和CaF2结合可满足烧制陶粒的基本要求；而电石废渣中的游离钙正好可作为不锈钢酸洗钝化废水污泥中氟化钙的稳定剂；
2.本发明制备的陶粒可被广泛应用于保温混凝土、结构保温混凝土、高层结构混凝土及建筑预制件承重的、非承重的陶粒砌块、大型墙板；
3.本发明制备工艺简单，容易操作，满足工业化批量生产。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种轻质建筑陶粒，制备轻质建筑陶粒的原料及其质量百分数为：风干煤泥36％、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥40％、风干电石废渣24％；所述风干不锈钢酸洗钝化废水污泥包括：硫酸钙和氟化钙；硫酸钙和氟化钙的质量和占风干不锈钢酸洗钝化废水污泥质量的98％。
实施例2
一种轻质建筑陶粒，制备轻质建筑陶粒的原料及其质量百分数为：风干煤泥43％、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥27％、风干电石废渣30％；所述风干不锈钢酸洗钝化废水污泥包括：硫酸钙和氟化钙；硫酸钙和氟化钙的质量和占风干不锈钢酸洗钝化废水污泥质量的99％。
实施例3
一种轻质建筑陶粒，制备轻质建筑陶粒的原料及其质量百分数为：风干煤泥50％、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥32％、风干电石废渣18％；所述风干不锈钢酸洗钝化废水污泥包括：硫酸钙和氟化钙；硫酸钙和氟化钙的质量和占风干不锈钢酸洗钝化废水污泥质量的99.5％。
实施例4
一种轻质建筑陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配料：将风干煤泥、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥和风干电石废渣按所述质量百分数配料，得到混合物料，混合物料经破碎机破碎至粒径为2mm，再经研磨机研磨后筛分，得到粉末料；其中，粉末料的粒径为120μm；
步骤S2，生料球制备：在步骤S1制备的粉末料中加入水，搅拌制成料球，将料球在100℃下干燥90min，得到含水率为5wt％的生料球；其中，水的质量为粉末料质量的2％；生料球的粒径为5mm；
步骤S3，焙烧：将步骤S2制备的生料球置于焙烧炉中，以10℃/min的速率升温至400℃，预热35min，再以15℃/min的升温速率升温至800℃，焙烧125min，最后随炉冷却至室温，即得轻质建筑陶粒；其中，轻质建筑陶粒的吸水率为6％；轻质建筑陶粒的堆积密度为400kg/m3；轻质建筑陶粒的筒压强度为2MPa。
实施例5
一种轻质建筑陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配料：将风干煤泥、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥和风干电石废渣按所述质量百分数配料，得到混合物料，混合物料经破碎机破碎至粒径为4mm，再经研磨机研磨后筛分，得到粉末料；其中，粉末料的粒径为150μm；
步骤S2，生料球制备：在步骤S1制备的粉末料中加入水，搅拌制成料球，将料球在105℃下干燥75min，得到含水率为8wt％的生料球；其中，水的质量为粉末料质量的4％；生料球的粒径为12mm；
步骤S3，焙烧：将步骤S2制备的生料球置于焙烧炉中，以10℃/min的速率升温至500℃，预热30min，再以15℃/min的升温速率升温至1000℃，焙烧110min，最后随炉冷却至室温，即得轻质建筑陶粒；其中，轻质建筑陶粒的吸水率为8％；轻质建筑陶粒的堆积密度为450kg/m3；轻质建筑陶粒的筒压强度为4MPa。
实施例6
一种轻质建筑陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配料：将风干煤泥、风干不锈钢酸洗钝化废水污泥和风干电石废渣按所述质量百分数配料，得到混合物料，混合物料经破碎机破碎至粒径为5mm，再经研磨机研磨后筛分，得到粉末料；其中，粉末料的粒径为180μm；
步骤S2，生料球制备：在步骤S1制备的粉末料中加入水，搅拌制成料球，将料球在110℃下干燥60min，得到含水率为10wt％的生料球；其中，水的质量为粉末料质量的5％；生料球的粒径为20mm；
步骤S3，焙烧：将步骤S2制备的生料球置于焙烧炉中，以10℃/min的速率升温至600℃，预热20min，再以15℃/min的升温速率升温至1150℃，焙烧100min，最后随炉冷却至室温，即得轻质建筑陶粒；其中，轻质建筑陶粒的吸水率为9％；轻质建筑陶粒的堆积密度为500kg/m3；轻质建筑陶粒的筒压强度为6MPa。
实验例1
按照GBT17431.1～1998《轻集料及其试验方法》方式，对实施例1～6制备的轻质建筑陶粒进行吸水率，堆积密度和筒压强度性能测试，测试结果如表1所示。
表1 轻质建筑陶粒的性能测试结果
结果：实施例1～6制备的轻质建筑陶粒吸水率为：6％～9％；堆积密度为：400kg/m3～500kg/m3；筒压强度为：2MPa～6MPa；均满足轻集料国家标准。
结论：本发明针对不锈钢酸洗钝化废水污泥处理过程中产生的硫酸钙和氟化钙等产物，以及电石废渣、煤泥等固体废弃物进行二次再利用，以达到解决环境污染和产生经济效益的目的；制备的陶粒具有级配连续、导热系数低、质轻、强度高、隔音、保温耐火、耐化学、抗震、抗冻等优良性能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。