本发明涉及陶粒砂
技术领域：
，更具体的说，它涉及一种陶粒砂及其生产工艺。
背景技术：
：陶粒砂是利用各类粘土、板岩、页岩、煤矸石及工业固体废弃物等多种原料，经过陶瓷烧结而成。陶粒砂具有密度低、吸水率低、保温隔热性良好、抗冻性良好的优点。目前，申请公布日为2018.12.18、申请公布号为cn109020607a的专利申请文献公开了一种除尘灰陶粒砂及其制备方法与应用，其中陶粒砂原料包括除尘灰、水泥、vae胶粉、硅灰，该除尘灰陶粒砂通过加水混合、造粒、焙烧得到晶相以莫来石为主的陶粒砂，使其具有较高的耐高温性和良好的热稳定性，但是在陶粒砂焙烧过程中，陶粒砂很容易由于受热不均匀而使其无法形成莫来石晶相，或者形成的莫来石晶相无法均匀的分布在陶粒砂内，从而影响陶粒砂的性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种陶粒砂，通过将莫来石直接添加到原料中进行混合，使莫来石更均匀的分布在陶粒砂内，不仅使陶粒砂的制备更简单，而且提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种陶粒砂，包括陶粒本体，陶粒本体由下述重量份的组分制成：煤矸石60-85份、莫来石13-20份、高岭土17-26份、铝矾土1-9份。通过采用上述技术方案，将莫来石直接添加到原料中混合，使莫来石更均匀的分布在陶粒本体内，而且陶粒本体由煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土组成，在满足需求的情况下，减少了陶粒本体原料的种类，提高了陶粒本体的适用性。较优选地，所述陶粒本体由下述重量份的组分制成：煤矸石65-80份、莫来石14.5-17.5份、高岭土20-24份、铝矾土2-6份。通过采用上述技术方案，对陶粒本体的原料配比进行优化，进一步提高陶粒本体的性能。较优选地，还包括包覆在陶粒本体外周面的氧化铝层，氧化铝层的重量占陶粒本体重量的7-8.5％。通过采用上述技术方案，氧化铝层在陶粒本体的表面形成氧化铝膜，不仅提高了陶粒砂的圆整度，而且提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性，同时氧化铝层降低了陶粒砂的密度，使陶粒砂更轻。较优选地，所述氧化铝层的重量占陶粒本体重量的8％。通过采用上述技术方案，对氧化铝层的负载量进行限定，进一步提高了陶粒砂的性能。较优选地，所述氧化铝层由沉积在陶粒本体上的氢氧化铝焙烧制备得到。通过采用上述技术方案，部分氢氧化铝进入陶粒本体内，从而增加了陶粒本体和氧化铝层之间的强度，同时提高了陶粒砂的耐酸碱性，而且在氢氧化铝焙烧形成氧化铝时，对陶粒本体进行第二次焙烧，提高了陶粒砂的性能。较优选地，所述氧化铝层采用以下方法制备：配制硝酸铝溶液、碳酸钠溶液备用，将陶粒本体浸渍在硝酸铝溶液中，在不断搅拌的条件下，将碳酸钠溶液逐渐加入到硝酸铝溶液中，使硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝，且氢氧化铝沉积在陶粒本体表面，过滤、滚圆、烘干、焙烧，得到氧化铝层。通过采用上述技术方案，在硝酸铝溶液中加入碳酸钠溶液，硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝并沉积在陶粒本体表面，不仅使氢氧化铝的沉积更方便、更稳定，而且使焙烧成型后的氧化铝的粒径更小；同时在氢氧化铝沉积在陶粒本体上后，对其滚动，增加了陶粒砂的圆整度，提高了陶粒砂的实用性。较优选地，所述焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为2-3h。通过采用上述技术方案，使氢氧化铝形成稳定的氧化铝，而且对陶粒本体进行第二次焙烧，提高了陶粒本体的性能。较优选地，所述陶粒砂的粒径为连续级粒径，且陶粒砂的粒径分布为2-4mm、3-5mm、4-7mm、7-14mm中的一种。通过采用上述技术方案，对陶粒砂的粒径进行筛分选择，使陶粒砂的分布更均匀，便于陶粒砂的使用。本发明的目的二在于提供一种生产上述一种陶粒砂的工艺，通过对原料三级破碎、球磨，降低了原料的粒径，提高了陶粒砂的强度，将水雾化后和原料混合物进行混合、造粒，提高了陶粒砂的圆整度和均匀性，采用二段焙烧，提高了陶粒砂的稳定性和性能。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种生产上述一种陶粒砂的工艺，包括如下步骤：(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的5-15％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为110-120℃的条件下，保温1-2h，然后在900-1000℃的条件下，焙烧1-2h，之后在温度为1200-1300℃的条件下，焙烧1-2h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体。通过采用上述技术方案，首先对原料进行三级破碎，之后进行球磨，降低了原料的粒径，提高了原料之间的强度，而且将水雾化后和原料混合物进行混合，之后进行造粒，使陶粒砂的成型更均匀，提高了陶粒砂的圆整度和均匀性；同时先对半成品进行低温烘干，然后采用二段焙烧，降低了陶粒砂内的杂质，提高了陶粒砂的稳定性和性能。较优选地，所述造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为80-100r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行5-10min，然后在转速为30-60r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行10-30min，之后在转速为50-70r/min的条件下，继续运行3-5min。通过采用上述技术方案，将水分为水a和水b，首先将水a雾化，并添加到原料混合物中，在高速转动的条件下，使陶粒本体初步成核，然后在较低转速的条件下，使陶粒本体成型，之后在较高转速的条件下，使半成品滚动，增加半成品的密实度，并提高半成品的圆整度，进而提高陶粒本体的性能。综上所述，本发明具有以下有益效果：第一、本发明的陶粒砂，通过将莫来石直接添加到原料中进行混合，使莫来石更均匀的分布在陶粒砂内，不仅使陶粒砂的制备更简单，而且提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性。第二、在陶粒本体的外周面包覆氧化铝层，不仅提高了陶粒砂的圆整度，而且提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性，同时氧化铝层降低了陶粒砂的密度，使陶粒砂更轻。第三、本发明的生产陶粒砂的工艺，通过对原料三级破碎、球磨，降低了原料的粒径，提高了陶粒砂的强度，将水雾化后和原料混合物进行混合、造粒，提高了陶粒砂的圆整度和均匀性，采用二段焙烧，提高了陶粒砂的稳定性和性能。第四、将水分为水a和水b，首先将水a雾化，并添加到原料混合物中，在高速转动的条件下，使陶粒本体初步成核，然后在较低转速的条件下，使陶粒本体成型，之后在较高转速的条件下，使半成品滚动，增加半成品的密实度，并提高半成品的圆整度，进而提高陶粒本体的性能。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。表1实施例中各原料的含量(单位：kg)实施例123456煤矸石608072658572莫来石1314.51617.52016高岭土262422201722铝矾土96421-表2实施例中各原料的百分含量(单位：％)实施例789陶粒本体91.59293氧化铝层8.587合计100100100实施例1一种陶粒砂，其原料配比见表1；(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的5％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为120℃的条件下，保温1h，然后在1000℃的条件下，焙烧1h，之后在温度为1300℃的条件下，焙烧1h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体，即得到陶粒砂，陶粒砂的粒径为7-14mm的连续级粒径。其中，造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为80r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行10min，然后在转速为30r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行30min，之后在转速为50r/min的条件下，继续运行5min，完成造粒过程。实施例2一种陶粒砂，其原料配比见表1；(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的12％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为112℃的条件下，保温1.7h，然后在930℃的条件下，焙烧1.3h，之后在温度为1230℃的条件下，焙烧1.2h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体，即得到陶粒砂，陶粒砂的粒径为2-4mm的连续级粒径。其中，造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为95r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行7min，然后在转速为50r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行15min，之后在转速为65r/min的条件下，继续运行3.5min，完成造粒过程。实施例3一种陶粒砂，其原料配比见表1；(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的10％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为115℃的条件下，保温1.5h，然后在950℃的条件下，焙烧1.5h，之后在温度为1250℃的条件下，焙烧1.5h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体，即得到陶粒砂，陶粒砂的粒径为4-7mm的连续级粒径。其中，造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为90r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行8min，然后在转速为45r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行20min，之后在转速为60r/min的条件下，继续运行4min，完成造粒过程。实施例4一种陶粒砂，其原料配比见表1；(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的8％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为118℃的条件下，保温1.3h，然后在970℃的条件下，焙烧1.7h，之后在温度为1280℃的条件下，焙烧1.8h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体，即得到陶粒砂，陶粒砂的粒径为3-5mm的连续级粒径。其中，造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为85r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行9min，然后在转速为40r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行25min，之后在转速为55r/min的条件下，继续运行4.5min，完成造粒过程。实施例5一种陶粒砂，其原料配比见表1；(1)对煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土分别进行粗破、细破、圆锥破，备用；(2)将圆锥破后的煤矸石、莫来石、高岭土、铝矾土混合均匀，并进行球磨、选粉，得到原料混合物；(3)使水形成雾化水，并将雾化水加入到原料混合物中，进行造粒，水的添加量为原料混合物总重量的15％，然后进行筛分，得到半成品；(4)在温度为110℃的条件下，保温2h，然后在900℃的条件下，焙烧2h，之后在温度为1200℃的条件下，焙烧2h，冷却降温、筛分，得到陶粒本体，即得到陶粒砂，陶粒砂的粒径为2-4mm的连续级粒径。其中，造粒采用以下方法制备：将水分为两部分，分别为水a和水b，且水a的重量占水总重量的30％，在转速为100r/min的条件下，将水a雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行5min，然后在转速为60r/min的条件下，将水b雾化，并逐渐加入到原料混合物中，运行10min，之后在转速为70r/min的条件下，继续运行3min，完成造粒过程。实施例6一种陶粒砂，其与实施例3的区别之处在于，原料配比中未添加铝矾土，其原料配比见表1。实施例7一种陶粒砂，其与实施例3的区别之处在于，在陶粒本体的外周面包覆一层氧化铝层，其原料配比见表1、表2；氧化铝层采用以下方法制备：配制硝酸铝溶液、碳酸钠溶液备用；将陶粒本体浸渍在硝酸铝溶液中，且陶粒本体完全浸渍在硝酸铝溶液中，浸渍30min，在不断搅拌的条件下，将碳酸钠溶液逐滴加入到硝酸铝溶液中，使硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝，此时氢氧化铝沉积在陶粒本体表面，将沉积氢氧化铝的陶粒本体过滤，得到初成品；然后在转速为60r/min的条件下，使初成品滚动10min，然后将初成品放置在100℃的条件下，烘干；之后在温度为1000℃条件下，焙烧3h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂。实施例8一种陶粒砂，其与实施例3的区别之处在于，在陶粒本体的外周面包覆一层氧化铝层，其原料配比见表1、表2；氧化铝层采用以下方法制备：配制硝酸铝溶液、碳酸钠溶液备用；将陶粒本体浸渍在硝酸铝溶液中，且陶粒本体完全浸渍在硝酸铝溶液中，浸渍30min，在不断搅拌的条件下，将碳酸钠溶液逐滴加入到硝酸铝溶液中，使硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝，此时氢氧化铝沉积在陶粒本体表面，将沉积氢氧化铝的陶粒本体过滤，得到初成品；然后在转速为60r/min的条件下，使初成品滚动10min，然后将初成品放置在105℃的条件下，烘干；之后在温度为1050℃条件下，焙烧2.5h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂。实施例9一种陶粒砂，其与实施例3的区别之处在于，在陶粒本体的外周面包覆一层氧化铝层，其原料配比见表1、表2；氧化铝层采用以下方法制备：配制硝酸铝溶液、碳酸钠溶液备用；将陶粒本体浸渍在硝酸铝溶液中，且陶粒本体完全浸渍在硝酸铝溶液中，浸渍30min，在不断搅拌的条件下，将碳酸钠溶液逐滴加入到硝酸铝溶液中，使硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝，此时氢氧化铝沉积在陶粒本体表面，将沉积氢氧化铝的陶粒本体过滤，得到初成品；然后在转速为60r/min的条件下，使初成品滚动10min，然后初半成品放置在110℃的条件下，烘干；之后在温度为1100℃条件下，焙烧2h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂。对比例1采用申请公布日为2018.12.18、申请公布号为cn109020607a的专利申请文献公开的一种除尘灰陶粒砂及其制备方法与应用，制备得到陶粒砂。对比例2对比例2和实施例3的区别在于，陶粒本体中未添加莫来石。对比例3对比例3和实施例3的区别在于，半成品在950℃的条件下，焙烧3h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂。对比例4对比例4和实施例3的区别在于，半成品在1250℃的条件下，焙烧3h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂。对比例5对比例5和实施例3的区别在于，在原料混合物中加入的水未雾化。对比例6对比例6和实施例3的区别在于，水雾化后一次性加入到原料混合物中。对比例7对比例7和实施例8的区别在于，氧化铝层采用以下方法制备：配制硝酸铝溶液、碳酸钠溶液备用，将陶粒本体浸渍在碳酸钠溶液中，在不断搅拌的条件下，将硝酸铝溶液逐渐加入到碳酸钠溶液中，使硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝，且氢氧化铝沉积在陶粒本体表面，过滤、滚圆、烘干、焙烧，得到氧化铝层。对实施例1-9和对比例1-7得到的陶粒砂，进行下述性能检测，检测结果如表3所示。表3检测结果从表3中可以看出，本发明的陶粒砂，通过将莫来石直接添加到原料中进行混合，使莫来石更均匀的分布在陶粒砂内，不仅使陶粒砂的制备更简单、更稳定，而且具有较高的耐高温性和热稳定性，还具有良好的圆度和球度，提高了陶粒砂的性能和适用范围。通过对比实施例3和对比例1，对比例1和实施例3的区别之处在于对比例1采用申请公布号为cn109020607a的专利申请文献公开的一种除尘灰陶粒砂及其制备方法与应用，制备得到陶粒砂，由此可以看出，本发明的陶粒砂，通过将莫来石直接添加到原料中进行混合，使莫来石更均匀的分布在陶粒砂内，提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性，同时还提高了陶粒砂的圆度和球度；再通过对比实施例3和对比例2，对比例2和实施例3的区别之处在于陶粒本体中未添加莫来石，由此可以看出，在陶粒砂内添加莫来石，能够明显提高陶粒砂的耐高温性和热稳定性，这主要是由于莫来石含有二氧化硅-氧化铝二元系，其具有优良的耐高温、强度高、导热系数小，并通过和煤矸石、高岭土、铝矾土之间的协同作用，提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性；再通过对比实施例3和实施例6，实施例6和实施例3的区别之处在于陶粒本体中未添加铝矾土，由此可以看出，在陶粒砂内添加铝矾石，能够提高陶粒砂的耐高温性和热稳定性，这主要是由于铝矾土中的主要成分为氧化铝，氧化铝增加了莫来石内的氧化铝，并和莫来石内的二氧化硅结合，从而提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性。通过对比实施例3和对比例3、对比例4，对比例3和实施例3的区别之处在于半成品在950℃的条件下，焙烧3h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂；对比例4和实施例3的区别之处在于半成品在1250℃的条件下，焙烧3h，冷却降温、筛分，得到陶粒砂，由此可以看出，采用二段焙烧得到陶粒砂，提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性。通过对比实施例3和对比例5，对比例5和实施例3的区别之处在于在原料混合物中加入的水未雾化，由此可以看出，将水雾化后和原料混合物混合，提高了陶粒砂的圆度和球度，这主要是由于增加了水和原料混合物之间的接触面积，且使水更均匀的添加到原料混合物内，从而提高了陶粒砂的圆度和球度；再通过对比实施例3和对比例6，对比例6和实施例3的区别之处在于水雾化后一次性加入到原料混合物中，由此可以看出，将水分为水a和水b，并分步骤添加到原料混合物内，使陶粒砂初步成核，然后在进一步成型，之后进一步滚动，增加了陶粒砂的密实度，从而提高了陶粒砂的圆度和球度。通过对比实施例3和实施例8，实施例8和实施例3的区别之处在于陶粒本体的外周面包覆一层氧化铝层，由此可以看出，在陶粒本体的外周面包覆氧化铝层，提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性，而且还提高了陶粒砂的圆度和球度，这主要是由于氧化铝在陶粒本体的表面形成氧化铝膜，氧化铝层降低了陶粒砂的密度，使陶粒砂更轻，同时部分氧化铝进入陶粒本体内，增加了陶粒本体和氧化铝层之间的强度，而且在氢氧化铝焙烧形成氧化铝时，对陶粒本体进行第二次焙烧，从而提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性，同时提高了其圆度和球度；再通过对比实施例8和对比例7，对比例7和实施例8的区别之处在于氧化铝的制备方法不同，由此可以看出，在硝酸铝溶液中加入碳酸钠溶液，硝酸铝和碳酸钠反应生成氢氧化铝并沉积在陶粒本体表面，不仅使氢氧化铝的沉积更方便、更稳定，而且使焙烧成型后的氧化铝的粒径更小，且使氧化铝层更均匀，从而提高了陶粒砂的耐高温性和热稳定性。当前第1页12