本发明涉及陶粒加工技术领域，具体涉及一种高强度轻质页岩陶粒及其制备方法。
背景技术：
陶粒是一种无机轻集料，因其密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等特点，被广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等领域，并且其应用领域还在继续扩大。陶粒按照原料分类，主要分为铝矾土陶粒、黏土陶粒、页岩陶粒、垃圾陶粒、煤矸石陶粒、污泥陶粒、河底泥陶粒、粉煤灰陶粒等。但是目前的页岩陶粒的堆积密度均在300kg/m3级左右，很难同时满足新型建材对轻质陶粒的要求。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷和问题，本发明提供一种高强度轻质页岩陶粒及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种高强度轻质页岩陶粒，由以下质量百分数的原料组成：页岩5%-10%、铝矾土16%-25%、蛭石3%-7%、粉煤灰16%-22%、石英粉15%-25%、高岭石12%-17%、珍珠岩1%-3%、生石灰1%-3%和水洗砂9%-14%。
进一步的，一种高强度轻质页岩陶粒，由以下百分比含量的原料组成：页岩8%、铝矾土21%、蛭石5%、粉煤灰19%、石英粉18%、高岭石16%、珍珠岩2%、生石灰1%和水洗砂10%。
一种高强度轻质页岩陶粒的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：分别将页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩经颚式破碎机破碎，破碎至粒径为2-45mm的颗粒；
步骤2：将步骤1中的页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩依次经过粗粉、细粉粉碎机机械进行粉碎，粉碎后过筛，筛选的页岩粒径≤6mm，铝矾土的粒径≤4mm，蛭石粉的粒度≤5mm、高岭石的粒度≤6mm、珍珠岩的粒度≤6mm；
步骤3：按照以下质量百分数进行称取：页岩5%-10%、铝矾土16%-25%、蛭石粉3%-7%、粉煤灰16%-22%、石英粉15%-25%、高岭石12%-17%、珍珠岩1%-3%、生石灰1%-3%和水洗砂9%-14%；将上述各原料放入搅拌机中，加入混合料总体积1/4的水进行充分搅拌，搅拌成混合料，将搅拌均匀的混合料送入储料罐，加温至300℃保温，每隔20-30min搅拌一次，并向储料罐中持续鼓入直径在10-30um的微气泡，发酵5-7h；
步骤4：将发酵后的混合料再次放入搅拌机中搅拌均匀，然后送入对辊制粒机中进行制粒，得到粒径为3-16mm的球粒，静置1-2小时；
步骤5：将球粒送入回转窑中进行预热和焙烧，回转窑的转速为1转/分钟，回转窑预热带的温度从100℃开始逐渐升高至270℃，预热时间为30-40分钟；然后球粒进入保温缓冲带，保温缓冲带的温度为280℃，保温5-9分钟；接着球粒进入焙烧带，回转窑焙烧带的温度为1000-1200℃，焙烧6-12分钟；最后球粒进入膨胀带，回转窑膨胀带的温度为1300℃，膨胀2-4分钟，烧成陶粒球；
步骤6：将烧制好的陶粒球送入冷却机进行冷却，使陶粒球以10-20℃/分钟的速率迅速降至1000-700℃，然后以5-10℃/分钟的速率缓慢降至400-500℃，最后以10-20℃的速率降至室温；冷却后的陶粒球经筛分机筛选分级成为成品陶粒。
本发明的有益效果：本发明的一种高强度轻质页岩陶粒，具有很好的空隙率和筒压强度，优化各原料的配比，其中石英粉坚硬、耐磨、化学性能稳定，水洗砂是天然硅砂经水洗、分级的铸造用原砂，含泥量为1.34%，质地坚硬，能够保证陶粒具有较大的强度，陶粒表面细微裂缝大大减少，能够满足对新型建筑材料的要求，通过本发明各组分制成的陶粒在保证陶粒高强度基础上，还能保证陶粒具有合适膨胀倍数，质量更轻。
该页岩陶粒的制备方法，在现有工艺待烧制之前增加一个发酵阶段，即在混合料之后移至储料罐中，把蛭石加热到300℃时，蛭石在高温作用下会发生膨胀，蛭石体积可迅速膨胀6-20倍，受热膨胀后单位颗粒的蛭石体积逐渐增大，膨胀后的比重为60-180kg/m3，蛭石自身的吸附性进而带动蛭石周围的混合料蠕动，使混合料进行充分混合。并在发酵过程中间歇性连续向储料罐的混合料中通入微气泡，伴随期间每间隔3-5小时搅拌一次，利用微气泡10-30um的小体积，能够充分使微气泡在混合料中溶解，增加混合料的疏松度及混合料中的气体量，这部分气体协同混合料在焙烧阶段受热充分膨胀，混合料中的碳酸盐同时开始分解挥发产生气体，增大了陶粒的膨胀度减轻陶粒质量，使陶粒性能更加优化。制粒后的球粒静置1-2小时的目的是让发酵在常温持续一下，在坯粒基础上轻微膨胀，使成粒具有轻质特性。
本发明页岩陶粒的制备工艺严格控制预热阶段的预热温度和预热时间，使陶粒在预热阶段产生小部分气体，在焙烧阶段产生大部分的气体。通过控制预热带温度加长预热时间控制温度缓慢上升，防止预热温度过高或者预热时间过长而导致混合料在预热阶段产生大量气体，并通过在预热带与焙烧带之间增加保温缓冲带，保温缓冲带温度仅仅稍高于预热带，能够进一步对混合料进行充分预热的同时使混合料的内部温度趋于统一，保证焙烧阶段陶粒的性能更加稳定，同时又能减少焙烧的时间，防止其表面出现网状的微细裂缝，增加所制得陶粒的颗粒强度；并且在焙烧带之后增加膨胀带，能够弥补部分混合料在焙烧阶段膨胀不足，保证陶粒具有较佳的膨胀倍数，提高陶粒性能。
在冷却时分三步进行冷却，冷却初期速度较快，中期较慢，后期再次加快，这样能够减小迅速冷却对陶粒表面内聚力的影响，防止出现裂纹，同时中后期加快冷却速度又能够保证陶粒具有较高的强度。
本发明的页岩陶粒原料来源广泛，性能优良，烧制出的陶粒膨胀性好，陶粒孔径大小均匀，具有较低的吸水率及较低的堆密度,兼顾对陶粒轻质和强度的要求，是一种很好的隔热保温建筑材料，具有良好的社会和经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：一种高强度轻质页岩陶粒，由以下质量百分数的原料组成：页岩10%、铝矾土25%、蛭石3%、粉煤灰16%、石英粉15%、高岭石17%、珍珠岩1%、生石灰1%和水洗砂12%。
一种上述的高强度轻质页岩陶粒的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：分别将页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩经颚式破碎机破碎，破碎至粒径为2-45mm的颗粒；
步骤2：将步骤1中的页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩依次经过粗粉、细粉粉碎机机械进行粉碎，粉碎后过筛，筛选的页岩粒径≤6mm，铝矾土的粒径≤4mm，蛭石粉的粒度≤5mm、高岭石的粒度≤6mm、珍珠岩的粒度≤6mm；
步骤3：按照以下质量百分数进行称取：页岩10%、铝矾土25%、蛭石3%、粉煤灰16%、石英粉15%、高岭石17%、珍珠岩1%、生石灰1%和水洗砂12%；将上述各原料放入搅拌机中，加入混合料总体积1/4的水进行充分搅拌，搅拌成混合料，将搅拌均匀的混合料送入储料罐，加温至300℃保温，每隔20min搅拌一次，并向储料罐中持续鼓入直径在10-30um的微气泡，发酵5h；
步骤4：将发酵后的混合料再次放入搅拌机中搅拌均匀，然后送入对辊制粒机中进行制粒，得到粒径为3-16mm的球粒，静置1-2小时；
步骤5：将球粒送入回转窑中进行预热和焙烧，回转窑的转速为1转/分钟，回转窑预热带的温度从100℃开始逐渐升高至270℃，预热时间为40分钟；然后球粒进入保温缓冲带，保温缓冲带的温度为280℃，保温9分钟；接着球粒进入焙烧带，回转窑焙烧带的温度为1200℃，焙烧12分钟；最后球粒进入膨胀带，回转窑膨胀带的温度为1300℃，膨胀4分钟，烧成陶粒球；
步骤6：将烧制好的陶粒球送入冷却机进行冷却，使陶粒球以20℃/分钟的速率迅速降至700℃，然后以10℃/分钟的速率缓慢降至500℃，最后以20℃的速率降至室温；冷却后的陶粒球经筛分机筛选分级成为成品陶粒。
实施例2：一种高强度轻质页岩陶粒，由以下质量百分数的原料组成：页岩5%、铝矾土16%、蛭石7%、粉煤灰22%、石英粉25%、高岭石12%、珍珠岩2%、生石灰2%和水洗砂9%。
一种上述的高强度轻质页岩陶粒的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：分别将页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩经颚式破碎机破碎，破碎至粒径为2-45mm的颗粒；
步骤2：将步骤1中的页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩依次经过粗粉、细粉粉碎机机械进行粉碎，粉碎后过筛，筛选的页岩粒径≤6mm，铝矾土的粒径≤4mm，蛭石粉的粒度≤5mm、高岭石的粒度≤6mm、珍珠岩的粒度≤6mm；
步骤3：按照以下质量百分数进行称取：：页岩5%、铝矾土16%、蛭石7%、粉煤灰22%、石英粉25%、高岭石12%、珍珠岩2%、生石灰2%和水洗砂9%。；将上述各原料放入搅拌机中加入混合料总体积1/4的水进行充分搅拌，将搅拌均匀的混合料送入储料罐，加温至300℃保温，每隔30min搅拌一次，并向储料罐中持续鼓入直径在10-30um的微气泡，发酵7h；
步骤4：将发酵后的混合料再次放入搅拌机中搅拌均匀，然后送入对辊制粒机中进行制粒，得到粒径为3-16mm的球粒，静置1-2小时；
步骤5：将球粒送入回转窑中进行预热和焙烧，回转窑的转速为1转/分钟，回转窑预热带的温度从100℃开始逐渐升高至270℃，预热时间为30分钟；然后球粒进入保温缓冲带，保温缓冲带的温度为280℃，保温5分钟；接着球粒进入焙烧带，回转窑焙烧带的温度为1000℃，焙烧6分钟；最后球粒进入膨胀带，回转窑膨胀带的温度为1300℃，膨胀2分钟，烧成陶粒球；
步骤6：将烧制好的陶粒球送入冷却机进行冷却，使陶粒球以10℃/分钟的速率迅速降至1000℃，然后以5℃/分钟的速率缓慢降至400℃，最后以10℃的速率降至室温；冷却后的陶粒球经筛分机筛选分级成为成品陶粒。
实施例3：一种高强度轻质页岩陶粒，由以下质量百分数的原料组成：页岩7%、铝矾土20%、蛭石5%、粉煤灰19%、石英粉20%、高岭石14%、珍珠岩2%、生石灰2%和水洗砂11%。
一种上述的高强度轻质页岩陶粒的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：分别将页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩经颚式破碎机破碎，破碎至粒径为2-45mm的颗粒；
步骤2：将步骤1中的页岩、铝矾土、蛭石、高岭石、珍珠岩依次经过粗粉、细粉粉碎机机械进行粉碎，粉碎后过筛，筛选的页岩粒径≤6mm，铝矾土的粒径≤4mm，蛭石粉的粒度≤5mm、高岭石的粒度≤6mm、珍珠岩的粒度≤6mm；
步骤3：按照以下质量百分数进行称取：：页岩7%、铝矾土20%、蛭石5%、粉煤灰19%、石英粉20%、高岭石14%、珍珠岩2%、生石灰2%和水洗砂11%；将上述各原料放入搅拌机中，加入混合料总体积1/4的水进行充分搅拌，搅拌成混合料，将搅拌均匀的混合料送入储料罐，加温至300℃保温，每隔25min搅拌一次，并向储料罐中持续鼓入直径在10-30um的微气泡，发酵6h；
步骤4：将发酵后的混合料再次放入搅拌机中搅拌均匀，然后送入对辊制粒机中进行制粒，得到粒径为3-16mm的球粒，静置1-2小时；
步骤5：将球粒送入回转窑中进行预热和焙烧，回转窑的转速为1转/分钟，回转窑预热带的温度从100℃开始逐渐升高至270℃，预热时间为35分钟；然后球粒进入保温缓冲带，保温缓冲带的温度为280℃，保温7分钟；接着球粒进入焙烧带，回转窑焙烧带的温度为1100℃，焙烧8分钟；最后球粒进入膨胀带，回转窑膨胀带的温度为1300℃，膨胀3分钟，烧成陶粒球；
步骤6：将烧制好的陶粒球送入冷却机进行冷却，使陶粒球以15℃/分钟的速率迅速降至900℃，然后以8℃/分钟的速率缓慢降至450℃，最后以14℃的速率降至室温；冷却后的陶粒球经筛分机筛选分级成为成品陶粒。
通过相关实验对本发明的页岩陶粒进行性能测试。
表一：本发明的页岩陶粒的性能检测表
通过数据显示，本发明的页岩陶粒在空隙率、堆积密度、筒压强度、吸水率及烧失量上的性能都较为优异，可以满足新型建筑材料对陶粒的性能要求。
配方中减项对比试验：
表二：本发明的页岩陶粒在相应减项对比试验中的性能检测表
由表一和表二可知，当降低页岩质量百分数为4%时，制得的页岩陶粒的孔隙率下降至29.3%，相对于实施例3中制得的页岩陶粒的孔隙率为42.6，页岩陶粒的孔隙率下降明显，同时制得的页岩陶粒的筒压强度由实施例3中的6.3mpa，下降至4.5mpa，可见当降低页岩质量百分数为4%以下时，页岩陶粒的空隙率过低，筒压强度过低，实验效果远远差于实施例3。
另外，当提高页岩质量百分数为12%时，制得的页岩陶粒的孔隙率下降至65%，相对于实施例3中制得的页岩陶粒的孔隙率为42.6，页岩陶粒的孔隙率上升明显，同时制得的页岩陶粒的筒压强度由实施例3中的6.3mpa，下降至5.5mpa，可见当提高页岩质量百分数为12%以上时，页岩陶粒的空隙率过高，筒压强度过低，不能满足对新型建筑材料的强度要求，实验效果远远差于实施例3。
表三：本发明的页岩陶粒在制作过程中不采用发酵过程的性能检测表
由表一和表三可知，当不采用发酵过程时，制得的页岩陶粒的孔隙率下降至20.0%，相对于实施例13中制得的页岩陶粒的孔隙率为42.0，页岩陶粒的孔隙率下降明显，同时制得的页岩陶粒的堆积密度由实施例1中的521kg/m3，下降至381kg/m3，可见当不采用发酵过程时，页岩陶粒的空隙率过低，筒压强度过低，实验效果远远差于实施例1。
由表一和表三可知，当添加砾石时，发酵过程只向混合料中通微气泡，制得的页岩陶粒的孔隙率下降至19.3%，相对于实施例13中制得的页岩陶粒的孔隙率为42.0，页岩陶粒的孔隙率下降明显，同时制得的页岩陶粒的堆积密度由实施例1中的521kg/m3，下降至397kg/m3，可见当发酵过程没有蛭石参与时，页岩陶粒的空隙率过低，筒压强度过低，实验效果远远差于实施例1。