一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒及其制备方法与流程

本发明涉及建筑工程材料技术领域，具体涉及一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒及其制备方法。

背景技术：

目前城市建设过程中产出的大量工程废弃土主要采用堆放方式，易造成周边环境污染，同时也导致大量土地资源被占用，不利于绿色城市的生态发展；同时，海绵城市建设急需大量的水体调蓄与净化功能材料。为此，利用工程废弃土制备出具有吸附过滤功能的免烧生态陶粒用于海绵城市建设，是实现工程废弃土资源化利用的重要途径，免烧技术也体现了节能环保的特点。

现有的专利较多以废弃泥土制备烧结陶粒，如专利名称一种利用渣土制备轻质陶粒的方法，专利申请号201710204695.9；专利名称河湖泊涌底泥碳化陶粒及其制备工艺，专利申请号201610674974.7；专利名称一种利用地铁轨道渣土制备轻质陶粒的方法，专利申请号201610494795.5；专利名称一种高效吸声陶粒，专利申请号201210153470.2。

此外，少量涉及免烧陶粒，如专利名称一种轨道盾构渣土免烧免蒸陶粒及其制备方法，专利申请号201510096915.1；专利名称免烧陶粒，专利申请号201210492175.x。传统的这些废弃土基免烧陶粒具有能耗低、成本低等优良特点，但也存在着强度低、耐水性差等缺点，且随着废弃土用量的增加，其缺点更加明显；同时不具有水体调蓄与净化功能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具备净水性能和氮磷吸附性能，同时又具有较高强度和耐水性的工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒，该工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒的固体组分由工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉构成，且工程废弃土和绿色磷酸钾镁水泥用量由内核至外壳呈梯度变化，其中所述的工程废弃土用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5~10%依次减少，所述的绿色磷酸钾镁水泥用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5~10%依次增加；同时，保持工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量不变，该工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒内核的固体组分按重量份数计为：工程废弃土80-86份、磷酸钾镁水泥11-16份和木粉3-5份，且其外壳的固体组分按重量份数计为：工程废弃土15-20份、磷酸钾镁水泥76-82份和木粉3-5份。

所述的工程废弃土为自然粉干土并在球磨机中粉磨20-30min。

所述的绿色磷酸钾镁水泥由低品位含镁资源与磷酸二氢钾按重量比为（2.5-3.5）：1的比例混合而成。

所述的低品位含镁资源由氧化镁烟气脱硫废渣与硼泥按重量比为（9-9.5）：1的混合而成，于1200-1350℃下煅烧3-4h，冷却至室温，并经球磨机研磨所得，其粒度在150-250目。

所述的氧化镁烟气脱硫废渣为湿式氧化镁法烟气脱硫副产物，氧化镁含量大于40%，所述的硼泥为生产硼酸或硼砂产品的废渣。

所述的木粉为杨木木粉且粒度为120目。

上述工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒的制备方法，包括以下步骤：

1）低品位含镁资源制备：将氧化镁烟气脱硫废渣与硼泥按重量比为（9-9.5）：1的比例混合均匀，于1200-1350℃下煅烧3-4h，冷却至室温后经球磨机研磨，磨细至150-250目，制得低品位含镁资源备用；

2）绿色磷酸钾镁水泥制备：将步骤1）中所得的低品位含镁资源与磷酸二氢钾按重量比为（2.5-3.5）：1的比例混合均匀，制备成绿色磷酸钾镁水泥备用；

3）陶粒配料：按配方比例称取工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉，经搅拌均匀制得固体混合料，备用；按固体混合料总质量15-22%的比例称取水，备用；其中复合陶粒的固体组分由内核至外壳呈梯度变化，且工程废弃土用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5~10%依次减少，绿色磷酸钾镁水泥用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5~10%依次增加；同时，保持工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量不变，复合陶粒内核的固体组分按重量份数计为：工程废弃土80-86份、磷酸钾镁水泥11-16份和木粉3-5份，且其外壳的固体组分按重量份数计为：工程废弃土15-20份、磷酸钾镁水泥76-82份和木粉3-5份；

4）喂料、成球：通过计算机程控的供料系统将步骤3）所配制的固体混合料向盘式成球机连续供料，并在2~5min内将步骤3）中称取的水连续喷洒在固体混合料中，在盘式成球机中造粒成球；

5）养护、筛分：将成球好的复合陶粒置于18-22℃、相对湿度≥95％的潮湿环境中养护7天后，进行筛分，得到粒径范围为5-20mm的工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明以工程废弃土、低品位含镁资源为免烧陶粒的主要原料，“以废制废”，有助于废弃物的资源利用，还降低了生产成本；

2）本发明以功能梯度材料理念，陶粒由内核至外壳组分用量呈梯度变化，解决了工程废弃土资源化利用与陶粒强度、耐水性之间的矛盾，并避免了传统三明治复合陶粒的界面问题。通常陶粒中工程废弃土含量越高、磷酸钾镁水泥含量越低，陶粒的强度与耐水性越差，但废弃资源利用率越高，因此本发明的陶粒由内核到外壳工程废弃土含量梯度减少、磷酸钾镁水泥含量梯度增加，利用外壳防护，提高整体陶粒的强度与耐水性，同时不降低废弃资源利用率。将功能梯度复合陶粒、三明治复合陶粒分别置于高低温循环加速老化环境下进行-5℃/40℃交变循环50个周期后，功能梯度复合陶粒强度损失率为10%、软化系数0.92，三明治复合陶粒强度损失率为40%、软化系数0.82，表明，相对于三明治复合陶粒，功能梯度复合陶粒具有更好的耐老化性能；

3）本发明通过计算机程控下的组分连续供料系统及盘式成球机盘内离心力，实现了陶粒的组分连续梯度变化；

4）本发明利用低品位含镁资源中氧化镁与磷酸盐的反应形成凝胶体水化产物（凝胶体具有较大的比表面积，可有塑性浆体状态凝结硬化成石状体，并能将土颗粒胶结成整体，进而提高了强度），沉淀固结工程废弃土；同时利用低品位含镁资源中的氧化镁与污水中的磷酸根、铵根反应，降低氮磷含量；

5）功能梯度复合陶粒技术指标为，粒径范围5-20mm；容重600-800kg/m³；筒压强度3.0mpa以上；1h吸水率15%-25％；28天软化系数0.85以上；氨氮去处率80%以上，磷脱除率达95%以上。

综上所述，本发明一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒及其制备方法，资源利用率高、制备工艺简单，耗能低，产品质量高，具备特色的净水性能和氮磷吸附性能，同时能更大限度利用工程废弃土又具有较高强度和耐水性的免烧陶粒。

附图说明

图1为本发明一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明采用的盘式成球机为市售行业常规使用的盘式成球机。

实施例1

一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒的固体组分由工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉构成，且工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥用量由内核至外壳呈梯度变化，如图1所示，即工程废弃土用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的10%依次减少，绿色磷酸钾镁水泥用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的10%依次增加；同时保持工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量不变。其中，内核的固体材料按重量份数计为：工程废弃土80份、磷酸钾镁水泥16份和木粉4份。外壳的固体组分按重量份数计为：工程废弃土20份、磷酸钾镁水泥76份和木粉4份。其制备方法包括以下步骤：

1）低品位含镁资源制备：将氧化镁烟气脱硫废渣与硼泥按重量比9:1的比例混合均匀，于1350℃下煅烧3h，冷却至室温后经球磨机研磨，磨细至200目，制得低品位含镁资源备用；

2）绿色磷酸钾镁水泥制备：将步骤1）中所得的低品位含镁资源与磷酸二氢钾按重量比3:1的比例混合均匀，制备成绿色磷酸钾镁水泥备用；

3）陶粒配料：按上述配方比例称取工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉，经搅拌均匀制得固体混合料，备用；按固体混合料总质量17%的比例称取水，备用；

4）喂料、成球：通过计算机程控的供料系统将步骤3）所得的固体混合料向盘式成球机连续供料，并在5min内将步骤3）中称取的水连续喷洒在固体混合料中，在盘式成球机中造粒成球；

5）养护、筛分：将成球好的陶粒置于18-22℃、相对湿度（rh）≥95％的潮湿环境中养护7天后，进行筛分，得到粒径范围5-20mm的产品。将所得免烧陶粒样品进行检测：陶粒容重为780kg/m³，筒压强度为4.2mpa，1h吸水率为18.38％，28天软化系数0.92，氨氮去处率达85.1%，磷脱除率达99.6%。

在此具体实施例中，工程废弃土为自然粉干土，并在球磨机中粉磨30min；木粉为杨木木粉，粒度120目。氧化镁烟气脱硫废渣为湿式氧化镁法烟气脱硫副产物，氧化镁含量大于40%。硼泥为生产硼酸、硼砂产品的废渣。

实施例2

一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒的固体组分由工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉构成，且工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥用量由内核至外壳呈梯度变化，即：工程废弃土用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的7%依次减少，绿色磷酸钾镁水泥用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的7%依次增加；同时保持工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量不变。其中，内核的固体材料按重量份数计为：工程废弃土86份、磷酸钾镁水泥11份和木粉5份；外壳的固体组分按重量份数计为：工程废弃土15份、磷酸钾镁水泥82份和木粉5份。其制备方法包括以下步骤：

1）低品位含镁资源制备：将氧化镁烟气脱硫废渣与硼泥按重量比9.5：1的比例混合均匀，于1200℃下煅烧4h，冷却至室温后经球磨机研磨，磨细至250目，制得低品位含镁资源备用；

2）绿色磷酸钾镁水泥制备：将步骤1）中所得的低品位含镁资源与磷酸二氢钾按重量比3.5：1的比例混合均匀，制备成绿色磷酸钾镁水泥备用；

3）陶粒配料：按上述配方比例称取工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉，经搅拌均匀制得固体混合料，备用；按固体混合料总质量22%的比例称取水，备用；

4）喂料、成球：通过计算机程控的供料系统将步骤3）所得的固体混合料向盘式成球机连续供料，并在2min内将步骤3）中称取的水连续喷洒在固体混合料中，在盘式成球机中造粒成球；

5）养护、筛分：将成球好的陶粒置于18-22℃、相对湿度（rh）≥95％的潮湿环境中养护7天后，进行筛分，得到粒径范围5-20mm的产品。将所得免烧陶粒样品进行检测：陶粒容重为620kg/m³，筒压强度为3.2mpa，1h吸水率为25％，28天软化系数0.85，氨氮去处率达83.1%，磷脱除率达98.1%。

在此具体实施例中，工程废弃土为自然粉干土，并在球磨机中粉磨20min；木粉为杨木木粉，粒度120目。氧化镁烟气脱硫废渣为湿式氧化镁法烟气脱硫副产物，氧化镁含量大于40%。硼泥为生产硼酸、硼砂产品的废渣。

实施例3

一种工程废弃土免烧功能梯度复合陶粒的固体组分由工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉构成，且工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥用量由内核至外壳呈梯度变化，即：工程废弃土用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5%依次减少，绿色磷酸钾镁水泥用量按工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量的5%依次增加；同时保持工程废弃土与绿色磷酸钾镁水泥总质量不变。其中，内核的固体材料按重量份数计为：工程废弃土82份、磷酸钾镁水泥15份和木粉3份；外壳的固体组分按重量份数计为：工程废弃土17份、磷酸钾镁水泥80份和木粉3份。其制备方法包括以下步骤：

1）低品位含镁资源制备：将氧化镁烟气脱硫废渣与硼泥按重量比9.2：1的比例混合均匀，于1300℃下煅烧3.5h，冷却至室温后经球磨机研磨，磨细至150目，制得低品位含镁资源备用；

2）绿色磷酸钾镁水泥制备：将步骤1）中所得的低品位含镁资源与磷酸二氢钾按重量比2.5：1的比例混合均匀，制备成绿色磷酸钾镁水泥备用；

3）陶粒配料：按上述配方比例称取工程废弃土、绿色磷酸钾镁水泥及木粉，经搅拌均匀制得固体混合料，备用；按固体混合料总质量15%的比例称取水，备用；

4）喂料、成球：通过计算机程控的供料系统将步骤3）所得的固体混合料向盘式成球机连续供料，并在3min内将步骤3）中称取的水连续喷洒在固体混合料中，在盘式成球机中造粒成球；

5）养护、筛分：将成球好的陶粒置于18-22℃、相对湿度（rh）≥95％的潮湿环境中养护7天后，进行筛分，得到粒径范围5-20mm的产品。将所得免烧陶粒样品进行检测：陶粒容重为680kg/m³，筒压强度为3.8mpa，1h吸水率为22.6％，28天软化系数0.86，氨氮去处率达82.1%，磷脱除率达99.1%。

在此具体实施例中，工程废弃土为自然粉干土，并在球磨机中粉磨25min；木粉为杨木木粉，粒度120目。氧化镁烟气脱硫废渣为湿式氧化镁法烟气脱硫副产物，氧化镁含量大于40%。硼泥为生产硼酸或硼砂产品的废渣。

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。