中空陶粒及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种中空陶粒及其制备方法。

背景技术：

陶粒是一种轻质多孔的球形或者椭圆型硬质材料。它具有比表面积大、孔隙率大、堆积密度小、吸附能力强、保温隔音效果好、抗冻性能和耐久性能好、等优点，被广泛应用于、轻集料结构混凝土、水处理用过滤材料、建筑矿井回填等不同领域。

目前，市场上常见的陶粒有粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒、底泥陶粒、污泥陶粒、建筑垃圾陶粒等不同材质的陶粒，也有用胶凝材料制成的免烧陶粒。烧结法是目前生产陶粒最普遍的工艺，在烧制过程中，在略低于陶粒烧成温度的条件下，通过na2o、k2o、mgo、feo等助熔剂氧化物的作用，成陶主要成分sio2、al2o3和fe2o3生成液态熔融的硅酸盐化合物，并与原料中的有机物、碳酸盐等发气物质发生内部氧化反应，产生水蒸气、氧气、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮气和氢气等气体，这些气体使陶粒在烧制过程中内部形成微小密闭的气孔，使陶粒发胀，但是由于陶粒原料中产生气体的成分有限，气体的生成量无法一直增加，陶粒自身的堆积密度降低到一定值时就无法再降低了，导致由陶粒制成的轻质高强混凝土也存在表观密度无法进一步降低的问题。有研究者利用煤矸石或污泥等固体废弃物，作为陶粒生产原料，由于其包含可燃成分，制备更加轻质的陶粒，但均无法突破陶粒现有的多孔结构限制，密度也无法很低，强度也会大受影响。因此，如何通过改变陶粒的结构，不影响陶粒强度的基础上，进一步降低陶粒密度，是陶粒生产中急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种中空陶粒，以受热可分解、燃烧或溶解的物质为材料制成的球形核心，所述球形核心外层用无机材料包裹，经高温烧结，所述球形核心去除，而外层包裹的无机材料烧结形成内部中空的壳体。

本发明还有一个目的是提供一种中空陶粒的制备方法，通过将无机材料包裹在受热易分解的核心表面后，通过高温焙烧，核心结构被移除，只剩下无机材料构成的壳，方法简单易操作且形成的中空陶粒具备密度低、强度高等特点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种中空陶粒，以受热可分解、燃烧或溶解的物质为材料制成的球形核心，所述球形核心外层用无机材料包裹，经高温烧结，所述球形核心去除，而外层包裹的无机材料烧结形成内部中空的壳体。

优选的是，所述受热可分解、燃烧或溶解的物质包含无机可燃物或有机可燃物中的任意一种。

优选的是，所述球形核心为圆球或椭圆球。

优选的是，所述无机材料为黏土、粉煤、煤矸石粉、硅藻土、页岩粉、珍珠岩尾矿粉、钢渣、矿渣、冶金渣中的任意一种或多种。

本发明还提供一种所述的中空陶粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：无机材料经干燥粉碎处理后制成粉料，或者所得粉料中按质量百分比为20％-50％加入水制成浆体；

步骤2：将所得粉料或浆体包裹于由受热可分解、燃烧或溶解的物质制成的球形核心表面，制成陶粒坯体；

步骤3：将所得陶粒坯体阴干陈化12-24h后，再置于马弗炉中高温焙烧，得到中空陶粒。

优选的是，所述无机材料置于80-150℃干燥箱中干燥1-2h后，球磨粉碎全部通过200目筛；

所述无机材料为粘土、粉煤灰或煤矸石。

优选的是，步骤1中所述球形核心的材料为碳、农业固体废弃物、聚丙烯小球或聚乙烯小球中的任意一种，所述球形核心为由任意一种所述材料制成的直径为0.3-50mm的圆球。

优选的是，所述核心采用沾浆法浸泡在所述浆体中3-5s，取出，所述浆体自然包覆在所述球形核心的表面，制成所述陶粒坯体；

所述浆体用喷涂的方式均匀喷在所述核心的表面，制成所述陶粒坯体；或

所述粉料和所述球形核心同时加入圆盘造球机中，边滚动边喷水，将所述粉料用圆盘包覆法加水包覆于所述球形核心表面，制成所述陶粒坯体。

优选的是，步骤3中，阴干陈化的陶粒坯体置于所述马弗炉后，以5-10℃/min的速率升温至300-700℃，保温15-30min；以5-10℃/min的速率升温至950-1200℃，保温15-30min；再自然冷却至50℃以下，制得所述中空陶粒；

所述中空陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明采用受热能够分解、燃烧或溶解的物质为材料(例如无机可燃物或有机可燃物)制成的球状核心，在其外表面包裹一层由无机材料制备成的包覆层，然后置于马弗炉中，经高温焙烧，内部的球形核心受热后就会分解成小分子，由于无机材料例如粘土、粉煤灰或煤矸石形成的包覆壳为多孔结构富有透气性，经高温分解形成的气化的小分子经过包覆壳可以向外溢出在马弗炉中经高温可以充分燃烧成二氧化碳、氢气、氮气等物质，使得内部的球形核心被彻底移除，仅剩下外部的包覆壳，在高温下，外部包覆壳发生烧结，冷却后，即制成了中空的陶粒，该中空陶粒具备质轻、密度小、强度高等特点，改变了现有技术所谓中空陶粒其实仍然是多孔结构，以及密度不能进一步降低的缺陷。另外，该中空陶粒的制备方法，工艺简单，易操作，可以被广泛使用和制备，并且制备的中空陶粒强度高、密度低，能够用于轻质高强混凝土的制备。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中空陶粒的制备方法的流程图；

图2为本发明中空质陶粒的效果图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供一种中空陶粒，以受热可分解、燃烧或溶解的物质为材料制成的球形核心，所述球形核心外层用无机材料包裹，经高温烧结，所述球形核心去除，而外层包裹的无机材料烧结形成内部中空的壳体。

在上述方案中，球形核心选择受热可分解、燃烧或溶解的物质为材料，经高温后，可以直接完全分解，经包覆层溢出然后进一步在马弗炉中燃烧或分解，形成二氧化碳、氮气或者氢气等无害物质，同时球形核心被彻底去除，仅剩下外层的包覆层，由于包覆层经高温烧结后，形成具有一定强度的外壳，因此，去除球形核心的包覆层即中空陶粒，具备质轻、密度低、高强度的特性，改变了现有技术不能将多孔陶粒的密度进一步降低以及不能保证高强度的缺陷，本发明的中空陶粒更利于应用到轻质高强度的混凝土制备中。

一个优选方案中，所述受热可分解、燃烧或溶解的物质包含无机可燃物或有机可燃物中的任意一种。

在上述方案中，基于本发明要解决的技术问题要进一步降低中空陶粒的密度，选择受热可分解、燃烧或溶解的物质包含无机可燃物或有机可燃物，可以有效的保证经这些材料制备成的球形核心经高温烧结后能彻底的去除。

一个优选方案中，所述球形核心为圆球或椭圆球

一个优选方案中，所述无机材料包含黏土、粉煤、煤矸石粉、硅藻土、页岩粉、珍珠岩尾矿粉、钢渣、矿渣、冶金渣中的任意一种或多种。

本发明还提供了一种所述的中空陶粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：无机材料经干燥粉碎处理后制成粉料，或者所得粉料按质量百分比为20％-50％加入水制成浆体；

步骤2：将所得粉料或浆体包裹于由受热可分解、燃烧或溶解的物质制成的球形核心表面，制成陶粒坯体；

步骤3：将所得陶粒坯体阴干陈化12-24h后，再置于马弗炉中高温焙烧，得到中空陶粒。

在上述方案中，将无机材料制备粉料或者浆体，可以通过不同的方式将无机材料包覆在球形核心的表面，然后在通风无光照处进行阴干陈化处理12-24h，可以加强无机材料和浆体的粘附以及形状的固定，还能防止直接高温或者光照导致包覆层出现裂纹等现象，影响陶粒功能及使用，陈化后的陶粒坯体经高温焙烧，可以将球形核心去除，仅保留无机材料形成的包覆层，并且包覆层经高温烧结之后具有透气、强度高、密度低等特点，而高温烧结后的陶粒是完全的中空结构，相比现有的陶粒进一步降低密度，具备质轻以及高强度的特点。

一个优选方案中，所述无机材料置于80-150℃干燥箱中干燥1-2h后，球磨粉碎全部通过200目筛；

所述无机材料为粘土、粉煤灰或煤矸石。

在上述方案中，无机材料选择粘土、粉煤灰或煤矸石经过干燥粉碎全部通过200目筛后，更便于粘附在球形核心表面。

一个优选方案中，步骤1中所述球形核心的材料包含碳、农业固体废弃物(秸秆等)、聚丙烯小球或聚乙烯小球中的任意一种，所述球形核心为由任意一种所述材料制成的直径为0.3-50mm的圆球。

在上述方案中，聚丙烯小球、聚乙烯小球都是市面是能够购买获得的；碳小球是从市面上买了原料之后，可以根据需要制成所需要的圆球或椭圆球；农业固体废弃物如秸秆，可以先粉碎后再制成所需要的圆球或椭圆球。

一个优选方案中，所述核心采用沾浆法浸泡在所述浆体中3-5s，取出，所述浆体自然包覆在所述球形核心的表面，制成所述陶粒坯体；

所述浆体用喷涂的方式均匀喷在所述核心的表面，制成所述陶粒坯体；或

所述粉料和所述球形核心同时加入圆盘造球机中，边滚动边喷水，将所述粉料用圆盘包覆法加水包覆于所述球形核心表面，制成所述陶粒坯体。

一个优选方案中，步骤3中，阴干陈化的陶粒坯体置于所述马弗炉后，以5-10℃/min的速率升温至300-700℃，保温15-30min；以5-10℃/min的速率升温至950-1200℃，保温15-30min；再自然冷却至50℃以下，制得所述中空陶粒；

所述中空陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。

在上述方案中，经5-10℃/min的速率升温至300-700℃，这是保证内部球形核心去除的温度，如果不经过此阶段的烧结，升温速度过快，在某个阶段产生的气体过多，会破坏中空陶粒的结构，无法烧成。在此阶段后，再以5-10℃/min的速率升温至950-1200℃，可保证外壳材料进行烧结，形成高强度的外壳。

实施例1

一种中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用黏土作为原料，置于110℃干燥箱中干燥1h，然后球磨粉碎成200目。精确称量500g粉碎后的黏土，按质量百分比20％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；

(2)采用沾浆法将直径为0.3mm的聚丙烯小球浸泡在浆体中，3s后取出，黏土浆体自然包覆于聚丙烯小球外，制备成陶粒坯体；将陶粒坯体放置于通风，免日照区域，阴干陈化12h；

(3)将阴干陈化的陶粒坯体放入马弗炉中高温焙烧，其具体方式为：以5℃/min的速率升温至300℃，保温15min；以5℃/min的速率升温至950℃，保温15min；再自然冷却至50℃以下，制备轻质中空陶粒。陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。

实施例2

一种中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用黏土作为原料，置于130℃干燥箱中干燥1.5h，然后球磨粉碎成250目。精确称量500g粉碎后的黏土，按质量百分比40％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；

(2)采用沾浆法将直径为3mm的聚丙烯小球浸泡在浆体中，4s后取出，黏土浆体自然包覆于聚丙烯小球外，制备成陶粒坯体；将陶粒坯体放置于通风，免日照区域，阴干陈化18h；

(3)同实施例1的(3)。

实施例3

一种中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用黏土作为原料，置于150℃干燥箱中干燥2h，然后球磨粉碎成300目。精确称量500g粉碎后的黏土，按质量百分比50％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；

(2)采用沾浆法将直径为50mm的聚丙烯小球浸泡在浆体中，5s后取出，黏土浆体自然包覆于聚丙烯小球外，制备成陶粒坯体；将陶粒坯体放置于通风，免日照区域，阴干陈化24h；

(3)同实施例1的(3)。

实施例4

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用粉煤灰作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎成200目，精确称量500g粉煤灰，按质量百分比20％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；将浆体放入喷枪中，均匀喷在直径为0.3mm的炭制小球外表面，喷涂厚度约为2mm，制备成陶粒坯体；放置于通风，免日照区域，阴干陈化12h；

(2)将阴干陈化的陶粒坯体放入马弗炉中高温焙烧，其具体方式为：以10℃/min的速率升温至300℃，保温30min；以10℃/min的速率升温至1100℃，保温30min；再自然冷却至50℃以下，制得轻质中空陶粒。陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。

实施例5

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用粉煤灰作为原料，置于130℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎成250目，精确称量500g粉煤灰，按质量百分比40％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；将浆体放入喷枪中，均匀喷在直径为3mm的炭制小球外表面，喷涂厚度约为1mm，制备成陶粒坯体；放置于通风，免日照区域，阴干陈化18h；

(2)同实施例4的(2)。

实施例6

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用粉煤灰作为原料，置于150℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎成200目，精确称量500g粉煤灰，按质量百分比50％加入水中，搅拌均匀，制备成浆体；将浆体放入喷枪中，均匀喷在直径为50mm的炭制小球外表面，喷涂厚度约为0.5mm，制备成陶粒坯体；放置于通风，免日照区域，阴干陈化24h；

(2)同实施例4的(2)。

实施例7

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用煤矸石作为原料，置于110℃干燥箱中干燥1h，然后球磨粉碎成200目；精确称量500g煤矸石，加入在圆盘造球机中滚动的0.3mm碳制小球上，喷水造球，将煤矸石包裹在小球表面，厚度约为1mm，制备成陶粒坯体。放置于通风，免日照区域，阴干陈化12h；

(2)将坯体放入马弗炉中烧制，其烧成制度为：以5℃/min的速率升温至680℃，保温30min；以5℃/min的速率升温至1200℃，保温30min；再自然冷却至50℃以下，制得轻质中空陶粒。陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。

实施例8

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用煤矸石作为原料，置于130℃干燥箱中干燥1.5h，然后球磨粉碎成250目；精确称量500g煤矸石，加入在圆盘造球机中滚动的3mm碳制小球上，喷水造球，将煤矸石包裹在小球表面，厚度约为0.5mm，制备成陶粒坯体。放置于通风，免日照区域，阴干陈化12h；

(2)同实施例7的(2)。

实施例9

一种烧中空陶粒及其制备方法，包括以下步骤：

(1)选用煤矸石作为原料，置于150℃干燥箱中干燥2h，然后球磨粉碎成300目；精确称量500g煤矸石，加入在圆盘造球机中滚动的50mm碳制小球上，喷水造球，将煤矸石包裹在小球表面，厚度约为0.3mm，制备成陶粒坯体。放置于通风，免日照区域，阴干陈化12h。

(2)同实施例7的(2)。

本申请还测定了实施例1-9制备的中空陶粒的筒压强度、堆积密度、表观密度及吸水率，如表1所示。

表1

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。