本发明专利技术公开了一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，采用的原料组分及总份数按100份计的各组分质量分数、含水率、粒度要求为：粘土性含铁尾矿 40~45份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%；煤矸石42~49份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%；城镇污水处理厂脱水污泥 10~13份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%。其制备过程中，预热温度500~600℃、焙烧温度1250~1350℃、升温速率10~15℃/min，制备出的超轻陶粒堆积密度为390kg/m3、筒压强度为1.2MPa、吸水率为3.8%，达到GB/T 17431.1-2010要求，为尾矿、煤矸石和脱水污泥的大宗利用开辟一条新的途径，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
【技术实现步骤摘要】
一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒
本专利技术涉及一种无机非金属材料，具体涉及一种轻质陶粒产品，可在保温隔热混凝土及其制品、园艺、食品饮料、化工、石油等领域广泛应用。
技术介绍
陶粒是以黏土、亚黏土等为主要原料，经加工制粒、烧胀而成的，其粒径在5mm以上的轻粗骨料，适用于保温、也可用于结构用轻骨料混凝土。陶粒行业中将密度300~500kg/m3的陶粒称为超轻陶粒，而密度＞500kg/m3的陶粒为一般密度陶粒。超轻陶粒对原料配方要求很苛刻，故一般只是用固体废弃物部分代替粘土或页岩，或者固体废弃物加入煤炭、水玻璃等非固废原料来制备超轻陶粒。传统的陶粒原料主要是粘土和页岩等天然矿产资源，但是，大量利用它们来生产陶粒会破坏耕地和生态环境。随着对环保重视程度的不断提高，近年来国家开始逐步禁止生产和使用纯天然粘土类制品，鼓励利用固体废弃物来部分或全部代替粘土和页岩等天然矿产资源。目前，对于陶粒的研制，国内外大都集中在如何利用各种固体废弃物，其中对于煤矸石生产陶粒方面的研究比较多，也有利用尾矿来制备陶粒的研究的报导，而且往往需要加入其它矿物原料，如中文核心期刊《新型建筑材料》2012年10月发表的“高岭土尾矿-煤矸石烧制轻质高强陶粒的研究”一文中介绍，以煤矸石、高岭土尾矿为主要原料，添加氢氧化钾为助熔剂，在烧成温度为1150℃，氢氧化钾掺量为3%，保温11min的条件下，可以烧制出800级的轻质高强陶粒，其各项性能指标符合GB/T17431.1—2010中规定的人造高强轻粗集料的指标要求，实现了废弃物的综合利用。但该方法仍然需要添加氢氧化钾作助溶剂，而氢氧化钾为强碱性化合物，容易造成对环境的污染和对人体的伤害，而且也增加了生产成本。中国专利申请201210314981.8公布了一种利用低硅铁尾矿制备多孔陶粒及其制备方法，所述陶粒的制备原料按重量配比包括75~90份低硅铁尾矿粉或与其份量相当低硅铁尾矿浆、5~20份造孔剂和1~8份粘土，所述低硅铁尾矿粉或低硅铁尾矿浆中SiO2重量含量低于40%。该方法称取铁尾矿、造孔剂和粘土粉混合后，造粒成生球；生球干燥后，在1100~1180℃条件下焙烧40~60min，得到烧成铁尾矿陶粒。本专利技术可分别制备出符合建筑应用和水处理应用的多孔陶粒，但制备出的陶粒密度仍比较大，达不到超轻陶粒的密度要求，而且该专利仍然需要粘土性物料，生产成本高。到目前为止，全部以固体废物为原料制备超轻陶粒还未见报道。尾矿是我国最大的工业固体废物，目前我国每年尾矿产生量16亿吨以上，其中铁矿尾矿产生量就高达9亿余吨，尾矿总堆存量120余亿吨；煤矸石是我国第二大工业固体废物，目前我国堆放的煤矸石总量达50多亿吨,占地20万亩以上,并且煤矸石年产生量达到5.6亿t。此外，为了控制水污染和实现污水资源化，我国对城市污水处理率提出了明确的要求，所有设市的城市，污水处理率不低于60％。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污水厂的污泥产生量将有较大的增长，由此引起的二次污染问题已不容忽视。因此如何合理地处理、处置污泥，已成为城市污水厂和相关部门必需引起重视的问题。尾矿、煤矸石、城镇污水处理厂脱水污泥的大量堆存会带来经济、环境和安全等诸多方面的问题，例如占用大面积土地、污染环境、造成潜在的安全隐患等。如何大宗利用尾矿、煤矸石、脱水污泥等固体废弃物，达到减量化、无害化和资源化的目的，成为国内外研究热点和难点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术中存在的上述问题，而提供一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，该超轻陶粒的原料全部为固体废物、生产成本低、原料来源广，产品的密度符合超轻陶粒要求，为尾矿、煤矸石和脱水污泥的综合利用提供了新的途径。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒采用以下技术方案：本专利技术一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，采用的原料组分及总份数按100份计的各组分质量分数、含水率、粒度要求为：（1）粘土性含铁尾矿40~45份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%；（2）煤矸石42~49份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%；（3）城镇污水处理厂脱水污泥10~13份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%；所述的粘土性含铁尾矿中：SiO2含量25.0~40.0%，Al2O3含量4.0~9.0%，Fe2O3含量10.0~28.0%，（CaO+MgO）含量14.0~17.0%，（K2O+Na2O）含量0.8~3.0%，烧损14.0~18.0%；所述的煤矸石中：SiO2含量40.0~46.0%，Al2O3含量35.0~45.0%，烧损11.0~17.0%；所述的城镇污水处理厂脱水污泥中，（SiO2+Al2O3）含量32.0~40.0%，（CaO+MgO）含量2.0~5.0%，烧损42.0~50.0%。本专利技术一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，较优的技术方案为：所述的粘土性含铁尾矿中：SiO2含量28.0~32.0%，Al2O3含量5.0~8.0%，Fe2O3含量20.0~27.0%，（CaO+MgO）含量14.0~17.0%，（K2O+Na2O）含量0.8~2.0%，烧损15.0~17.5%；所述的煤矸石中：SiO2含量43.0~45.0%，Al2O3含量38.0~41.0%，（K2O+Na2O）含量≤0.5%，烧损12.0~15.0%；所述的城镇污水处理厂脱水污泥中，（SiO2+Al2O3）含量32.0~40.0%，（CaO+MgO）含量2.0~3.5%，（K2O+Na2O）含量≤2.0%，烧损46.0~50.0%。所述的煤矸石中（CaO+MgO）含量＜0.4%、（K2O+Na2O）含量＜0.4%为佳。本专利技术一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，是由以下工艺制备而成：（1）原料选择：按照各组分化学成分要求选择尾矿、煤矸石系高岭土和脱水污泥为原料；（2）原料预处理：测定各原料的含水率和粒度，必要时进行晾晒、破碎、磨细等预处理，使原料含水率小于5%，粒度达到0.08mm方孔筛筛余小于5%；（3）配料及混料：按照各组分份数配比进行配料，先用搅拌机搅拌，再加水搅拌，使配料中的总含水率以重量计保持在16~19%范围；（4）造球：将搅拌均匀的原料加入造球机进行造球，造球机出料粒度应控制在15~20mm范围；（5）干燥：首先在55~75℃干燥1.5~2.5h，然后在100~120℃干燥约1.5~2.5h；（6）预热：预热温度为500~600℃，预热时间15~30min；（7）焙烧：焙烧温度为1250~1350℃，预热升温速率10~15℃/min；（8）冷却：①将高温炉门打开，自然冷却至650~750℃，②关闭炉门程序控制炉温以8~12℃/min速度下降至380~420℃，③再打开炉门自然冷却至室温。陶粒检测。依据GB/T17431.2-2010中的相关测试方法，检测陶粒制品的堆积密度、吸水率和筒压强度等性能指标，并将所测得的各项性能指标值与GB/T17431.1-2010中对应的标准值进行对比，看是否达到要求；由于本专利技术所用原料均为固体废弃物，因此依据GB5085.3-2007对陶粒制品的浸出毒性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，其特征在于采用的原料组分及总份数按100份计的各组分质量分数、含水率、粒度要求为：（1）粘土性含铁尾矿 40~45份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%； （2）煤矸石42~49份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%； （3）城镇污水处理厂脱水污泥 10~13份，含水率<5%，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5%； 所述的粘土性含铁尾矿中：SiO2含量25.0~40.0%，Al2O3含量4.0~9.0%，Fe2O3含量10.0~28.0%，（CaO + MgO）含量14.0~17.0%，（K2O + Na2O）含量0.8~3.0%，烧损14.0~18.0%； 所述的煤矸石中：SiO2含量40.0~46.0%，Al2O3含量35.0~45.0%，烧损11.0~17.0%； 所述的城镇污水处理厂脱水污泥中，（SiO2+ Al2O3）含量32.0~40.0%，（CaO + MgO）含量2.0~5.0%，烧损42.0~50.0%。
【技术特征摘要】
1.一种全部以固体废物为原料制备的超轻陶粒，其特征在于采用的原料组分及总份数按100份计的各组分质量分数、含水率、粒度要求为：(1)粘土性含铁尾矿40～45份，含水率<5％，粒度为0.08mm方孔筛筛余量＜5％；(2)煤矸石42～49份，含水率<5％，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5％；(3)城镇污水处理厂脱水污泥10～13份，含水率<5％，粒度为0.08mm方孔筛筛余量≤5％；所述的粘土性含铁尾矿中：SiO2含量25.0～40.0％，Al2O3含量4.0～9.0％，Fe2O3含量10.0～28.0％，(CaO+MgO)含量14.0～17.0％，(K2O+Na2O)含量0.8～3.0％，烧损14.0～18.0％；所述的煤矸石中：SiO2含量40.0～46.0％，Al2O3含量35.0～45.0％，烧损11.0～17.0％；所述的城镇污水处理厂脱水污泥中，(SiO2+Al2O3)含量32.0～40.0％，(CaO+MgO)含量2.0～5.0％，烧损42.0～50.0％；所采用的制备工艺为：(1)原料选择：按照各组分化学成分要求选择粘土性含铁尾矿、煤矸石和城镇污水处理厂脱水污泥为原料；(2)原料预处理：测定各原料的含水率和粒度，必要时进行晾晒、破碎、磨细预处理，使原料含水率小于5％，粒度达到0.08mm方孔筛筛余小于5％；(3)配料及混料：按照粘土性含铁尾矿、煤矸石和城镇污水处理厂脱水污泥的各组分...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗书亮，那琼，潘旭方，孙磊，陈宏贵，郭庆，王帆，朱桐，徐庆荣，
申请(专利权)人：中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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