高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒及其制备方法，其各原料按质量份的构成为锰渣200份、粉煤灰50份、渣土50份、煤矸石50份、硅藻土10份、锯末5份，或为锰渣200份、渣土100份、煤矸石50份、珍珠岩10份、锯末10份。本发明专利技术的生产工艺简单、环保，所用原料成本低廉、来源丰富，固体废弃物可大量利用，工艺可进行放大生产；本发明专利技术所得陶粒具有烧胀性、高强度、高气孔率、高保温性能等综合优势，能够将重金属离子固封进陶粒之内，可广泛应用于保温建筑墙体、保温砂浆、河道污水净化、重金属离子吸附等方面。属离子吸附等方面。

【技术实现步骤摘要】
高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种新型建筑保温及污水重金属离子吸附材料，具体涉及高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]在现代工业中，锰被广泛应用于钢铁、轻工、建材等领域。电解金属锰(EMM)产业已经发展成为一个巨大的产业，我国的电解金属锰占世界的98％以上。EMM行业主要以碳酸锰片为原料，硫化后从硫酸锰溶液中经氧化、中和、提纯、电解得到电解锰和锰渣。目前我国处理锰渣以企业筑坝堆存填埋为主，存在着安全隐患和环境风险，占用了大量的土地，造成了资源的浪费。锰渣堆坝垮坝、溃坝隐患十分严重，雨水使渣库内积水易造成山体滑坡，引起灾害，加大了环境的压力。Mn、Cr、Pb等重金属离子下渗，地下水也会造成污染，对当地居民的健康也造成了极大危害。锰渣已经成为困扰EMM企业和社会的一个难题，因此锰渣的资源化利用是缓解环境压力的关键。
[0003]目前，利用锰渣对可溶性锰进行回收具有较好的经济价值，但其操作步骤复杂、成本高、产生副产品。利用锰渣作全价肥，效果没有专业化肥显著，得不到农民的认可，且其中的硫化物会腐蚀禾根。利用锰渣作墙体材料，其可溶性物质没得到固化，会在墙面上出现黄褐色污点，影响美观。因此，探索锰渣的资源化方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]基于上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供一种高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒及其制备方法，旨在实现锰渣的高价值资源化，获得强度高、孔隙率高、保温性好的陶粒。
[0005]本专利技术为解决技术问题，采用如下技术方案：
[0006]高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒，其特点在于：所述保温陶粒的各原料按质量份的构成为：锰渣200份，粉煤灰50份，渣土50份，煤矸石50份，硅藻土10份，锯末5份；或者，所述保温陶粒的各原料按质量份的构成为：锰渣200份，渣土100份，煤矸石50份，珍珠岩10份，锯末10份。
[0007]本专利技术所用的锰渣原料为电解锰企业长期堆存的固体废弃物，其化学成分及主要性能参数见表1、表2。
[0008]表1锰渣的化学成分
[0009][0010][0011]表2锰渣的性能参数
[0012][0013]本专利技术所用的粉煤灰是燃煤电厂火力发电后出场原灰或购置的一级粉煤灰。目前我国对粉煤灰的综合利用大幅提高，但大部分为低值利用，未实现高比例高附加值的利用。本专利技术以粉煤灰作为生产陶粒的外掺成陶塑性剂，实现了固体废弃物的高值化利用，节约资源、保护环境。其化学成分见表3。
[0014]表3粉煤灰的化学成分
[0015][0016]本专利技术所使用的煤矸石为两淮矿区采矿或选煤厂矸石，含有少量煤粉具有一定的热值，煤矸石近些年的高效资源化利用率不高。本专利技术中煤矸石主要提供Si、Al源为陶粒提供强度，同时实际操作中煤矸石具有一定的粘性，可为造粒提供便利。其主要化学成分见表4。
[0017]表4煤矸石的化学成分
[0018][0019]本专利技术所用渣土取自建筑工地附近，渣土属于建筑垃圾的一种，其含有弃土、弃料及其他石块等废弃物。
[0020]本专利技术所用硅藻土与珍珠岩的主要成分如表5、表6所示。硅藻土购置于福晨(天津)化学试剂有限公司，珍珠岩购置于信阳市厚普矿业材料厂，其主要成分为SiO2，锰渣中Si含量较少，因此通过添加硅藻土与珍珠岩进行Si源的调配。同时含有Fe2O3，可以降低料球的烧结温度。
[0021]表5硅藻土的化学成分
[0022][0023]表6珍珠岩的化学成分
[0024][0025]本专利技术高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒的制备方法为：将原材料预处理后，按配比进行混合，再经造粒、烘干、预热与焙烧、冷却，从而获得所述高强多孔保温陶粒。具体包括如下步骤：
[0026]步骤1、原材料预处理
[0027]将锰渣块在105℃烘干4h后，破碎、过100目标准筛；将煤矸石、粉煤灰、渣土在105℃烘干2h；将锯末过标准筛，取平均粒径≤1mm的锯末在105℃烘干2h；硅藻土、珍珠岩为购置原料，尺寸不大于100目；
[0028]步骤2、将预处理后各原料按配比充分混合，获得混合物料；
[0029]步骤3、造粒
[0030]使用干粉机制成粒法对步骤2所得混合物料进行造粒，造粒过程中均匀喷入水雾，造粒尺寸为10mm
‑
15mm，获得料球；喷水量为料球全质量的25
‑
30％；
[0031]步骤4、烘干
[0032]将步骤3所得料球放入105℃干燥箱内进行干燥，或者利用工业中的窑炉尾气进行干燥，使料球中的水分及挥发氨气充分脱去；
[0033]步骤5、预热与焙烧
[0034]将烘干后料球先在550
‑
600℃保温预热30min，再在1100
‑
1200℃保温焙烧10min。
[0035]步骤6、冷却
[0036]将焙烧后料球冷却至室温后，即获得目标产品。
[0037]本专利技术以锰渣为原料替代制备传统陶粒的粘土，掺入煤矸石、粉煤灰、硅藻土或珍珠岩调配化学组分作为陶粒的强度支撑，同时降低熔点即共烧结温度，加入锯末作为引气膨化剂，料球在高温下内部发生反应产生气体，使料球产生熔胀，并在高温下产生晶型转变，其中产生的主要晶型转变及产气固封重金属离子反应如下：
[0038]晶型转变：产生钙长石
[0039]CaCO3＝CaO+CO2↑
(700～900℃)
[0040]CaO+SiO2＝CaSiO3(1050～1150℃)
[0041]CaSiO3+CaO+Al2O3＝2CaO
·
Al2O3·
SiO2(硅灰石)
[0042]Ca2Al2SiO7+Al2O3+3SiO2＝2(CaO
·
Al2O3·
2SiO2)(1150℃以上)
[0043]固封重金属离子：产生钙锰辉石
[0044]硅灰石晶体的阳离子八面体带与相邻硅氧四面体链的几何构图如图2所示。锰钙辉石与硅灰石存在着共生的关系，其晶体结构取决于M阳离子占位的不同。硅灰石的M3占位为Ca，锰钙辉石的M3占位则为Mn，而M4占位则全为Ca。对于M1、M2占位，前者全为Ca，后者M1为Mn占位，或全为Ca占位，即硅灰石呈—Ca—Ca—Ca—Ca—格局占位，锰钙辉石呈—Mn—Ca—Ca—Ca—格局，通过X射线衍射分析此处占位比约为1:4。随着料球烧结温度的升高，其内部Mn
2+
受到激发，不断地扩散迁移，使硅灰石的M3占位发生变化，从而将锰渣中的Mn
2+
固封在锰钙辉石中。
[0045]主要反应：产生气体导致膨胀
[0046]①
碳酸盐的分解：
[0047]MgCO3→
MgO+CO2↑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒，其特征在于：所述保温陶粒的各原料按质量份的构成为：锰渣200份，粉煤灰50份，渣土50份，煤矸石50份，硅藻土10份，锯末5份；或者，所述保温陶粒的各原料按质量份的构成为：锰渣200份，渣土100份，煤矸石50份，珍珠岩10份，锯末10份。2.一种权利要求1所述的高掺量锰渣复配渣土及煤系废物高强多孔保温陶粒的制备方法，其特征在于：将原材料预处理后，按配比进行混合，再经造粒、烘干、预热与焙烧、冷却，从而获得所述高强多孔保温陶粒。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，各原料的预处理方法为：将锰渣块在105℃烘干4h后，破碎、过100目标准筛；将煤矸石、粉煤灰、渣土在105℃烘干2h；将锯末过标准筛，取平均粒径≤1mm的锯末在105℃烘干2h。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐子芳，叶东东，戴涛，傅宇豪，张翔，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：