调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法技术

调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法，涉及人造轻质材料技术领域，本发明专利技术以成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料，先将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球，然后将适量同类型成陶粉体包覆于多孔生料球表面，得到类石榴型陶粒生料球，最后将类石榴型陶粒生料球进行高温烧结。本发明专利技术采用单一成陶粉体制备出了轻质、高强、低吸水率的陶粒，无需复杂的成分设计过程，从根源解决了现有技术制备陶粒时孔隙结构难以调控及原料配比复杂的问题，且其工艺流程简单，成本低，尤其适于工业化生产应用。产应用。产应用。

【技术实现步骤摘要】
调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及人造轻质材料
，特别涉及一种调控陶粒结构特征和力学强度的方法、类石榴结构轻质高强陶粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，轻质高强陶粒的生产工艺主要是通过对生料成分和高温热处理制度进行调控，利用粘度合适的液相将气泡束缚住，从而制备出低密度的陶粒。由于高温条件下陶粒中液相的粘度对温度比较敏感，而工业窑炉的温控精度普遍不高，这导致生产的陶粒普遍性能波动较大。另外，采用现行工艺制备的陶粒普遍存在气孔结构参数调控困难、裂纹较多等现象。
[0003]中国专利文献CN111333404A以泡沫作为模板，以磷尾矿、稳泡剂、水泥等为主要的成陶原料，采用成球工艺制备磷尾矿多闭孔基体，然后利用多闭孔基体和污泥、助溶剂等原料混合成球制备陶粒生料，经高温烧成制备出符合GB/T17431.2
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2010要求的轻质陶粒。然而，上述方法所制备的陶粒筒压强度较低，不符合高强陶粒的标准要求，并且还存在制备工艺复杂的问题。另有中国专利文献CN102936127A以羧甲基纤维素或聚乙烯醇表面改性的聚苯泡沫颗粒为成孔模板，利用成球盘将陶粒原料粉体包覆在成孔模板材料上，在之后的高温煅烧过程中聚苯泡沫颗粒被分解去除，最终得到轻质中空陶粒。上述专利都是在陶粒生料成球阶段，以高温下易分解的有机轻质颗粒作为成孔模板引入到陶粒生料中，再经高温烧成。这些方法存在如下共同的问题：（1）成陶粉体配比复杂，需要经过复杂的成分设计过程，当需要调控陶粒的结构特征及力学强度时，面临重新进行成分设计的问题，工作量大；（2）制备工艺较为复杂，不利于工业化生产；（3）有机成孔模板在高温下分解会释放污染性气体；（4）陶粒吸水率偏高，且在孔隙之间发育形成有细小的裂纹，结构稳定性较差，受力超限时易于发生较大的结构性损毁（粉碎）。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种工艺简单、易于工业化的陶粒制备方法，并通过该法制备具有类石榴结构的轻质高强陶粒。
[0005]具体而言，本专利技术中类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法包括以下步骤：1）以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料；2）利用粘合剂将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球；3）利用粘合剂将适量与步骤1）中同一类型的成陶粉体包覆于多孔生料球表面，从而在多孔生料球外部形成外壳层，得到类石榴型陶粒生料球；4）将类石榴型陶粒生料球干燥后在低于颗粒状空心模板的熔点温度下烧结并确
保颗粒状空心模板的空腔结构不被破坏，烧结完成后随炉冷却，即得到所述类石榴结构轻质高强陶粒。
[0006]在步骤1）中，所述成陶粉体为单一类型的粒度不大于200目的粉体，所述颗粒状空心模板的粒径为0.5mm
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3mm。
[0007]其中，所述粘合剂为糖或糖蜜的水溶液。
[0008]于本专利技术一实施例中，步骤3）中成陶粉体的粒径不大于步骤1）中成陶粉体的粒径的70%。
[0009]于本专利技术一实施例中，所述成陶粉体为粉煤灰、页岩、废弃土方、煤矸石、铁尾矿中的一种，所述颗粒状空心模板为粉煤灰漂珠、莫来石空心球、尖晶石空心球中的一种。
[0010]其中，所述类石榴型陶粒生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比优选为1：（2～9），所述多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比优选为1：（1～5）。
[0011]进一步地，所述粘合剂中糖或糖蜜的浓度为（5～15）wt%。
[0012]于本专利技术一实施例中，步骤2）中，取适量颗粒状空心模板加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次、交替加入颗粒状空心模板和成陶粉体，最终制备得到多孔生料球；步骤3）中，将步骤2）中制备的多孔生料球加入盘式造粒机中，启动设备后，向混合盘中喷洒适量粘合剂并混匀，再缓慢加入适量成陶粉体，在成陶粉体包覆于多孔生料球表面期间适量补喷粘合剂；重复上述操作，通过等比例、分批次加入剩余成陶粉体，最终制备得到陶粒生料球；步骤4）中，陶粒生料球的干燥温度低于粘合剂中功能组分的分解温度，烧结过程采用分段升温、保温，最高温度为1100℃
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1350℃，在最高温阶段保温30 min
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90min，之后随炉冷却至室温。
[0013]此外，本专利技术还涉及采用上述制备方法制备得到的类石榴结构轻质高强陶粒，其包括多孔芯部，所述多孔芯部外形成有致密壳层。
[0014]最后，本专利技术还涉及一种调控陶粒结构特征和力学强度的方法，通过采用上述制备方法制备陶粒，并在颗粒状空心模板与成陶粉体类型已经确定的前提下，于制备过程中：通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比来调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数；并通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量来调控陶粒致密壳层的密实度和厚度。
[0015]本专利技术在多孔生料球外部包裹成陶粉体形成外壳层，多孔生料球中采用熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板作为造孔剂，颗粒状空心模板能够在高温烧成阶段保持其内部空腔结构不被破坏，外壳层高温烧成后所形成致密结构能够有效降低陶粒的吸水率并提高其力学强度。生产过程中，通过调节颗粒状空心模板的粒度、多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比即可调控陶粒多孔芯部的气孔结构参数（气孔大小及孔隙率），通过调节形成外壳层的成陶粉体的粒度与用量即可调控陶粒致密壳层的密实度和厚度，从而实现陶粒结构特征和力学强度的调控。与现有技术相比，本专利技术采用单一类型的成陶粉体就可制备出轻质和高强兼顾的陶粒，无需复杂的成分设计过程，从根源上解决了现
有技术制备陶粒时孔隙结构难以调控及原料配比复杂的问题。尤其值得一提的是，本专利技术制备的类石榴结构轻质高强陶粒的壳层表面以及芯部的孔隙周围未见任何细小裂纹，陶粒结构稳定性好，受压时不会出现粉碎性破裂的现象，孔隙周围密实、无裂纹的结构形态对于保证陶粒低吸水率以及其在存放和使用过程中的结构稳定性与抗压强度都是极为有益的。另外，本专利技术所采用的工艺流程更简单，成本低，也更适合应用于工业化生产。
附图说明
[0016]图1为实施例中制备类石榴结构轻质高强陶粒的工艺原理图。
[0017]图2为实施例1中制备的轻质高强粉煤灰陶粒及其断面结构。
具体实施方式
[0018]为便于本领域技术人员更好地理解本专利技术与现有技术的区别，下面结合具体实施例来对本专利技术作更进一步的说明，实施例所记载的内容并不能理解为对本专利技术的限制。
[0019]图1示出了实施例中制备类石榴结构轻质高强陶粒的工艺原理。总体而言，以下实施例中均是以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料，先利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：1）以合适粒度的成陶粉体以及熔点高于成陶粉体烧结温度的颗粒状空心模板为主原料；2）利用粘合剂将适量成陶粉体包覆于颗粒状空心模板表面并使适当数量的表面包覆有成陶粉体的颗粒状空心模板粘聚成球状，得到多孔生料球；3）利用粘合剂将适量与步骤1）中同一类型的成陶粉体包覆于多孔生料球表面，从而在多孔生料球外部形成外壳层，得到类石榴型陶粒生料球；4）将类石榴型陶粒生料球干燥后在低于颗粒状空心模板的熔点温度下烧结并确保颗粒状空心模板的空腔结构不被破坏，烧结完成后随炉冷却，即得到所述类石榴结构轻质高强陶粒。2.如权利要求1所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述成陶粉体为单一类型的粒度不大于200目的粉体，所述颗粒状空心模板的粒径为0.5mm
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3mm。3.如权利要求1所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述粘合剂为糖或糖蜜的水溶液。4.如权利要求1
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3中任意一项所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：步骤3）中成陶粉体的粒径不大于步骤1）中成陶粉体的粒径的70%。5.如权利要求1
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3中任意一项所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述成陶粉体为粉煤灰、页岩、废弃土方、煤矸石、铁尾矿中的一种，所述颗粒状空心模板为粉煤灰漂珠、莫来石空心球、尖晶石空心球中的一种。6.如权利要求1
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3中任意一项所述类石榴结构轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于：所述类石榴型陶粒生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（2～9），所述多孔生料球中颗粒状空心模板与成陶粉体的质量比为1：（1～5）。7.如权利要求3所述类石...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊鑫，李桂芳，曾利群，吴智，林新颖，王健，赖敏，阳鑫，张雅芝，蔡利亚，韦振婕，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：