一种高强陶粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用循环流化床粉煤灰烧结制备高强陶粒的方法及其应用，属于固体废弃物利用技术领域。所述高强陶粒是将难以回收利用的循环流化床粉煤灰按照一定的配比，在控制烧失量的条件下得到混合料，然后将其烧结成陶粒，实现其资源化利用。本发明专利技术的方法在实现粉煤灰资源化利用的同时，最大程度地避免了环境污染，获得的高强度陶粒既可以用作水处理滤料，又能够作为建筑材料，替代高强混凝土制品中的砂石，减少砂石资源的开采，降低生产成本。降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高强陶粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于固体废弃物利用
，特别是涉及一种利用循环流化床粉煤灰烧结陶粒的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，循环流化床(Circulating FluidizedBed，简称CFB)燃烧技术以其独有的优势在低热值燃料的利用中发挥着重要作用，成为发电厂与热电厂的首选技术。循环流化床粉煤灰(CFB灰)是循环流化床锅炉以煤矸石、中煤、煤泥等低热值煤为燃料，在燃烧的同时通常向炉内喷入一定量固硫剂(通常是石灰石)所生成的副产物。据估计，燃煤1t，大约产生200～300kg粉煤灰，循环流化床锅炉产灰多30～40％，我国CFB灰的年均产生量已经高达0.8～1.5亿t，而山西省的年均产量则近4000万t，位居全国之首。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此，实现对固体废弃物的资源化利用是我们建设美丽中国的必经之路。2019年全国粉煤灰综合利用率76.70％，其中山西、宁夏、内蒙古等西部煤炭大省的粉煤灰利用率还远低于全国平均水平，因此我们要加快实现对粉煤灰的规模化、高值化利用。
[0003]目前，煤粉炉粉煤灰(PC灰)的利用较为成熟，可用在建材、农业、环保、化工等方面。而由于CFB锅炉发展较晚，国内对CFB灰的研究仍处于初步探索阶段，尚未建立起完善的理论和实现大规模资源化利用。与煤粉炉粉煤灰的生产过程不同，PC灰是在较低的燃烧温度及炉内脱硫工艺下生成，导致CFB灰中含有CaCO3、CaSO4和f
‑
CaO，若直接应用在水泥、混凝土中，就会使得制备的建筑材料具有膨胀性，导致建筑材料后期强度和施工性能降低，极大地限制了其在建材方面的大规模利用。
[0004]粉煤灰基高强陶粒是以粉煤灰为主要原料，掺加少量粘结剂(如黏土)和固体燃料(如煤粉)以及极少量附加剂，经混合成球、高温烧结而制成的一种满足建材应用需求的人造轻集料。目前市场上的粉煤灰基高强陶粒大多数需要额外添加多种组分和添加剂，且制备过程较为复杂，所得陶粒一般在水处理行业中用作水处理的滤料以及作为轻集料应用于一些对强度要求不高的建筑中，在强度要求比较高的高强度混凝土中的应用极少。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中循环流化床粉煤灰难以大规模资源化利用的技术问题，旨在提供一种利用循环流化床粉煤灰制备高强陶粒的方法以及该方法制备的高强陶粒，通过工艺的优化设计和方法创新，实现对难以处理的循环流化床粉煤灰的资源化利用。
[0006]本专利技术采用了如下的技术方案。
[0007]一种高强陶粒，由一种循环流化床粉煤灰或多种循环流化床粉煤灰混合后烧结制得，其特征在于烧结前物料或者混合物料的烧失量需要控制在5％～8％的范围，且物料或者混合物料中SiO2含量为39％～49％、Al2O3含量为30％～36％、CaO含量为8％～11％；所述高强陶粒的堆积密度为900kg/m3～1100kg/m3，随机颗粒抗压强度的正态分布和频率分布统
计图中7MPa
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13MPa的高强陶粒数目＞90％。
[0008]进一步地，所述高强陶粒的形状为球形或椭球形，从而便于制备，节约陶粒的生产成本。
[0009]进一步地，所述高强陶粒为内部结构致密多孔的粒径5mm～15mm的球形或椭球形颗粒。陶粒的粒径过小时，由于陶粒内部用于承受力的物料过少，而无法承受大的压力，而当陶粒的粒径过大时，陶粒的内部容易形成小孔，会降低陶粒的力学性能，因此陶粒的粒径优选为5mm～15mm。
[0010]本专利技术创新性地在原材料中使用了难以回收利用的循环流化床粉煤灰，将其烧结成陶粒，实现其资源化再利用。相比于传统的煤粉炉粉煤灰，循环流化床粉煤灰粉质更细，在初期成球阶段通过制备工艺优化改进，在不额外添加粘结剂的情况下即可形成陶粒生料球，由于减少粘结剂的添加，使制得的陶粒性质更为单一稳定，成本更低。与现有技术相比，本专利技术仅采用了循环流化床粉煤灰为原料制备陶粒，所用原料简单易得，不需要多种物质进行复杂的配合。
[0011]本专利技术的高强陶粒由一种循环流化床粉煤灰或者多种循环流化床粉煤灰混合后烧结制得，其制备方法包括以下步骤：
[0012](1)将粉煤灰物料烘干处理，经筛分后将细度控制在160目≥90％；
[0013](2)控制粉煤灰物料或者混合物料的烧失量为5％～8％的范围，并由此确定粉煤灰物料或者粉煤灰混合物料的配比，称量、混合均匀；
[0014](3)将步骤(2)中的粉煤灰物料或者粉煤灰混合物料置于圆盘成球机中，边转动边加水进行造粒，得到粒径范围5mm～15mm的陶粒生料球；
[0015](4)将步骤(3)得到的陶粒生料球转入高温设备内烧结处理，得到高强陶粒。
[0016]优选地，造粒过程中，加入水的质量占混合物料总质量的30％～35％。
[0017]优选地，所述的圆盘成球机的倾斜角度设置为40
°
～50
°
，转速设置为20
‑
40r/min。
[0018]优选地，所述的陶粒生料球表面无明显裂纹且近似球形。
[0019]优选地，所述的陶粒生料球转入高温设备内烧结处理前，还包括将陶粒生料球于常温下静置一段时间，使其进行水化反应的步骤。通过对陶粒生料进行静置处理，能够使得陶粒内部充分发生水化反应，从而使循环流化床粉煤灰中活性成分SiO2、Al2O3与CaO生成大量的水化硅酸凝胶，从而提高陶粒的初期强度。
[0020]优选地，烧结处理的步骤为：将所述高温设备从室温升至500～700℃预热，恒温处理15～30min；继续升温至1240℃～1260℃，恒温处理30～45min；保持陶粒在高温设备内冷却至室温，即得到符合技术要求高强陶粒。
[0021]本专利技术制得的高强陶粒可以作为滤料应用于水处理领域，以及作为建筑材料应用于装配式建筑领域，如作为砂石替代材料应用于混凝土掺合料中。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023](1)循环流化床粉煤灰是循环流化床锅炉以煤矸石、中煤、煤泥等低热值煤为燃料，在燃烧的同时通常向炉内喷入一定量固硫剂(通常是石灰石)所生成的副产物，炉内燃烧温度较低和脱硫工艺导致其烧失量较高且CaO和CaSO4含量较多，长久以来一直难以处理。本专利技术将其烧结成陶粒，实现其资源化再利用。本专利技术采用这种难以处理的循环流化床粉煤灰作为原料，粉煤灰消纳量大，能够高效地实现循环流化床粉煤灰的资源化利用。
[0024](2)本专利技术中的循环流化床粉煤灰不需要经过球磨处理，CFB灰自身的物理化学性质有利于造粒时物料的粘结和陶粒强度的形成；考虑到循环流化床粉煤灰物料中较高的CaO含量，将陶粒生料球经过1至3天的静置处理，可以充分利用水化反应进一步增加陶粒的初期强度。
[0025](3)专利技术人发现，以粉煤灰物料或者混合物料烧失量5％～8％作为指导，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强陶粒，由一种循环流化床粉煤灰或者多种循环流化床粉煤灰混合后烧结制得，其特征在于烧结前物料或者混合物料的烧失量需要控制在5％～8％的范围，且物料或者混合物料中SiO2含量为39％～49％、Al2O3含量为30％～36％、CaO含量为8％～11％；所述高强陶粒的堆积密度为900kg/m3～1100kg/m3，随机颗粒抗压强度的正态分布和频率分布统计图中7MPa
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13MPa的高强陶粒数目＞90％。2.根据权利要求1所述的高强陶粒，其特征在于，所述高强陶粒形状为球形或椭球形。3.根据权利要求2所述的高强陶粒，其特征在于，所述高强陶粒为内部结构致密的粒径5mm～15mm的球形或椭球形颗粒。4.一种权利要求1至3中任一项所述的高强陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粉煤灰物料烘干处理，经筛分后将细度控制在160目≥90％；(2)控制粉煤灰物料或者混合物料的烧失量在5％～8％的范围，并由此确定粉煤灰物料或者粉煤灰混合物料的配比，称量、混合均匀；(3)将步骤(2)中的粉煤灰物...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦育红，王旭旭，王继蕊，贺冲，卫月星，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：