水云母陶粒及其生产方法和应用制作方法

蒋里军

1996年7月31日

1995年1月28日

1995年1月28日

蒋里军

C04B20/06GK1127730SQ9510018

陶粒 云母 应用 生产

1.陶粒是灰色、褐色的轻质高强多孔粒料，本发明水云母陶粒的特征是灰色、褐色、白色的轻质、高强、多孔的，以“水云丹岩”的灼烧物质为成分或为主要成分的水云母陶粒和陶结块2.根据权利要求1，白色的水云母陶粒，其特征是以粉末颜色为灰白至白色的水云丹陶粒和陶结块3.根据权利要求1，以“水云母岩”灼烧物质为成分的水云母陶粒和陶结块，其特征是成分中SiO2在50％以上，SiO2＋AL2O3含量大于70％，并含有钛、铁、镍、硼的水云母陶粒和陶结块4.根据权利要求1，以“水云母岩”灼烧物质为主要成分，其特征是除含“水云母岩”灼烧成分之外，尚含有人为加入的其它成分，特别是工业废物成分的水云母陶粒和陶结块5.根据权利要求4，含有固体工业废物成分的水云母陶结块，其特征是经烧结而成的含有粉煤灰成分的，具有几何形态的水云母陶粒多孔体板块和砌块6.根据权利要求1，水云母陶粒和水云母陶结块，其特征是经过粉碎的，粒径小于3—5mm并有自然级配的，粉碎到粒径约为水泥颗粒大小的，以及粉碎成为细粉和微粉的水云母陶粒和陶结块的粉碎料和磨细料7.一种多孔质陶粒的无配料生产方法是以“笔石相页岩”为原料，经烧结而成的，本发明水云母陶粒的生产方法其特征是以“水云母岩”为原料或为主要原料，烧结而成水云母陶粒粒料和块料3.根据权利要求7，以“水云母岩”为原料，其特征是以水云母粘板岩、水云母页岩、水云母泥岩为原料9.根据权利要求7，以“水云母岩”为原料烧结而成，其特征是以一种低温易熔相的水云母页岩，在900℃—1050℃烧成温度下烧结而成10.根据权利要求7，以“水云母岩”为原料烧结而成陶粒粒料和块料，其特征是以一种水云母页岩烧结而成白色水云母陶粒和陶结块11.根据权利要求7、烧结而成水云母陶粒和陶结块，其特征是可以用回转窑、竖式立窑、沸腾炉、流化床、电炉(中频炉)、反射炉、遂道窑、辊道窑为设备进行焙烧和煅烧12.根据权利要求7、以“水云母岩”为主要原料烧结而成，其特征是可以加入工业废物，当为了改性需要可加入其它矿物，而进行水云母陶粒和水云母陶粒多孔体板、块的生产13.根据权利要求7，水云母陶粒粒料和块料，其特征是将其加工成为水云母陶粒和陶结块的粉碎料和磨细料14.陶粒用于混凝土轻骨料，保温隔音材料，本发明水云母陶粒和陶结块的应用特征是用于混凝土轻质填充物、保温隔音材料、聚合、复合材料的填充料、掺和料、混合材和集料15.根据权利要求14，用于复合材料填充料，其特征是以水泥、沥青为胶结料，以水云母陶粒粒料和块料的粉碎料为集料，用作公路、高速公路面层材料16.根据权利要求14，用于混凝土轻质填充物，其特征是用于制造轻质混凝土墙、地板、砌块、隔墙大板、水泥船的制造；也可用于存重梁柱、存重板、水泥电杆、水泥轫枕的制造17.根据权利要求14，用于复合材料的混合材和集料，其特征是用于制作防水混凝土和防渗水泥18.根据权利要求14，用于聚合复合材料的填充料，其特征是用其微细粉粒做水泥、塑料、橡胶、油漆的填充料，并制造其聚合、复合材料及其制品19.根据权利要求14，用于复合聚合材料的填充料，其特征是用灰白到白色的水云母陶粒和多孔陶块的微细粉料为填充料，制造白色和彩色聚合、复合材料及其制品20.根据权利要求14，用于复合、聚合材料填充料，其特征是用水云母陶粒和陶结块的微细粉料与树脂、油漆、涂料复合而制作钢铁保护涂层，以及用于制作耐刻划油漆21.根据权利要求14，用于聚合复合材料填充料，其特征是先与水泥、塑料、树脂复合而制造复合陶粒板、块，然后经表达加工而成为陶粒妆饰板块22.根据权利要求14，用于复合材料混合材和掺合料，其特征是以水云母陶粒和陶结块的磨细料为混合材或掺合材，以水泥为基材复合而成一种水泥基复合材料——陶粒水泥

本发明涉及陶粒及其生产方法和应用，尤其是一种水云母陶粒及其生产方法和应用近半个世纪以来，陶粒的生产都受到局限和停滞、其主要原因是传统的生产方法受到了外加剂的限制，既既限制了陶粒的大规模生产，又影响了陶粒自身的质量，抑制了陶粒的大规模的使用专利申请号92103883.6，分类号CD41338100，发明名称“一种多孔质陶粒的无配料生产方法及其陶粒和应用”，是以“笔石相负岩”为原料，可以无需配料而进行陶粒的生产，拓宽了陶粒的生产方法和应用；但是随着建筑事业的高度发展和现代化的需要，越来越要求更多更好的、重量更轻、硬度更高的混凝土轻骨料但“笔石相页岩”在地质学上属于古生代地层，虽规模较大，但很多地区缺失或未能出露，而难以获得这种原料资源，因而仍然不能满足陶粒的普遍生产和广阔应用本发明的目的是提供一种水云母陶粒及其以“水云母岩”为原料的生产方法，而可以无需配料，用作混凝土轻骨料，保温、隔音材料，以及聚合、复合物的填充料，及混合材和掺合料，非常广泛和普遍地进行陶粒的生产，以满足现代楼房和其它建筑的普遍需要本发明是这样实现的，以“水云母岩”为原料，可无需配料，无需加入任何助熔剂和起泡剂而进行陶粒的生产这种“水云母岩”包括水云母页岩，水云母泥岩，水云母粘板岩等，及其风化产物这种“水云母岩”呈黑灰、灰黑、灰黄、黄绿、紫红、红砖等色，泥质粉砂质结构，风化后颜色变浅，一般为页片状构造，具簿层理；但也有呈厚层到巨厚层状者，如水云母混岩；化学成分为SiO2、Al2O3，Fe2O3、CAO，其中SiO2＋Al2O3含量均在70％以上物相鉴定主要组成为水云母、石英、高岭土、蒙托石等，含有钛、铁、锰、镍、硼、钒及钙、镁、钾、钠元素等，产于砂页地层中，以含有大量水云母矿物为特征出露规模巨大、蕴藏极其丰富，时间空间上的分布十分广泛，各个地质时代及世界各个地区均有大量产出，是人类取之不尽，用之不歇的轻材料原料资源本发明利用的“水云母岩”作为陶粒生产的原料是非常适宜的，其机理在于水云母矿物的晶格构造是由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成，其晶格构造很不稳定水云母晶格中能吸附钾钠离子并部分被钙、镁置换故水云母含有丰富的钾、钠、钙、镁等碱金属、碱土金属助熔成分；由此提供了陶粒低的烧成温度及短的烧成时间在矿物学的矿物生成次序及稳定性上水云母是长石和云母向高岭石过度的中间产物，属于很不稳定的过度型矿物，这也为陶粒的生产提供了低的烧结温度和玻化温度水云母的分子式为KAL5Si7O20(OII)4，是一种含水多的很不稳定的矿物，正因为含有大量的结晶水，为陶粒的发泡作用提供了条件水云母矿物在沉积和成岩的过程中，能吸附有机质一同沉积或堆积，而有机质是形成陶粒多孔的又一种气相物质以上气相物质不论是结晶水或是有机质(可能还有TiO3)，都以极其微小的、极其均质的形式分布在“水云母岩”之中，其产生的气相物质是极其均匀的，其造成的陶粒孔隙是均质的，并能从微观上形成均质的多孔和微孔，因而提高了陶粒自身的质量；相反，使用外加剂的传统方法，其加入的外加剂不可能达到如此极其微小和均化，故而会影响陶粒的质量，特别是微观上难以形成多孔质水云母与蒙拓石属于同源矿物，在生成次序中属邻近矿物，不但性质类似并互为伴生和共生；而蒙拓石晶格中还含有不固定的自由电荷，其中AL3+常被Fe3+所置换，这为陶粒生产过程中硅酸盐矿物易熔体的形成提供了重要的铁质条件由于以上机理当本发明利用的“水云母岩”在990—1200℃温度下煅烧的时候，当受热到熔点时，则由挥发物(结晶水和有机质)产生气相物质，并同时膨胀，而形成轻质、超轻质的、多孔质的、具有高的硬度和耐磨度的水云母陶粒或多孔质的水云母陶瓷块体和碎块，经粉碎可成轻砂、粉及微粉这种水云母陶粒具有互不连通的、封闭的孔隙，这些孔隙或微孔将有效地阻止水份的浸入，裂隙的延伸及因热差变化而引起的安定性变化，用作轻质填充物，轻骨料，保温隔音材料，复合聚合物掺合料和填充料，包括水硬性、气硬性、热固性、热塑性聚合、复合材料，譬如水泥块和混凝土，它将是轻质高强的、保温、抗冻的、抗裂的、防渗的、耐磨的、防滑的、抗老化的出于采用了具有以上优良特征的水云母陶粒产品及其应用的方案，以及采用了异常适宜陶粒生产的具有上述岩性及矿物理化特征并广泛分布的“水云母岩”为原料的陶粒生产方案，可以容易而普遍的制造出水云母陶粒产品，进而利用其众多的优良特征和功能，实现其广泛的应用，并可以达到本发明的目的其生产方法简单下面结合实施例对本发明进一步说明实施例中对本发明采用的原料——“水云母岩”进行了广泛采集、分析及实验，尤其是对不同产地、不同地质时代的“水云母岩”进行了广泛试验，其编号、采集地点、地质时代、层位、岩性如下编号B—1，采集地点土坎、地质时代奥陶纪、层位“五峰”组、岩性黑至黑灰色，以含水云母及浮游生物化石为特征，化学成分SiO2＋Al2O3大于70％以上，其中SiO2为70.19％，Al2O3为8.95％烧成温度1100—1150℃本层水云母岩因含铁低，当无内加煤和其它杂质加入可生产出灰白——白色陶粒或陶块编号W2，采集地点羊角，地质时代志留纪、层位韩家店“组、黄灰——黄绿色水云母页岩，化学成分SiO2＋Al2O3为76.74％，烧成温度1100—1150℃编号S—2，采集地点碑垭，地质时代志留纪，层位“龙马溪”组，岩性灰——黑灰色、粉砂结构水云母页岩，SiO2＋Al2O3大于70％，SiO2为72.64％，Al2O3为12.32％，Fe2O3为5.45％，烧成温度1100—1150℃编号Jg，采集地点涪陵市砂溪，地质时代侏罗纪，层位“自流井群”，岩性黑灰——灰绿色水云母页岩，SiO2＋Al2O3含量为76.35％，烧成温度1100—1150℃，本“水云母岩”在马胡炉锻烧，生成白色陶粒，但玻化的表面层呈现褐灰色编号丰1—3，采集地点丰都及涪陵市白岩口，地质时代三迭纪，层位雷口坡组，岩性褐至黄绿色水云母页岩，化学成分SiO2为58.38％，Al2O3为14.94％，经马胡炉煅烧试验烧成温度为900—1050℃，烧成时间只为7分钟，是一种异常低温相的水云母页岩编号ch，采集地点重庆市，地质时代侏罗纪，层位“自流井群”，岩性黑灰—灰黄色水云母页岩，化学成分含SiO2为16.10％，Al2O3为18.97％，烧成温度1100—1150℃以上实施例中的所有水云母页岩均属于低熔相，熔点900—1150℃之间，对陶粒生产均很有利，并以SiO2＋Al2O3为主要化学成分，其SiO2均在50％以上，SiO2＋Al2O3均大于70％，并以含钙低、含钛高为特点从以上实施例中，已不难看出本发明采用的“水云母岩”在时间和空间上的丰度和广度除此，还可以从地质文献中给以充分证实举《中华人民共和国区域地质调查报告，1∶20万黔江幅14—49-××(地质部分)》，1975年，四川地质局出版为例，在该图幅的地层中自上而下为侏罗系中统为暗紫色水云母岩及含石英粉砂质水云母泥岩；中下统有以凉高山组，东岳庙组为代表的灰黑、灰绿、黄绿等色的水云母页岩及石英粉砂质水云母页岩，富含辩鳃类化石三迭系中统巴东组的黄绿色水云母页岩下三迭统大冶组底部的深灰——黄绿色水云母页岩二迭系梁山组及吴家坪组，底部的黑色水云母页岩泥盆系上统水车组的灰黄、紫红等色水云母页岩，产腕足类志留系为水云母页岩广泛产出的地层，下志留统龙马溪群的巨厚地层中，主要为一套丰产笔石的水云母页岩，更盛者是中志留统罗惹坪组，为黄绿、绿灰、灰白等色的水云母页岩及石英粉砂质水云母页岩，在上1000米的地层中，逐层产出，厚度十分巨大奥陶系，是水云母页岩巨大量产出的又一地层旋回，如下统为水云母页岩，水云母粘板岩；上统有著名的“五蜂”黑色含炭质石英粉砂质水云母页岩，盛产笔石寒武系中统高台组产有灰绿色石英粉砂质水云母页岩，下统水井沱组产有黑色水云母页岩另从《中华人民共和国1∶20万区测地质图》涪陵幅所附地层柱状图对水云母岩赋存的层位、厚度、岩性描述均与上述地质文献相同或者类似……不可枚举本发明水云母陶粒的特征和应用实施例如下轻质特征本陶粒具有多孔质结构，且从微观上具有多孔质，及其孔隙和微孔的存在，使其具备了轻质特征，容重可比水轻2/3；而用作混凝土轻质填充物或轻骨料，制造轻质墙，地板(砖)、砌块、隔墙板及隔墙大板，以及水泥船的制造当采用轻砂为集料，制作混凝土板、块时、经同一设备、同一操作工人，以本陶粒粒径为3mm以下，并具有自然级配的轻砂为集料，以水泥为胶结料、半干法膜压成型，比自然砂为集料制成的混凝土块，其抗压强度提高30％以上，抗折强度提高更大高的机械强度特征其陶粒可具有很高的强度，硬度和耐度，经省(成都)检测，其制造的水云母陶粒筒压强度已达14MP/CM2以上，其容重为360Kg/Ma一种外加20％左右CaO的水云母陶粒，送天津陶粒厂试验，颗粒容重1000—1200Kg/m3左右，筒压强度可达30MPa/cm2以上本水云母陶粒无论玻化的或未玻化的，以回转窑生产的园粒型，或是以竖式立窑生产的碎石型(多孔陶结块)，其硬度均可达7—8磨氏度由于既轻质而高强的特征，可用于混凝土结构材料(粱、柱)以及存重板，柱和电杆的制造由于既多孔又高强度而最好用其竖式窑炉生产的轻砂，用于公路及高速公路面层材料，其质量和效果显然要比矿渣和碎石(米石)为优因为本陶粒的多孔质特征，即使呈细小颗粒仍具有微孔和大的表面积，这克服了水泥和碎石(相对也包括矿渣)之间介面的溥弱环节因此砌筑的路面将能抵抗各种复杂机械力的冲击隔热、照音特征其陶粒由于多孔而质轻引出了隔音及绝热性能广泛用于隔音保温当将本陶粒用于保温隔音时，宜采用容重小的超轻级陶粒，其焙烧时，宜采用高温快烧和尽可能使煅烧物料(水云母岩)避免阻尼，且具有自由空间的窑炉中焙烧，如反射炉、沸滕炉、回转窑等；使用竖式立窑时效果不良防水、防渗特征其陶粒具有的陶瓷特征，及其孔隙和微孔的互不连通，以及有效的防止裂隙的延展，而具有抗冻特征当以其粉碎、磨细料用于复合材料混合材和掺和料时，如复合水泥及其混凝土，而具有防水，防渗特征，如陶粒防水混凝土可以粒径破碎到3mm以下，并有自然级配的陶粒或多孔陶块的粉碎料为集料，以水泥和水为胶凝浆体拌合而成而一种陶粒水泥，则是以磨细的、粒径约为水泥颗粒大小的本陶粒或多孔陶块粉料为混合材，以水硬性胶凝材为基材复合而成也可以硅酸盐水泥熟料与本陶粒粒料或块料共同研磨而成这种防渗水泥，不但具有优良的防水防渗性能，而且具有化学稳定性好和高的强度实验中以水泥比陶粒为1∶2制成试件，经48天水下浸泡试验，结果除表层约2MM有浸湿现象，其余则全部是干的，经抗压试验，其强度达46MPA/CM2，而用标砂做的对照样则全部被水浸湿透本水云母陶粒具有大的表面积特征本陶粒的多孔质特点形成了大的表面积特征，并从微观上仍具有大的表面积，这大为增加了陶粒和胶凝剂、作色剂(颜料)之间的结合力，特别是当陶粒呈微小颗粒的时候，仍与胶凝剂、作色剂有很大的结合力；用其微细粉粒可制成陶粒彩色板(块)，如陶粒彩色水泥块(板)，以及用作塑料、橡胶、油漆填充料，尤其是一种白色水云母陶粒，无论是用作上述复合、聚合材料填充料，或是着色材料都更加理想本水云母陶粒具有良好的电绝缘特征因具有陶瓷特征而具有电绝缘特征，可与塑料等复合制成电器材料本水云母陶粒具有优良的化学稳定性，抗酸、碱盐及大气腐蚀，而用其与热固性、热塑性塑料、树脂、橡胶和天然聚合物、油漆、涂料复合而制作钢铁保护涂层实验中，以醇酸清漆为基材，以本陶粒磨细粉料为填充料，经拌合而成一种陶粒油漆，并涂刷于钢管之上，取得了超出意料的效果，这种陶粒油漆是强光泽的、遮盖力好，光洁度高粘结力强，强高度，涂子钢铁之上与钢铁表面同等坚硬，抗蚀性强，并耐磨和耐刻划，是一种强光泽的耐刻划陶粒油漆经此涂层涂刷后达4年以上的钢铁试件，出之仍然光亮如初本水云母陶粒具有性脆特征其性脆，有利于加工成微小颗粒的特征，而可制成陶粒粉和微粉，广泛用于轻工和日用化工本水云母陶粒具有强光泽特征其陶粒具有强光泽，特别是玻化陶粒具有玻璃到金钢光泽，可用其与水泥、塑料、聚酯等复合而成陶粒装饰材料(板或块)，以及制作裱糊装饰材料及涂料试验中用小于1MM的本陶粒细小粉料与水泥复合，物料比为1∶1，并加有适量黑色颜料制成的陶粒装饰板材，经表达加工后，其黑如墨，其亮如镜，光洁照人，闪闪生挥，且能“永久”保持光泽，是一种高级装饰材料本水云母陶粒具有改变水泥硬化及水泥结构和性能，并达到一定强度比的特征“凡以水泥为基材所组成的复合材料，均称为水泥基复合材料(CementBasedlompo Site Materials)1986年7月在第八届国际水泥化学会议上，著名水泥、混凝土专家、美国的Mente教授指出“当硬化水泥浆体和混凝土，不再被视为由那些需单独并彻底地描述其特征的孤立组分所组成时，这似乎说明我们已经达到了水泥研究的转折点”本陶粒(多孔陶结块)能有效的改变水泥硬化及水泥结构和性能，并达到意想不到的效果及很高的、超出寻常的强度化；而用其制作复合水泥，特别是硅酸盐水混基复合材料(复合硅酸盐水泥)的混合材或掺合料其制造方法是将本发明水云母陶粒及其多孔陶块粉碎磨细到水泥粒径大小，为混合材或掺合料，以水泥为基材拌合而成水泥基复合材料，如陶粒复合硅酸盐水泥等，其拌合也可以其陶粒或陶结块按不同比例与水泥熟料共同研磨而成实验中以编号B—1、W1、Jg等水云母页岩制成的水云母陶粒分别以掺量10％、20％、30％、40％……60％，作为硅酸盐水泥的混合材或掺合料，当熟料标号在525号以上时，所生产的复合硅酸盐水泥28d的抗压强度均在42MPA/CM2以上国内传统的混合材生产复合硅酸盐水泥，掺量35％左右时，28d的抗压强度一般比熟料强度降低10％—20％，而本发明水云母陶粒混合材当掺量为30％时，28d的抗压强度仅降低3.3％，当掺量为20％时，7d、28d的抗折强度比熟料都有所增加；7d抗压强度与熟料比由35.0降低到31.3，仅降低3.7兆帕，而28d抗折、抗压都比熟料增长(28d熟料抗压强度为54°MPA/CM2，掺量为20％后的复合水泥为55.4MPA/CM2)PH值熟料为12.7，掺量20％后为12.10实验证明，本陶粒混合材(掺合料)当掺量小于20％时，对水泥PH值及安定性的改善，仅有微弱影响，但掺量当大于30％时，对水泥安定性的改善影响很大，以至能将安定性松脆的熟料转变为安定性合格的复合水泥本发明是以“水云母岩”为原料或为主要原料进行陶粒及多孔陶结块的生产，可以“水云母岩”为唯一原料进行陶粒及多孔陶结块的生产，其工艺是先将“水云母岩”矿石进行碎矿、磨矿、成球，然后在回转窑或竖式立窑中焙烧，也可直接将其岩块破碎到一定粒径直接入窑焙烧；当采用沸腾炉时，粒经最好破碎到2—4毫米以下，并可生产出陶粒微珠，当采用“岩粒”直接入炉并烧制轻质陶粒时，也可采用流化床为煅烧设备，当需要生产出高质量的白色陶粒时，最好使用以天然气为燃料，或是在电炉(中频炉)中煅烧当采用以“水云母岩”为主要原料进行陶粒及多孔陶结块的生产时，可以加入非发泡、助熔为目的的其它配料和原料，如其它矿石、工业废物、粉煤灰等，当采用掺入了部分粉煤灰生产多孔陶结块时可在焙烧之前预先成型，包括半干法压榨成型，或半塑成型为板(块)、砖等坯料，然后再入窑焙烧而成水云母陶粒多孔体板块或砌块，并可采用遂道窑、辊道窑等设备进行焙烧