一种多孔质陶粒的无配料生产方法及其陶粒和应用制作方法

蒋里军

1993年2月24日

1992年5月20日

1992年5月20日

蒋里军

C04B14/02GK1069254SQ9210388

陶粒 配料 多孔 生产

1.一种在易熔粘土、页岩中加入起泡剂或助熔剂烧制陶粒及陶粒作为混凝土轻骨料，保温材料的应用，本发明的特点是应用一种“笔石相页岩”为原料，无需配料，进行多孔质陶粒生产的方法，及其陶粒作为高强轻质人造骨料方面的应用2.陶粒是一种轻质的多孔粒料，本发明的特征是其陶粒不但是多孔质的，而且从微观上具有多孔质3.陶粒具有高的机械强度，本发明的特征是其陶粒含有异常丰度的钒、钛、镍、锰、硼，并具有异常高的机械强度、硬度和耐磨度4.根据权利要求1所述的陶粒生产方法，其特征是一种无需配料、无需任何助熔剂和起泡剂，以一种产于砂页岩系地层中的，以含笔石为特征为“笔石相页岩”为唯一原料，进行陶粒烧制的生产方法5.根据

本发明涉及一种陶粒的生产及其应用，尤其是以一种“笔石相页岩”为唯一原料，无需配料而生产多孔质陶粒的方法，及其陶粒作为人造骨料的应用已知陶粒的生产(烧粘土、烧页岩)是在易熔粘土或页岩中加入起泡剂、有时需加入助熔剂进行配料，经混合烧制而成其用途为混凝土轻骨料和保温材料近半个世纪以来，陶粒的生产都受到局限和停滞，其主要原因是受到了外加剂的限制，而既限制了陶粒的大规模的生产，又影响了陶粒自身的质量，抑制了陶粒的应用范筹及其大规模的使用至今对于人造骨料(陶粒)尚没有适当的生产方法，而实际上主要是使用各种矿渣来拌制轻骨科混凝土本发明则是提供一种陶粒的无配料生产方法、无需任何外加剂(助熔剂和起泡剂)而生产陶粒的方法，这种陶粒是多孔质的，而且微观上具有多孔质、并可以进行最大规模的生产，用于制作加强混凝土、高强轻质水泥砂浆，以及橡胶、塑料复合材料填充料反映陶粒生产的技术文件有美国内务部恳务局出版的《混凝土手册》为“所有的膨胀页岩和粘土骨料(陶粒)都是将配好的料加热到熔点制成的由于掺进了膨胀气体而胀鼓”原苏联出版的《建筑材料及建筑制品》一书中对陶粒的记载为“陶结块”为多孔材料，是加速焙烧易熔粘土时生成的，可在原料中填满炭灰在还原介质中进行煅烧《化工词典》一书“陶粒、泡沫陶瓷的一种，多孔而质轻的粒料，由在易熔粘土中加入煤粉，炭粒或木屑等起泡剂，经混合烧制而成”由上所述都需要加入起泡剂或助熔剂进行配料日本专利“多孔砖”它是由粘土、木粉等挤塑，煅烧而成的《中国科技成果大全》第16册载有“超轻珍珠岩陶粒”，是利用珍珠岩矿粉掺加助熔剂等烧制成的目前，公知的烧粘土、烧页岩陶粒(膨胀页岩、膨胀粘土骨料)是在易熔粘土、页岩中加入煤粉、炭粒或木屑等起泡剂、有时需加入助熔剂、配料经混合烧制而成但是陶粒的需要量很大，而炭粒、木屑等起泡剂则缺乏，而限制了陶粒大规模的生产及其广阔应用助熔剂、起泡剂的加入不但增加了生产工艺的复杂性和成本的增高，而且这些加入物质不可能充分的微粒化和均化，其生产的陶粒当粉碎到微小颗粒时，难以具有多孔特征，即微观上具备多孔质，而使陶粒的比表面积降低由于表面积不足，胶凝剂(水泥)与陶粒之间介面的脆弱性明显突出，而产生不良理化特征，不能满足使用要求本发明的目的是提供一种陶粒的无配料生产方法，无需任何外加剂(助熔剂和起泡剂)而进行陶粒生产，并可进行最大规模生产的方法，其生产的陶粒是多孔质的，轻质高强的，而且从微观上具有多孔质，除应用于制备轻质混凝土外，侧重用于制作高强轻质水泥砂浆、加强混凝土，以及用作油柒、尼龙、橡胶、塑料复合材料的填充料，这种多孔质陶粒的无配料生产方法，其原料十分丰富，可以进行非常大规模的陶粒生产，生产工艺简单，成本非常低廉本发明是这样实现的以一种“笔石相页岩”为唯一原料，无需配料、无需加入任何助熔剂和起泡剂而进行多孔质陶粒的无配料生产这种“笔石相页岩”呈黑色到黑灰色、粉砂结构、显薄层状构造，风化后颜色变浅，并呈板状，其成份主要为矽酸盐矿物物相鉴定为石英、水云母、高岑土、绿泥石、蒙托石含有铁、钙、镁、碳和有机质，并有钒、钛、镍、锰、硼等元素的相对富集这种“笔石相页岩”产于砂岩系地层中，以含笔石化石为特征出露长度达1000公里以上，规模巨大，蕴藏十分丰富，分布广泛，特别是三峡工程库区有广泛分布本发明利用的“笔石相页岩”作为陶粒生产的唯一原料，其成份是非常适合的由于含有8-10%的氧化铁，以及适量的碳和有机质，当将此“笔石相页岩”在1100-1200℃温度下煅烧的时候，铁与碳互相作用，发生氧化铁的还原反应，还原后的铁与硅酸盐矿物发生反应而形成易熔的低熔体，当受热到熔点时则由挥发物(有机质)产生气相物质，并同时膨胀，而形成多孔质的，具有很高的机械强度的陶粒其中铁、镁等物质起了助熔作用，为本发明进行的陶粒生产在烧结过程中具有低的烧成温度和很短的烧成时间(1-3分钟)提供了条件本发明进行陶粒生产所利用的“笔石相页岩”，其各种成份，特别是助熔成份和挥发份呈极均匀的分布，有利于均一的易熔体的形成及多孔质的均匀分布由于岩石颗粒的微粒化作用，并有可能在微观上形成多孔质，这赋予了本方法生产的陶粒，即是呈微小颗粒仍具有多孔质特征和大的比表面积，这克服了陶粒在小粒径状况下，重量的急剧增加，以及与胶凝剂(水泥)之间的介面的脆弱环节，而显著提高陶粒胶凝材料的强度，并使其仍然具有低的重量本方法生产的陶粒具有互不连通的，封闭的孔隙(无论是大的或是微细的孔隙)，将有效地阻止水份的侵入，裂隙的延伸及因热差变化而引起的安定性变化因此，用其制作的胶凝材料，譬如陶粒水泥砂浆(混凝土)为例，它将是轻质高强的，抗冻的、抗裂的、利水的、耐磨的、防滑的、抗老化的本发明利用的“笔石相页岩”其中有钒、钛、镍、锰、硼等多元素的相对富集，由于它们的存在，并参与陶粒形成的热力化学作用，将使陶粒烧结料增加很多优良理化性能，譬如进一步提高陶粒的机械强度，提高硬度和耐磨度，以及抗腐蚀能力和化学稳定性本方法利用的“笔石相页岩”，是一种粉砂质沉积岩，经物相鉴定有石英、水云母、高岑石、蒙托石等矿物成份，其中主要由石英微细颗粒形成粉砂结构，用这种“笔石相页岩”烧制陶粒具有以下的成陶特征即在陶粒形成过程中，其易熔相出现围绕石英微粒为中心，形成准晶状物质这些准晶状物质构成了陶粒的基本组成这些准晶状物质呈微颗粒形式存在，具强金钢光泽其准晶状颗粒之间有着明显的粒间孔隙，造成了准晶状颗粒之间连接的松弛性，并促使了形成的陶粒具备了脆性的特征构成陶粒的准晶状颗粒的粒间孔隙，是准晶状颗料相互堆积造成的，也可能与气相的逆出有关，但不是直接的，这种准晶状粒间孔隙造成了陶粒的无数的微孔，造成了从微观上使本方法生产的陶粒具有多孔质的重要特征本方法利用的“笔石相页岩”由于含碳，在烧结过程中形成了内加热既对烧成有利，又能节省能源，当炭烧尽，将产生体重减轻，则促进陶粒趋于轻质由于采用有以上成份特征，成陶热化特征、结构特征的“笔石相页岩”为原料和资源的方案，可以生产出轻质高强的多孔质陶粒，并可以达到本发明的目的，生产方法简单本发明生产的陶粒有以下特征1、深色和强光泽特征其陶粒颜色为灰黑-钢灰色，玻璃光泽-金钢光泽2、多孔及轻质特征其陶粒具多孔质结构，并有准晶状粒间孔隙，由于这些孔隙和微孔的存在，使陶粒具备了轻质特征，甚至可以漂浮于水面3、高的机械强度及脆性特征其陶粒具有高的机械强度，特别是有很高的硬度和耐磨度，并且在表面(更多是孔譬上)有坚硬的外壳但由于陶粒所具陶瓷特点，多孔质特点，及其基本组成-准晶状颗粒之间连接的松弛性而性脆4、隔音绝热特征其陶粒由多孔而质轻引出了隔音及绝热的性能5、具有低的含水率，或不含水而渗水的特征其陶粒由于所具有的陶瓷特征及其孔隙的互不连通，以及有效防止裂隙的延展，不但其含水率低，而且有阻水利水的特征6、具有大的表面积特征其陶粒的多孔质特点形成了大的表面积特征，并且从微观上仍具有大的表面积，这大为增强了陶粒和胶凝剂之间的结合力特别是当陶粒呈微小颗粒的时候，仍与胶凝剂有大的结合力7、电绝缘特征其陶粒具有良好的电绝缘性能8、具有良好的化学稳定性、抗酸、碱、盐及大气腐蚀9、性脆、而有利于加工成微小颗粒的特征本发明以一种资源非常丰富的“笔石相页岩”为单一原料生产的多孔质陶粒，其陶粒不但具有上述的优良特征，而且生产工艺简单，成本低廉、并能够进行非常大规模的生产，而广泛用于交通运输、水利工程、建筑工程，以及轻工、日用化工方面、特别是对我国三峡工程建设，交通运输方面的高速公路建设及高层和超高层建筑具有重大意义，并有着大规模出口创汇的前景本发明的生产工艺如下其生产工艺与水泥生产完全一样;即先将本方法采用的“笔石相页岩”进行碎矿、磨矿、成球，然后在短的旋窑中煅烧，煅烧温度为1100℃-1200℃，烧成时间为1-3分钟，即得到陶粒块或陶粒粒料其煅烧也可在立窑中进行，而烧成的烧结料为大的陶粒块料再经破碎后成为陶粒粒料当采用立窑时可以将原岩(笔石相页岩)岩块(粒径约1-2公分)直接入炉，再采用外加煤的方法(半黑法)进行煅烧(不需通过磨矿和成球等工序)当然也可采用立窑水泥生产的一般生产方法，即磨矿、成球的内加煤(全黑法)进行煅烧本发明对其生产的陶粒的应用如下1、用作加强混凝土骨料本发明由于资源十分丰富、生产成本非常低廉，生产工艺成熟可靠，可大规模地生产出混凝土用陶粒轻骨料，而到处用于各种建筑，特别是用作高层、超高层建筑的加强混凝土填料据预测“21世纪、加强混凝土将被具有轻重量填料的钢筋结构代替”而本发明将以非常大的数量提供这种轻重量的填充料，而供给国内各种建筑体的需要，特别是超高层建筑物的需要我国三峡工程的建设，拟将采用新技术，其混凝土方面拟将采用碾压凝土新技术和加强混凝土新技术本发明可为三峡工程提供最大量的高强度混凝土填料，能大为提高三峡枢纽大坝工程的强度和质量2、用于制作高强轻质水泥砂浆本方法生产的陶粒具有高的机械强度，特别是有很高的硬度和耐磨度而用于制作高强水泥砂浆实验中，将本方法制得的陶粒样品，加工成小于1毫米的粒料制作水泥砂浆，与采用天然砂作了对比试验在同一设备，同一操作人员，采用同一水泥为胶凝剂实验证明，采用以本陶粒为填料的水泥砂浆，比用天然砂为填料的水泥砂浆的试件，其抗压、抗折强度提高50%以上耐磨度提高更大，约一倍左右使水泥砂浆具有高强度的原因，除陶粒的高强度之外，还有本方法生产的陶粒即是呈微小粒料也具备大的表面积，是一重要原因因为这样大为提高了陶粒和水泥介面的结合力根据本发明生产的陶粒具有多孔质及准晶状粒间孔隙的特征，其制作的水泥砂浆将具有轻质特征因此本发明生产的陶粒能够制造出高强轻质的水泥砂浆这种水泥砂浆是优异的路面材料、墙、地砖(板)材料，管道材料、电杆材料这种水泥砂浆以其优异的性能而广泛用于交通，高层房屋建筑及桥梁建造方面，可显著减轻地基及支撑结构的承载负荷除此之外也可广泛用在水电、石油部门一、首先，是用作公路路面材料，特别是用作高速公路路面材料路面材料是目前的攻关课题，世界各国都在致力研究本发明生产的陶粒骨料，摩氏硬度可大于8，不论宏观或是微观都有着很大的比表面积，利于提高水泥和陶粒之间的结合力从而提高了混凝土(水泥砂浆)路面的强度，克服了一般混凝土路面水泥和碎石介面的薄弱环节，因此其制备的路面材料具有抵抗各种复杂机械冲击的优异性能本发明生产的陶粒，由于具有陶瓷特性及其孔隙的互不连通，以及有效防止裂隙的延展，不但含水率低，而且有利水、阻水的特征，而用其制备的水泥砂浆有很好的冻融耐久性，用作路面材料，特别是高速公路，将是抗冻的、防滑的对于后者还因为陶粒骨料水泥砂浆中陶粒粒料有高的摩擦系数采用本发明制备的路面材料，不但有抗压强度高、抗折强度高、抗复杂机械冲击、耐磨损、抗冻、防滑、利水等优异物理性能，而且其路面的造价是便益的这是因为其一，由于本陶粒砂浆(混凝土)路面的高的强度而无需把路面建筑得足够厚，从而大量节省路面材料的用量其二，本陶粒水尼砂浆(混凝土)的物料比可达水泥1，陶粒8，其水泥用量比用天然矿物作骨料反而要少，这样还可节约大量水泥降低筑路造价和成本因为本方法生产的陶粒造价、远比水泥为低本发明生产的陶粒作为路面材料其国际国内市场十分宏大，其一，国内的公路建设，特别是高速公路的修建芳心未艾，而国际市场也很为广阔据报道美国政府最近已把改善交通设施列为当务之急，正制定一项5年计划，打算投巨资1050亿美元，重点修复和改善现有的公路系统这为本发明生产的陶粒筑路材料大量向美国出口提供了契机二、其次，本水泥砂浆能以同样优异的性能而用于墙、地砖(板)材料，管道材料，以及水泥船的制造墙、地砖材料以本方法制备的陶粒水泥砂浆制作墙、地砖(可采用压缩成型)同样具备高强及相对轻质的特征，其墙、地砖可以是薄型或超薄型的经试件实验其强度同样比天然砂为填料的水泥砂浆提高50%以上，具有花岗石般的坚硬比墙、地砖更有意义的是隔墙板，是一种薄型而高强的隔墙板，只需一般隔墙的三分之一厚度，其重量将减少三分之二以上，而强度和使用寿命将有增无减，且能隔音绝热这种隔墙板可以是加筋的而制成隔墙大板，其板厚可进一步减薄管道材料本陶粒水泥砂浆，用浇注法或模压法可制成水泥管道，这种管道有强度高、耐冲刷磨蚀、抗冻、不锈蚀的特征针对不锈蚀性而用于上下水管道，以代替钢材，并弥补钢材易锈蚀的缺陷作为地下暖气输送管道针对抗磨性而用于带有泥砂等硬介质颗粒的水体输送，特别是水利上作为输引水管道并可埋于地下而代替明渠，因为可埋于地下，则有利于节省土地和提高土地的利用率本方法制备的管道材料也可以用作其它液体的输送，特别是石油的输送水泥船体材料将本方法生产的陶粒制成轻砂或轻粉而拌制的高强轻质水泥砂浆，能很好的用于水泥船的制造(预制或浇注)，并能制造出高强度的水泥船体水泥船应该是加筋的和有长纤维骨科(如矿棉………)的加入其钢筋结构可以单独形成支撑骨架分布在水泥船壳的内侧或是外侧，和布置在水泥砂浆内部，然后通过螺杆与骨架联接形成整体水泥船将成为未来三峡库区有效的水上运输工具，因此具有较为重要的意义本陶粒水泥砂浆尚可用于制作高强轻质水泥电杆，水泥轨枕，以致用作矿井顶柱而代替木材3、用作橡胶、塑料、油柒、尼龙复合材料为了获得油柒、尼龙、橡胶、塑料的复合材料，或是为了对其改性，或是为了节约原料、降低成本、或是为了提高其性能，可先将本方法生产的陶粒加工成微粉或超微粉，而后用作塑料、橡胶、尼龙、油柒中作填充料为此对陶粒自身的质量和性能提出了更高的要求在这种情况下可采用电频炉进行本方法的陶粒烧结用这种设备、除能保证没有杂质的掺入之外，在热工方面能全面满足本发明的工艺要求，能全面实现本发明生产的陶粒产品质量和各项优异技术特征，并能应用于油柒、尼龙、橡胶、塑料复合材料例如一、制作陶粒玻璃钢复合材料该材料优于有机玻璃石棉等特种制品有耐火、耐老化、抗折、抗压、抗冲击、韧性好等特征二、陶粒聚乙烯、聚氯乙稀复合材料具有质量轻、韧性好、强度大等特征，易于热塑成型，用于制作各种管、板材及包装材料三、在橡胶中采用填充剂，已在世界各国建材、化工、轻工业中广为应用，特别是将空心玻璃微珠用作橡胶填充剂采用本方法生产的高质量陶粉或超微粉，作为橡胶填充剂，可以代替玻璃微珠，并可以获得强度更高、更耐磨的橡胶制品本发明对其生产的陶粒的用途方面尚可应用于液体储存，应用于制作研磨材料