阅读说明：本技术 一种轻质环保陶粒及其制备方法和应用 (Light environment-friendly ceramsite and preparation method and application thereof ) 是由 张银亮 陈欢 杨陈 何江 蔡鸿雁 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于固体废弃物协同综合利用领域,公开了一种轻质环保陶粒,包括以下原料：废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废；所述废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废选自铁铝矾渣、碳酸钙渣、废石墨粉和氢氧化铝渣；所述轻质环保陶粒由以下质量百分比的原料制备而成：铁铝矾渣20～40％,碳酸钙渣1～5％,石墨粉1～5％,氢氧化铝渣1～10％,陶瓷行业固废1～2％,余量为建筑弃土。本发明的原料为100％全量固废,以废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废为原料,采用高温烧胀工艺制备陶粒,具有工艺简单、投资小、成本低、无二次污染、操作方便和生产效率高的优点。(The invention belongs to the field of synergistic comprehensive utilization of solid wastes, and discloses light environment-friendly ceramsite which comprises the following raw materials: industrial solid waste, building waste soil and ceramic industry solid waste generated in the wet recovery process of the waste lithium ion battery; the industrial solid waste generated in the wet recovery process of the waste lithium ion battery is selected from iron-alumen-based slag, calcium carbonate slag, waste stone toner and aluminum hydroxide slag; the light environment-friendly ceramsite is prepared from the following raw materials in percentage by mass: 20-40% of iron-aluminous-alum slag, 1-5% of calcium carbonate slag, 1-5% of graphite powder, 1-10% of aluminum hydroxide slag, 1-2% of solid waste in ceramic industry and the balance of building waste soil. The raw material of the invention is 100 percent of total solid waste, the industrial solid waste generated in the wet recovery process of the waste lithium ion battery, the building waste soil and the ceramic industry solid waste are used as the raw materials, and the high-temperature sintering and swelling process is adopted to prepare the ceramsite, so that the invention has the advantages of simple process, low investment, low cost, no secondary pollution, convenient operation and high production efficiency.)

一种轻质环保陶粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锂电固废、陶瓷固废及建筑垃圾等多行业固体废弃物协同综合利用领域，具体涉及一种轻质环保陶粒及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，因其具有比能量高、体积小、质量轻、应用范围广、循环寿命长、安全性能好等独特的优势，被广泛应用于民用及军用领域，同时锂离子电池已成为新能源电动汽车首选的轻型高能动力电池之一。

锂离子电池经过500～1500次充放电循环之后，其活性物质就会失去活性，导致电池的容量下降而使电池报废。锂离子电池的广泛使用势必带来大量的废旧电池，如若随意丢弃不仅会对环境造成严重污染，更是对资源的浪费。然而废旧锂离子电池中含有较多有价金属，将废旧锂离子电池中经济价值高的金属加以回收利用，无论从环保方面还是资源的循环利用方面来讲，都具有重大的意义。

目前回收废锂离子电池的企业主要是利用湿法冶炼将有价金属回收后再制备成电池材料，其中必不可少地产生各种有毒有害工业固废，工业固废大量堆存不仅会占用极其有限的土地资源，还会造成严重的大气污染、土壤污染和水资源污染，危害自然环境和人类健康，已成为一大社会公害，而传统工业固废处理方法(如填埋、焚烧、热解以及微生物分解等)存在处理周期长、对土地会产生二次污染等问题。因此，亟待寻求工业固废资源化综合利用的新途径。

随着经济和建筑业的快速发展，我国陶瓷行业得到迅猛的发展；随之产生的陶瓷固废量不断增加，由于目前陶瓷生产技术的限制，含有杂质的陶瓷固废(抛光废渣和废碳化硅微粉)不能回用于生产陶瓷产品。因此，探寻“变废为宝”途径，将陶瓷固废绿色资源化，不仅可以消减环境压力，保护环境，而且也符合当前我国政府建立节约型社会与循环经济的要求。

随着城镇化进程的加速，建筑垃圾已占到城市垃圾30～40％，大量堆积占用土地。而节能减排、绿色建筑等社会重大需求的提出，使得建筑陶瓷乃至整个建筑材料产业都面临着巨大的技术挑战。在建材的生产过程中，迫切需要实现清洁节约生产、“三废”减排治理及资源化的综合利用，以适应现代社会低能耗、高效率的生产要求，用以缓解日益严重的资源、能源和环境危机。而建筑弃土就是建筑垃圾中占比较大之一，目前建筑弃土处理方式仅简单填埋或堆积，极易造成环境危害。

发明内容

针对现有技术上的不足，本发明的目的在于提供一种轻质环保陶粒及其制备方法，该陶粒强度高，发泡孔隙更均一；且制备方法具有工艺简单、操作方便、环境友好、生产成本低、生产效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种轻质环保陶粒，由以下质量百分比的组分组成：废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废：23-60％；建筑弃土：40-76％；陶瓷行业固废：余量；所述废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废由以下质量百分比的组分而成：铁铝矾渣：20-40％；碳酸钙渣：1-5％；废石墨粉：1-5％；氢氧化铝渣：余量。

优选地，所述陶瓷行业固废为陶瓷抛光废渣或废碳化硅微粉。

优选地，所述建筑弃土是指建设单位、施工单位新建、改建或扩建等过程中所产生的弃土。

优选地，所述建筑弃土选自含有60～70％SiO₂、20～25％Al₂O₃、5～10％Fe₂O₃、0～5％K₂O的建筑废弃红土。建筑弃土与铁铝矾渣经高温烧结后生成铝硅酸盐类物质，作为轻质高强陶粒内部网络骨架，以提高烧结轻质环保陶粒筒压强度。

废锂离子电池回收过程中产生的工业固废作为制备轻质环保陶粒主要原料，其铁铝矾渣、氢氧化铝渣均与建筑弃土在高温烧结熔融形成铝硅酸盐类物质作为轻质高强陶粒内部网络骨架，提高陶粒产品抗压强度；碳酸钙渣、石墨粉及陶瓷抛光废渣或废碳化硅微粉作为轻质环保陶粒制备所需成孔添加剂，降低烧胀轻质环保陶粒的体积密度、吸水率、烧结温度，从而降低生产能耗，节约成本，提高产品质量。

一种轻质环保陶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废混合，进行湿法球磨，得到浆液，压滤，得到滤饼，滤饼练泥，挤出造粒，制得陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化，再进行干燥，预热，高温烧胀，冷却，即得轻质环保陶粒。

优选地，所述废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废按质量比为20-30:19-38:1混合。

优选地，步骤(1)所述湿法球磨的转速为200～300r/min，球磨时间为2～4h。

优选地，步骤(1)所述压滤选用的压滤机的压力大于30公斤。

优选地，步骤(1)所述挤出造粒后还进行过滤，过滤得到0.5～2cm生坯粒径。

优选地，步骤(2)所述陶粒生坯陈化的时间为12～24h。

优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90℃～120℃，时间为4～12h。

优选地，步骤(2)所述预热的温度为300℃～400℃，时间为10～30min。

优选地，步骤(2)所述高温烧胀的温度为1050℃～1150℃，保温时间为3～10min。

优选地，步骤(2)所述的冷却选自风冷。

一种轻质环保陶粒在建筑建材行业、园艺、工业滤料和耐火保温材料中的应用。

本发明是以新兴行业--废旧锂电回收行业大宗固废-铁铝矾渣等、建筑行业垃圾-建筑弃土和陶瓷行业固废-废碳化硅微粉等三大行业固废为原料，100％全量化固废制备建材产品。且相比于传统制备陶粒原料处理方式为干破碎、筛分而后加水造粒，本发明则是将原料配比直接进行湿法球磨-压滤，而后直接练泥挤出造粒，此法原料处理均化完全，颗粒极细，烧结陶粒强度高，发泡孔隙更均一。该方法具有工艺简单、操作方便、环境友好、生产成本低、生产效率高等优点。

本发明的有益效果：

本发明的陶粒具有轻质环保、强度高、发泡孔隙均一的优点，符合国家相关标准，具有极好的工业应用前景，可以应用在建筑建材、园艺、工业滤料和耐火保温材料等行业。

1)本发明的原料为100％全量固废，采用高温烧胀工艺制备陶粒，具有工艺简单、投资小、成本低、无二次污染、操作方便、生产效率高等优点；

2)本发明以废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废为原料，为废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土及陶瓷行业固废的全量固废资源化综合利用提供一条新思路新途径，为生态环境减负的同时将其增值化利用，可缓解日益严重的资源、能源和环境危机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种轻质环保陶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、废碳化硅微粉分别按52wt.％、30wt.％、5.0wt.％、2.0wt.％、10wt.％、1.0wt.％(均为干基百分比，下同)称样混合，混合料加水进行湿法球磨，球磨转速为250r/min，球磨2h，得到球磨浆料，将球磨浆料加入压力为30公斤的压滤机进行压滤，滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为1.0cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化12h后，在100℃条件下干燥4h，然后将陶粒生坯放入300℃预热室预热20min后，立即将预热后陶粒生坯置于1050℃的高温马弗炉中烧胀，并保温10min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度398.6kg/m³，吸水率2.98％，筒压强度1.94MPa。

实施例2

一种轻质环保陶粒的制作方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、陶瓷抛光废渣分别按57wt.％、25wt.％、5.0wt.％、2.0wt.％、10wt.％、1.0wt.％称样混合，混合后加水进行湿法球磨，球磨的转速为300r/min，球磨2h得到球磨浆料，将球磨浆料加入压力为30公斤的压滤机进行压滤，得到滤饼，再将滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为2.0cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化24h后，在90℃条件下干燥6h，然后将生坯放入300℃预热室预热30min后，立即将预热后陶粒生坯至于1075℃的高温马弗炉中烧胀，并保温5min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度为411.54kg/m³，吸水率为3.89％，筒压强度为3.20MPa。

实施例3

一种轻质环保陶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、废碳化硅微粉分别按57wt.％、25wt.％、5.0wt.％、2.0wt.％、10wt.％、1.0wt.％称样混合，混合后加水进行湿法球磨，球磨的转速为200r/min，球磨4h得到球磨浆料，将球磨浆料加进压力为35公斤的压滤机进行压滤，得到滤饼，再将滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为0.5cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化12h后，在120℃条件下干燥4h，然后将生坯放入400℃预热室预热15min后，立即将预热后陶粒生坯至于1075℃的高温马弗炉中烧胀，并保温5min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度335.70kg/m³，吸水率2.54％，筒压强度1.57MPa。

实施例4

一种轻质环保陶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、废碳化硅微粉分别按62wt.％、20wt.％、5.0wt.％、5.0wt.％、7.5wt.％、0.5wt.％称样混合，混合后加水进行湿法球磨，球磨的转速为300r/min，球磨4h得到球磨浆料，将球磨浆料加进压力为30公斤的压滤机进行压滤，得到滤饼，再将滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为1.5cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化12h后，在100℃条件下干燥12h，然后将生坯放入400℃预热室预热30min后，立即将预热后陶粒生坯至于1125℃的高温马弗炉中烧胀，并保温7min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度210.40kg/m³，吸水率16.10％，筒压强度0.78MPa。

实施例5

一种轻质环保陶粒的制作方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、陶瓷抛光废渣分别按62wt.％、25wt.％、2.0wt.％、5.0wt.％、6.0wt.％、0wt.％称样混合，混合后加水进行湿法球磨，球磨转速200r/min，球磨4h得到球磨浆料，将球磨浆料加进压力为30公斤的压滤机进行压滤，得到滤饼，再将滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为1.0cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化24h后，在120℃条件下干燥4h，然后将生坯放入400℃预热室预热20min后，立即将预热后陶粒生坯至于1150℃的高温马弗炉中烧胀，并保温10min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度476.75kg/m³，吸水率3.16％，筒压强度2.40MPa。

实施例6

一种轻质环保陶粒的制作方法，包括以下步骤：

(1)将各含水原料建筑弃土、铁铝矾渣、碳酸钙渣、石墨粉、氢氧化铝渣、陶瓷抛光废渣分别按60wt.％、25wt.％、2.0wt.％、5.0wt.％、7.0wt.％、1.0wt.％称样混合，混合后加水进行湿法球磨，球磨的转速为250r/min，球磨3h得到球磨浆料，将球磨浆料加进压力为35公斤的压滤机进行压滤，得到滤饼，再将滤饼进行练泥挤出造粒，制得粒径为0.5cm陶粒生坯；

(2)将陶粒生坯陈化18h后，在110℃条件下干燥6h，然后将生坯放入400℃预热室预热10min后，立即将预热后陶粒生坯至于1075℃的高温马弗炉中烧胀，并保温5min，保温结束后取出通风冷却得到轻质环保陶粒。

经检测，制备得到的轻质环保陶粒体积密度267.20kg/m³，吸水率8.40％，筒压强度0.81MPa。

综上所述，本发明方法以废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、建筑弃土和陶瓷行业固废为原料，为100％全量固废；且采用高温烧胀工艺。具有工艺简单、投资小、成本低、无二次污染、操作方便、生产效率高等优点，为废锂离子电池湿法回收过程中产生的工业固废、陶瓷行业产生的废渣和建筑弃土资源化综合利用提供新途径，减轻固废对环境造成的压力，同时将其增值化利用，具有很好的工业化应用前景。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。