一种高表面活性的轻质骨料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高表面活性的轻质骨料及其制备方法 (High-surface-activity light aggregate and preparation method thereof ) 是由 韩辉 陈昌华 王秀龙 林敏燕 高伟强 孙怀涛 高为民 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于人造轻集料技术领域,特别涉及一种高表面活性的轻质骨料及其制备方法。该轻质骨料的原料包括55-82wt％的滇池外海底泥、15-40wt％的滇池草海底泥、3-5wt％的膨润土、3-5wt％的硅灰。轻质骨料的制备方法包括以下步骤,将滇池外海底泥进行脱砂处理；将脱砂后的外海底泥和草海底泥烘干；将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨；将滇池外海底泥、滇池草海底泥、膨润土按比例混合配料后加水搅拌；用造粒机造粒；将挤出的生料颗粒放入整形机外裹硅灰烘干；把烘干的生料球送入回转窑煅烧从而得到轻质骨料成品。不仅为滇池底泥大批量综合利用开辟了的新途径,还获得一种高表面活性的轻质骨料。(The invention belongs to the technical field of artificial lightweight aggregates, and particularly relates to a lightweight aggregate with high surface activity and a preparation method thereof. The raw materials of the lightweight aggregate comprise 55-82 wt% of Yunnan pond open sea bottom mud, 15-40 wt% of Yunnan pond grass sea bottom mud, 3-5 wt% of bentonite and 3-5 wt% of silica fume. The preparation method of the lightweight aggregate comprises the following steps of carrying out desanding treatment on the seabed sludge outside the Dian pond; drying the desanded outer seabed mud and grass seabed mud; respectively grinding the dried outer seabed mud and the grass seabed mud by using a ball mill; mixing and batching the Yunnan pond open sea bottom mud, the Yunnan pond grass sea bottom mud and the bentonite according to a proportion, and adding water for stirring; granulating by a granulator; putting the extruded raw material particles into a shaping machine to be wrapped with silica fume and drying; and feeding the dried raw material balls into a rotary kiln for calcination to obtain a finished product of the lightweight aggregate. Not only opens up a new way for the large-scale comprehensive utilization of the bottom mud of the Dian lake, but also obtains a light aggregate with high surface activity.)
技术领域
本发明属于人造轻集料技术领域，特别涉及一种高表面活性的轻质骨料及其制备方法。
背景技术
骨料是人造轻骨料的俗称；由于具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点，骨料广泛应用于建材、园艺、污水处理、耐火保温材料、化工、石油等领域；
目前骨料的制备原料主要为粘土或页岩，由于粘土是一种宝贵的天然资源，大力发展粘土骨料必将导致大量优质耕地的破坏和流失；而用页岩生产骨料会破坏自然植被和环境，并在一定程度上打破生态系统的平衡，而使用固废原料制备轻质骨料将是未来国家可持续发展的重要内容。
中国专利(申请号201811639296.6)公开了一种主要以淤泥50％～70％，钢渣10％～25％，校正剂10％～30％，发泡剂1％～10％制备陶粒的方法，其陶粒堆积密度450Kg/m3，吸水率11.34％，筒压强度2.5MPa。中国专利(申请号201711403528.3)公开了一种利用采用河底淤泥，黄河泥沙和粉煤灰为主要原料所制备的烧结型陶粒的方法，堆积密度为600～700kg/m3，筒压强度为4.1～4.5MPa，浸水1小时吸水率为6.8％～7.2％。东南大学的武盛萍等使用南京九龙湖地区的淤泥制备了堆积密度1005-1291kg/m3的淤泥陶粒，存在的问题如下：现有技术制备的淤泥陶粒筒压强度偏低于标准要求；淤泥陶粒吸水率达不到高强陶粒标准要求；淤泥陶粒的堆积密度偏高，无法做到轻质高强；淤泥陶粒表面与胶凝材料之间的反应活性较差。
滇池疏浚工程主要包括对外海和草海进行疏浚，其疏浚所得的底泥主要以细颗粒土为主，富含有机质和各类污染物，加上疏浚施工的扰动，淤泥通常被打散形成高含水率的泥浆状态，在本质上属于高含水率的固体废物。截至2013年，滇池总共进行了三期疏浚工程，从1998年至三期疏浚工程梭工，为期十几年的疏浚工程中，已经从滇池及周边河流中疏浚出约1464万吨的游泥，但这仅占到湖区游泥预计总量的1/10左右，预计还有8000万吨至1.2亿吨的游泥等待疏浚。目前滇池疏浚产生的底泥处置是一个不容回避的问题是，由于滇池底泥总量太大，如果对滇池底泥不采用减量化、无害化(含有重金属元素Cr)、资源化、规模化和不占用或少占用土地资源的终端处置方式，必将阻碍滇池污染综合治理的顺利进行。因此本发明就解决滇池疏浚工程产生的外海底泥和草海底泥为主要原料制备轻质骨料，彻底无害化处理滇池底泥，同时实现经济和环保效益。
发明内容
本发明要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种利用滇池疏浚产生的底泥和草海泥为主要原料制备一种表面活性良好的轻质骨料，不仅为滇池底泥大批量综合利用开辟了的新途径，使底泥变废为宝，切实做到资源化、减量化和无害化处理目标，具有重要的现实意义。
实现本发明上述目的的技术方案可以概括如下：
本发明的目的之一在于提供一种高表面活性的轻质骨料，该轻质骨料由滇池外海底泥、滇池草海底泥和膨润土等原料制成，各原料的质量百分比如下：55-82wt％的滇池外海底泥、15-40wt％的滇池草海底泥、3-5wt％的膨润土、3-5wt％的硅灰。
进一步的，按质量比计算，所述滇池外海底泥的烧失量为8.1-15.0％，化学成分包括56.0-65.0％的SiO2，12.0-16.0％的Al2O3，6.6-9.8％的Fe2O3，2.0-4.3％的CaO，1.0-3.0％的MgO，1.0-3.5％的K2O，1.0-2.5％的Na2O，0.42-0.50％的Cr。
进一步的，按质量比计算，所述滇池草海底泥的烧失量为24.1-24.6％，化学成分包括41.4-42.1％的SiO2，13.2-13.9％的Al2O3，5.0-7.2％的Fe2O3，4.6-5.1％的CaO，2.5-3.2％的MgO，2.1-2.7％的K2O，0.2-0.4％的Na2O，0.23-0.32％的Cr。
进一步的，按质量比计算，所述硅灰的烧失量为2.0-3.8％，化学成分包括85.0-92.0％的SiO2，0.9-1.2％的Al2O3，0.7-0.9％的Fe2O3，0.3-0.5％的CaO，0.7-1.2％的MgO，0.3-0.6％的K2O，0.5-0.9％的Na2O。
进一步的，所述硅灰的比表面积为80～88m2/g，硅灰的活性指数≥110％。
进一步的，所述轻质骨料的吸水率为2.5-8.0％，筒压强度为3.5-9.8MPa，堆积密度为280-882kg/m3。
本发明的另一目的在于提供上述高表面活性的轻质骨料的制备方法，该方法包括以下步骤，
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5wt％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将55-82wt％的滇池外海底泥、15-40wt％的滇池草海底泥、3-5wt％的膨润土按比例混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入3-5wt％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑中，从500℃升温至1050-1080℃，升温时间25-35min，回转窑转速控制在1-2r/min；最后快速升温至1150-1200℃进行煅烧8-15min，回转窑转速控制在1-2r/min；烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到轻质骨料成品。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)首先解决了草海底泥中有机质含量较高而无法单独使用制备轻质骨料，并可以充分利用了草海底泥的较多的有机碳提高骨料内部的孔隙结构；
(2)其次解决了外海底泥中有机质较少而无法单独制备出较低密度等级(≦800kg/m3)的轻质骨料；
(3)利用硅灰包裹轻骨料的表面，提高轻骨料与水泥等胶凝材料之间的化学反应活性；(4)本发明采用滇池疏浚工程产生草海底泥和外海底泥作为主要原料制备轻骨料，实现以废制废的环保理念，减少了固废堆存对环境的影响，所制备轻质度骨料可以应用在轻质结构混凝土、保温板材、预制构件和装配式建筑上；
(5)通过高温煅烧，在轻质骨料内部形成了铁铬固溶体(Fe0.6Cr0.4)2O3)，该固溶体将重金属元素以Cr3+价键的形式溶在轻骨料内部结构中，减少了重金属三价铬遇酸碱后产生溶出，并容易被氧化成具有毒性的六价键Cr6+的风险。
综上诉述，本发明专利具有积极的环保意义。
附图说明
图1是通过本发明方法制备的轻质骨料的XRD衍射分析图。
具体实施方式
针对现有技术中骨料存在的问题，本发明公开了一种高表面活性的轻质骨料，该轻质骨料由滇池外海底泥、滇池草海底泥和膨润土等原料制成，原料化学组成见表1所示；各原料的质量百分比如下：55-82wt％的滇池外海底泥、15-40wt％的滇池草海底泥、3-5wt％的膨润土、3-5wt％的硅灰(外掺)。
作为原料，滇池外海底泥、滇池草海底泥以及硅灰的主要化学成分需满足表1中的要求：
表1滇池外海底泥和滇池草海底泥的主要化学成分(wt％)
其中，硅灰也叫微硅粉或称凝聚硅灰,是铁合金在冶炼硅铁和工业硅时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。它是大工业冶炼中的副产物。本发明所用的硅灰是由超细粉磨设备加工后获得的，通过超细粉磨能将硅灰中非结晶相无定形团聚在一起的圆球状颗粒均匀分散开来，比表面积由初始的23～28m2/g变成80～88m2/g，增加了硅灰的表面自由能，硅灰的活性指数≥110％，属于活性很高的火山灰材料。
本发明公开了上述一种轻质骨料的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5wt％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将55-82wt％的滇池外海底泥、15-40wt％的滇池草海底泥、3-5wt％的膨润土按比例混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入3-5wt％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑(Φ0.4m*0.6m)中，从500℃升温至1050-1080℃，升温时间25-35min，回转窑转速控制在1-2r/min；最后快速升温至1150-1200℃进行煅烧8-15min，回转窑转速控制在1-2r/min；烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到吸水率2.5-8.0％，筒压强度3.5-9.8MPa，堆积密度280-882kg/m3的轻质骨料成品。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例详细说明如下：
实施例1
一种高表面活性的轻质骨料，该方法包括以下步骤：
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5wt％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将55wt％的外海底泥粉、40wt％的草海底泥粉和5wt％的膨润土三种原料混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入5wt％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑(Φ0.4m*0.6m)中，从500℃升温至1050℃，升温时间35min，回转窑转速控制在1r/min；最后快速升温至1180℃进行煅烧8min；回转窑转速控制在1.5r/min；见附图1所示，通过高温煅烧，在轻质骨料内部形成了铁铬固溶体(Fe0.6Cr0.4)2O3)，该固溶体将重金属元素以Cr3+价键的形式溶在轻骨料内部结构中，减少了重金属三价铬遇酸碱后产生溶出，并容易被氧化成具有毒性的六价键Cr6+的风险。烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到轻质骨料成品。上述方案中获得到骨料制品的特征在于：堆积密度为280kg/m3，筒压强度3.5MPa，1h吸水率为8.0％。
实施例2
一种高表面活性的轻质骨料，该方法包括以下步骤：
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5wt％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将82wt％的外海底泥粉、15wt％的草海底泥粉和3wt％的膨润土三种原料混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入3％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑(Φ0.4m*0.6m)中，从500℃升温至1080℃，升温时间25min，回转窑转速控制在2r/min；最后快速升温至1200℃进行煅烧15min，回转窑转速控制在1.5r/min；烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到轻质骨料成品。上述方案中获得到骨料制品的特征在于：堆积密度为882kg/m3，筒压强度9.8MPa，1h吸水率为2.5％。
实施例3
一种高表面活性的轻质骨料，该方法包括以下步骤：
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5wt％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将70wt％的外海底泥粉、26wt％的草海底泥粉和4wt％的膨润土三种原料按所述质量百分比混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入4wt％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑(Φ0.4m*0.6m)中，从500℃升温至1065℃，升温时间25-35min，回转窑转速控制在1.5r/min；最后快速升温至1175℃进行煅烧12min，回转窑转速控制在1r/min；烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到轻质骨料成品。上述方案中获得到骨料制品的特征在于：堆积密度为688kg/m3，筒压强度7.5MPa，1h吸水率为4.6％。
实施例4
一种高表面活性的轻质骨料，该方法包括以下步骤：
S1、将滇池外海底泥采用100目的筛子进行脱砂处理至砂含量≦5％％；
S2、将脱砂后的外海底泥和草海底泥在烘箱中以105℃的温度烘干；
S3、将烘干后的外海底泥和草海底泥分别利用球磨机粉磨至80μm筛余≦20％；
S4、将66wt％的外海底泥粉、30wt％的草海底泥粉和4wt％的膨润土三种原料混合配料后加入适量的水，经高速搅拌机搅拌均匀；
S5、用挤出造粒机制成直径大小为8-15mm、含水率≦20％的圆柱状生料颗粒；
S6、将挤出的生料颗粒放入整形机，同时放入4.5wt％的硅灰对生料颗粒表面进行包裹处理，包裹完成后放入烘箱中烘干；
S7、把烘干的生料球送入已经升温至500℃的回转窑(Φ0.4m*0.6m)中，从500℃升温至1080℃，升温时间25-35min，回转窑转速控制在1.5r/min；最后快速升温至1150℃进行煅烧10min，回转窑转速控制在2r/min；烧成的骨料从窑头取出，空气中自然冷却到常温，从而得到轻质骨料成品。上述方案中获得到骨料制品的特征在于：堆积密度为520kg/m3，筒压强度5.5MPa，1h吸水率为6.8％。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
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