一种高硅体系陶粒及其制备方法与流程

本技术涉及陶粒，更具体地说，它涉及一种高硅体系陶粒及其制备方法。

背景技术：

1、陶粒是经过高温烧结或者免烧工艺技术制备而成的颗粒或柱状物体，因其具有质量较轻、抗酸抗碱、较高的筒压强度、热导系数小、保温性能良好等优势，广泛地被从事环保、建筑、农业、种植以及材料等行业的人员所青睐。在建筑行业，陶粒具备减震、导热系数低、吸音降噪等优点，因此被用于制备轻骨料、屋面的保温隔热层等，产生了不错的经济效益。分别以原料和生产工艺为指标，可将陶粒分类为传统陶粒、固体废弃物陶粒、改性陶粒等和免烧陶粒、焙烧陶粒。

2、煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放出的固体废物，成分较复杂。

3、钨尾矿是钨矿在选矿过程中产生的，因钨矿品位一般较低，为0.1%-0.7%，导致选矿过程中产生大量尾矿，约占原矿90%以上。

4、粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。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。

5、城市污泥是城镇污水在污水处理厂中经过一系列的物理、化学、生物等处理方法产生的固体沉淀物。

6、上述固体废弃物主要成分均为二氧化硅和氧化铝，除此之外还存在一些含氧重金属、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠等物质，具备烧制陶粒的化学组成条件。

7、公开号为cn109665813a的专利申请文件，公开了一种赤泥陶粒的原料混合配比及其制备方法。其原料为赤泥，建筑废料或污泥或铝钒土或粉煤灰或煤矸石或粘土或粘结剂，水，碎玻璃或二氧化硅、水泥和发泡剂或发气剂或膨胀剂或其他添加物（包括膨润土、硝酸钠粉末、淀粉和铝、锌、电石、镁等金属粉末等）。制作工艺流程包括原料处理、成球造粒、分层筛选、温度箱烘干、生陶粒煅烧、冷却。所制陶粒符合国家和各行业相关安全要求和指标，具备十分优异的声学性能，且耐高温高压、强度较大虽然该方法利用了固体废物，但仍然存在以下问题：固废综合利用率低；水泥掺量较高；烧结工艺能耗较大。

技术实现思路

1、为了进一步提高固体废弃物在陶粒制备中的利用率，本技术提供一种高硅体系陶粒及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种高硅体系陶粒，采用如下的技术方案：

3、一种高硅体系陶粒，由以下重量分数的原料制备：煤矸石8-10份、钨尾矿30-35份、粉煤灰25-30份、城市淤泥18-22份、第一激发剂2.5-3.5份、第二激发剂5-8份、巴氏芽孢杆菌菌液25-40份。

4、通过采用上述技术方案，以煤矸石、钨尾矿、粉煤灰和城市淤泥等固体废弃物为原料，采用氢氧化钾为第一激发剂，先活化粉煤灰，再通过加入煤矸石、钨尾矿、城市淤泥，和由生石灰、氯化铵和石膏按特定比例组成的第二激发剂，通过分两次加入激发剂，控制反应速率，可有效控制高硅系陶粒的孔隙，减少有害孔，并以巴氏芽孢杆菌菌液代替去离子水进行喷雾，通过圆盘造粒机制备出成型陶粒，利用巴氏芽孢杆菌菌液产生的二氧化钛与c-s-h凝胶直接接触，发生碳化反应，生成更多的碳酸钙，填充孔隙，提高高硅体系陶粒的强度，并通过室温-蒸汽养护代替烧结，获得高硅系陶粒，实现了固体废弃物的有效利用，且制备过程中能耗较低。

5、优选的，所述第一激发剂为氢氧化钾。

6、通过采用上述技术方案，粉煤灰为无定型物质，易被活化，水化速率高于钨尾矿砂、煤矸石和城市污泥，通过第一激发剂先将粉煤灰活化，为后续钨尾矿砂、煤矸石和城市污泥活化胶结提供基础。

7、优选的，所述第二激发剂为生石灰、氯化铵和石膏，按照质量比2:0.5:1组成。

8、通过采用上述技术方案，通过第二激发剂，增强碱性环境，激发钨尾矿砂、煤矸石、城市污泥的胶结，形成网状结构。

9、优选的，所述巴氏芽孢杆菌菌液的制备方法如下：（1）配置基液：将去离子水、尿素、氯化钠、蛋白胨、胰蛋白胨按照用量比1l:25g:6g:8g:20g混合均匀，调节ph至7.2-7.5，然后高温灭菌；（2）将巴氏芽孢杆菌菌种接种至基液，接种量3%-5%；（3）将接种后的基液于31-33℃、140-160r/min的条件下恒温震荡培养24-28h，然后过滤，取滤液，加入2.0-2.2倍体积的水稀释，得巴氏芽孢杆菌菌液。

10、通过采用上述技术方案，所制备的巴氏芽孢杆菌菌液中巴氏芽孢杆菌的活性最高。

11、第二方面，本技术提供一种高硅体系陶粒的制备方法。

12、一种的高硅体系陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1，将煤矸石干燥、研磨活化；将城市淤泥干燥至水分为3%-8%，然后将钨尾矿、粉煤灰、城市淤泥分别研磨，过400目筛；s2，将第一激发剂和粉煤灰混合搅拌均匀，陈化1-2h，然后与煤矸石、钨尾矿、城市淤泥、第二激发剂混合，搅拌均匀，得混合料；s3，将搅拌均匀的混合料倒入圆盘造粒机中，使用巴氏芽孢杆菌液进行喷雾，制备成粒径为5-10mm的成型陶粒；s4，将成型陶粒进行室温-蒸汽养护，然后100-120℃烘干30-36h，得高硅体系陶粒。

13、通过采用上述技术方案，先将煤矸石通过机械研磨活化，通过第一激发剂将粉煤灰活化，通过氢氧根离子粉煤灰的化学键，玻璃相受侵蚀解聚，大量氧化硅和氧化铝活性物质被溶解，且氧化钙与水迅速形成的氢氧化钙，活性氧化硅和氧化铝与氢氧化钙反应，形成胶凝性物水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时，硫酸钙溶于水，与水化铝酸钙反应生成了少量的钙矾石，此外，通过巴氏芽孢杆菌利用尿素产生二氧化碳与水化铝酸钙发生碳化反应，生成碳酸钙晶体，形成方解石，进一步增加胶结稳定性。

14、优选的，研磨活化的程序为：先将煤矸石粗磨至平均粒径为4-8mm；然后细磨至平均粒径为21-23μm。

15、通过采用上述技术方案，煤矸石经机械活化后，煤矸石的物相组成及内部结构逐渐发生变化，高岭土、石英晶体逐渐无定形化，分解出可溶性无定型二氧化硅和氧化铝，在钙粒径下活化效果最好，粒径过小则会出现团聚现象。

16、优选的，圆盘造粒机的转速为20-25r/min，倾角为50-52°。

17、通过采用上述技术方案，制备出的高硅系陶粒大小均匀，成球率高。

18、优选的，喷雾压力为6-8mpa。

19、通过采用上述技术方案，该喷雾压力下，巴氏芽孢杆菌液形成的雾滴粒径小且密，能够均匀地与其它成分混合。

20、优选的，室温-蒸汽养护程序为：先室温25℃±2℃下养护36h，然后85-90℃下蒸汽养护48h。

21、通过采用上述技术方案，避免高温烧结，获得高硅系陶粒综合性能最好。

22、综上所述，本技术具有以下有益效果：

23、1、本技术以煤矸石、钨尾矿、粉煤灰和城市淤泥等固体废弃物为原料，分两次添加激发剂，并以巴氏芽孢杆菌菌液代替去离子水进行喷雾，通过圆盘造粒机制备出成型陶粒，并通过室温-蒸汽养护代替烧结，获得高硅系陶粒，实现了固体废弃物的有效利用，且制备过程中能耗较低。

24、2、本技术中优选采用氢氧化钾为第一激发剂，活化粉煤灰，然后加入煤矸石、钨尾矿、城市淤泥和由生石灰、氯化铵和石膏按特定比例组成的第二激发剂，通过分两次加入激发剂，控制反应速率，可有效控制高硅系陶粒的孔隙，减少有害孔，此外，采用巴氏芽孢杆菌菌液代替去离子水进行喷雾，利用巴氏芽孢杆菌菌液产生的二氧化钛与c-s-h凝胶直接接触，发生碳化反应，生成更多的碳酸钙，填充孔隙，提高高硅体系陶粒的强度。

25、3、采用本技术的制备方法制得的高硅系陶粒的筒压强度在7.78-7.96mpa，堆积密度在761-785kg/cm3，1h吸水率在7.5%-8.5%，软化系数在0.82-0.85。符合gb/t17431.1-2010中800级高强度陶粒粗集料的规范要求。