烧结粉煤灰陶粒的生产技术

烧结粉煤灰陶粒的生产技术

0国内粉煤灰陶粒的发展现状以粉煤灰为主要原料，将少量粘土（粘土、板岩、塑化剂等）和固体燃料（碳灰粉、木屑等）混合成一个连续的、高质量的造粒，并将其放入混合、成球和高温燃烧（11001300c）的新技术密度。我国是利用粉煤灰生产陶粒最早的国家之一,技术成熟,并得到一定程度的推广,但我国的陶粒生产技术总体水平还落后于发达国家,主要表现在以下几点:(1)生产能耗高,生产成本高,从而限制了粉煤灰陶粒技术的发展;(2)规模小,至今我国没有几家大型生产粉煤灰陶粒的企业,因而粉煤灰利用率很低:(3)粉煤灰陶粒的应用不完全配套,限制了粉煤灰陶粒的生产。(4)政策不配套,在本世纪初以前都是对天然集料的开采和利用无限制性法规,制约了粉煤灰利用技术的发展。在新疆,大部分电厂仍然采用火力发电,每年产生大量的粉煤灰,由于没有得到充分利用,造成了大量的资源浪费,同时还污染了环境。目前新疆还没有利用粉煤灰烧制陶粒的生产厂家,大部分陶粒生产厂家还是以粘土或页岩为原料。大量的粉煤灰(除一部分用于水泥制品、加气混凝土、混凝土外加剂外)排放在露天灰场,造成环境污染和资源浪费,这些除政策和经济等原因外,主要是没得到很好的技术支持,利用粉煤灰烧制陶粒,原材料影响很大,必须根据当地的材料特点研究其烧成配方、工艺、设备等技术参数,才能应用于生产实际,并推广应用,使新疆的粉煤灰变废为宝,把污染源变为造福于人类的资源。1粉煤灰陶粒的制备烧结粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料,掺加少量的粘结剂(黏土、页岩、塑化剂等)和固体燃料(煤粉、木屑等),经混合、成球、高温焙烧(1100～1300℃)而制得的一种性能较好的人造轻集料。它是一个物理化学相平衡和热力学化学反应过程。根据各原材料的化学组成,调配混合物内的各种矿物(SiO2、Al2O,、CaO、Fe2O3,等)的含量,使之在一定温度下、一定时间内发生氧化一还原反应得到粉煤灰陶粒。在高温炉中,混合物首先在富铁区发生熔融,形成液相,当升高到一定温度(略低于陶粒烧成温度)时,Si02、Al2O3、CaO、Fe2O3形成液态熔融的硅酸盐化合物,内部发生氧化反应,生成气体,在陶粒内形成微小、密闭的气孔,使颗粒产生膨胀,颗粒表面发生还原反应,形成陶粒坚硬的外壳,在陶粒烧成温度上烧制一段时间(约5～15分钟),经过急冷处理后,陶粒烧制完成。2实验部分2.1粉煤灰含料量(1)细度,45μm筛筛余量小于45%,20μm筛筛余量小于85%:(2)粉煤灰中无块状物及杂草等;(3)化学成分,粉煤灰是生产粉煤灰陶粒的主要原料,约占含料总量的80%左右。对化学成分一般不受严格限制。表1是哈密电厂粉煤灰的化学分析。2.2粘土掺量对陶粒质量的影响我国生产的粉煤灰陶粒大多采用粘土作为粘结剂,掺量随粘土的品种和质量及粉煤灰的细度有关。哈密电厂的粉煤灰自身成球性很差,为了便于粉煤灰成球,并能满足其焙烧要求,研究中加入了粘土,以改善混合料的塑性,提高生料的机械强度和热稳定性。在本次研究中,采用了当地的粘土。从实验结果可以看出(10#～12#),在粉煤灰不变的情况下,随着粘土掺量增大,陶粒质量有所改观,考虑到本研究主要是利用粉煤灰烧制陶粒,因此,粘土掺量在适当范围即可。它的矿物组成主要是石英、高岭石,其化学分析结果见表2。2.3养焦炉内的气孔在本次实验中,选用的是无烟煤。无烟煤在实验中不但是起助燃作用,而且产生气体,在陶粒内部形成气孔,使陶粒膨胀,从而达到陶粒轻质的目的。实验表明(13#～17#),固体燃料掺量太少或太多时均达不到理想结果,不是烧不成就是出现过烧现象。本次所用的无烟煤分析见表3。2.4提高陶粒质量助熔剂作用主要是降低粉煤灰陶粒烧成温度,提高陶粒质量,降低粉煤灰陶粒的烧成成本。从7#～9#实验可以看出,提高助熔剂烧掺量,烧成温度带缩小,烧成时间缩短,不利于烧成控制。2.5u3000电弧SIC105型电热鼓风干燥箱:最高温度400℃,电压220V,频率50Hz;高温箱式电炉2台:型号SSX-12-16,额定功率12KW;球磨机:型号3SO8,规格φ500×500mm;电子天平,小型回转窑等;2.6粗拌、细度、筛子的制备实验工艺流程如下:粘土、无烟煤破碎→粘土、无烟煤、粉煤灰磨细→称量→拌匀→加水拌和→陈化→成球→烘干→烧成→成品。实验工艺要点:(1)各种原料在磨细后按配料比先进行粗拌,再用细度为150～200目的筛子进行筛分,确保筛余量小于1%,目的就是将料充分混合均匀。如果没有拌匀,烧成的陶粒会出现陶粒外壳厚薄不均,陶粒内部气孔分布不匀的现象:(2)称量,称量在粉煤灰烧制成功与否起很大作用,因此,称量一定要准确。(3)成球,加入造孔剂混合成球,球的大小在φ5～25mm之间:(4)烧成时要求升温速度快,特别是物料出现液相时,要求升温更快,这样可以有效的使陶粒多孔化,烧成温度在1140～1165℃之间。2.7烧后时间及温度对烧率的影响本次实验中,由于缺乏先进的实验设备,如差热分析仪、x衍射仪等,只能通过烧成的陶粒进行表观和力学上的性能进行分析。根据各种原材料的化学成分,并在以往的经验基础上,进行了大量的试烧实验,在试烧实验的基础上,分析各物料的搭配情况,确定烧成温度和烧成时间。现摘录一部分有代表性的配方进行分析,混好的配料成球后放入鼓风干燥箱,升温至100℃左右烘干2～4h,目的是脱去物料中的附着水,防止煅烧时炸裂或出现裂纹,把经烘干后的料球移入温度为350℃左右的高温电炉中预烧5min左右,然后迅速移入高温电炉中胀烧6～12min,然后取出让其自然冷却,结果见表4。通过对各种配方的焙烧实验,只有配方4#烧出的陶粒比较好,烧出的样品膨胀很明显,质轻,表面光滑,大部分能浮在水面上。在4#配方的基础上,又设计了六组配方(18#～23#),经过烧制,每组在1140～1165℃温度范围内,均能产生气泡,并且气泡大小很均匀,表皮很光滑,膨胀性很好,各项性能均能符合标准要求,性能指标具体见表4烧成样品性能。3高温电解电极制备工艺将混好的配料成球后放入鼓风干燥箱,升温至100℃左右烘干2～4h,把经烘干后的料球移人温度为350℃左右的高温电炉中预烧5min钟左右,然后迅速移入高温电炉中胀烧8～12min,然后取出让其自然冷却所得陶粒性能及烧成参数见表5。4原料的烧胀控制(1)粉煤灰本身成球性很差,需加一定的粘土或其他能提高混合料塑性的物质,本次实验选用的是哈密当地粘土,来提高生料球的强度,同时,粘土中的矿物成分与富铁氧化物发生反应而熔融,从而起到助熔作用;(2)石英成分,能降低生料球的干燥收缩,缩短干燥时间,烧成时石英的加热膨胀可抵消陶粒加热收缩的影响;(3)加入助熔剂是为了降低烧成温度,从而降低能源损耗,降低生产成本。铁粉加入量并不是加的越多越好,实验中随着铁粉掺量的增加,烧成温度带缩小,烧成带缩短到6min左右,非常不利控制,影响了陶粒成品的质量;(4)生料拌的是否均匀非常关键,在陶粒烧制初期,实验员因搅拌时间太短,导致物料没有搅拌均匀,最后烧成的陶粒外壳厚薄不均,气孔分布不匀;(5)无烟煤的掺量,陶粒制作的关键在于满足气孔率大小和陶粒强度高低这对矛盾的综合要求。实验表明,混合料的总含碳量应控制在5%～7%为宜;(6)从实验过程中分析,利用哈密电厂的粉煤灰烧制的陶粒,各项指标均能满足同一级别标准的要求。焙烧工艺直接影响到陶粒的膨胀程度,即使原料的化学成分在膨胀的范围之内,如果没有适当的焙烧工艺制度,仍然烧不出陶粒。在实验过程中将温度提高到1170℃,颗粒出现过烧现象,产生的气体全部外溢到表层,颗粒中间实心;温度低时(低于1140℃)由于达不到混合料液相温度,料球未出现熔融状态,颗粒只是烧结在一块,没有产生膨胀,不能称之为粉煤灰陶粒。原料的烘干、预烧等过程很重要,否则容易出现炸裂或膨胀率很低的现象:焙烧温度和时间起着关键作用。最后实验表明,哈密电厂的粉煤灰的烧胀最佳温度应控制在1140℃9～1165℃,时间控制在8～12min。烧成曲线见图1。5密度dmpa采用和4#配方相同的配比和工艺,在新疆某陶粒厂生产线上进行了中试生产,所得陶粒性能如下:堆积密度780kg.m-3,筒压强度5.2MPa,吸水率9.5%,满足GB2838-81同密度等级标准规定值要求。和实验室结果相比,堆积密度、筒压强度、抗冻性指标均有很好的改善,吸水率有一定的增大,但也在标准要求之内。利用中试生产的陶粒,我们在实验室配制了陶粒混凝土,性能如下:(1)坍落度18cm,无分层离析现象,压缩性很小,预计泵送性能能满足:(2)混凝土28d抗压强度为44.5Mpa,表观密度1840kg·m-3。6陶粒的生产技术(1)哈密电厂的粉煤灰制备陶粒是可行的,可以大量使用粉煤灰(粉煤灰的使用量达到了75%以上),