[发明专利]一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法

说明书

本发明公开了一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法。本发明的制备方法包括：将磷石膏胶凝材料粉和煤矸石经烘干、粉磨、过筛后混合均匀，边搅拌边加入蒸馏水，直至形成粘性泥团，得到含有球核的混合料；将混合料转入成球设备中，调整、配制水量进行成球，成球后进行筛分，获得湿生料球；将湿生料球依次进行陈化和干燥脱水，得到干生料球，将干生料球均匀铺放，自然养护，即得到成型的陶粒产品。本发明通过添加磷石膏基全固废胶凝材料、煤矸石协同营造了一个碱性水化环境，可促进矿粉、富硅材料和煤矸石发生火山灰反应，生成水化硅酸钙等凝胶物质，进而形成更为密实的结构，促进陶粒强度的增长，可获得性能良好的免烧陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，属于资源循环利用技术领域。

背景技术

磷石膏是磷酸工业生产制备磷肥过程中排放的固废，是一种黄白、灰白或黑灰色的细颗粒粉体，主要成分为二水石膏，同时还含有少量磷、氟等有害物质，综合利用率低，导致大量磷石膏露天堆存。据统计，我国每年产生近8000万吨磷石膏，全国磷石膏堆存量超6亿吨，大部分采用露天堆存的方式处理，未得到有效的资源化利用。磷石膏中富含二水石膏，具有一定的胶凝特性，可应用于水泥、建材等各领域，但由于其本身的颗粒粒度较细，而且其中含有可溶性磷、氟、有机物和重金属等杂质，给磷石膏综合利用带来了困难。

煤矸石是煤矿工业分离出来的固体废弃物。截至目前，我国已有1200多个县区出现了煤矸石大面积堆积的现象，未利用煤矸石超过70多亿吨，占地超过两万公顷。不仅污染周围土壤和地下水，而且严重破坏了环境和生态。我国大部分煤炭采集区的煤矸石通过简单的堆积，在煤炭采集区周边形成若干个大大小小的煤矸石山，常年的风化、氧化使得部分煤矸石自燃，给矿山的生产和安全带来了严重危害或隐患。煤矸石中含有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃是一种潜在的火山灰材料，可作为建材进行利用，目前主要应用于制备烧结砖和生产水泥等，可消耗大量煤矸石，但能源利用率均不高，因普遍使用煅烧工艺，存在高能耗和高排放问题。因此，应努力探索其在各种土木工程应用中的安全处置和批量利用新途径。

目前已公开的专利及方法中陶粒制备工艺多采用水泥、石灰、石膏作为胶凝剂并进行煅烧，虽然能够达到一定的性能要求，但需消耗大量的胶凝剂和能源，经济性和环境性较差。同时制备的陶粒存在成型率低、裂纹较多、吸水率高、轻质和高强难以兼顾等问题，限制了其进一步应用。例如CN202110243048.5一种制备新型污泥陶粒的工艺，虽使用了市政污泥、工业污泥、建筑弃土等为原料，但仍采用煅烧工艺，烧制温度高达800～1150℃，能耗较高。CN 114751766 A利用固体废弃物烧制的轻质陶粒及其方法，使用了黄金尾矿和飞灰，烧制温度为1100～1200℃，高能耗，不利于大规模利用。CN 115073072 A一种利用铁尾矿和地铁渣土制作高强度免烧陶粒的方法，虽消耗了铁尾矿和地铁渣土并实现了免烧工艺，但仍使用水泥和石灰作为胶凝剂，提高了生产成本，不能实现全固废综合利用。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中制备的陶粒存在成型率低、裂纹较多、吸水率高、轻质和高强难以兼顾等问题以及不能实现全固废综合利用的问题，本发明提出一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，不仅能够实现陶粒的免煅烧，降低能耗，提高生产效率，还能够降低陶粒生产的原料成本，同时实现了工业固废的资源化利用。该方法以煤矸石为主要原料，配以磷石膏作为粘结剂和胶凝剂，经混合、造粒、干燥等过程，使得制备的轻质陶粒具有优异的性能，且制备效率高、能耗低、成本低，实现磷石膏和煤矸石的全资源化利用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用磷石膏和煤矸石制备高强度免烧陶粒的方法，包括以下步骤：

步骤1：以磷石膏、矿粉、SiO₂含量大于80wt％的富硅材料及碱激发材料为原料配制成磷石膏胶凝材料粉，将磷石膏胶凝材料粉和煤矸石经烘干粉磨后过筛，收集过筛粉末；