基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法

摘要

本发明具体涉及一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。其技术方案是：以40.0~80.0wt%的低压电瓷废料、10.0~50.0wt%的粉煤灰与10.0~30.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入400~900L的造孔剂，混合，再外加所述原料3.5~7.0wt%的结合剂和11.0~17.0wt%的水，造粒成型；然后在80~140℃条件下干燥22~34h，在1000~1300℃条件下保温2~12h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的铝硅系轻质骨料的体积稳定性和耐压强度较高，体积密度较低。

说明书

技术领域

本发明属于铝硅系轻质骨料技术领域，具体涉及一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。

背景技术

电工陶瓷（电瓷）主要指用于高低压输电线路及电站和各种用电器的绝缘陶瓷，也称绝缘子，是电力工业的重要组成部分。瓷质材料主要有普通陶瓷、高硅瓷和铝质瓷，高硅瓷又称低压电瓷，通常被应用于低压输变电线路中。低压电瓷材料的使用环境恶劣，导致其生产工艺十分严格，一旦在生产或使用过程中，出现细微裂纹或杂质元素含量超标，就会淘汰成为低压电瓷废料。我国每年从生产线和低压输变电线路上淘汰的低压电瓷废料有数百万吨，堆积如山，对环境造成污染，对资源造成浪费。

窑炉等热工设备是工业生产中的重要设备，也是极度消耗能源和原料的地方。提高窑炉的工作效率和降低热能消耗及减轻自身重量的重要措施就是使用轻质耐火材料代替重质耐火材料构筑窑炉内衬。传统的轻质合成料存在杂质高、气孔大、隔热效果欠佳和使用温度低的缺陷；高级隔热耐火材料可以将使用温度提高到1500℃，但价格高和强度低，不适用于推广应用。因此，开发使用温度较高且价格低廉的轻质不定形耐火材料十分必要，不仅可以有效降低炉壳外表温度、保障设备的安全作业和有效降低能耗，并且能够降低使用成本。轻质骨料是制备轻质不定形耐火材料的重要组成部分，然而，现今普遍应用的骨料存在性能与成本不能兼顾等缺点，从而无法实现资源的最优化配置。

“利用陶瓷厂废泥和工业氧化铝制备高铝莫来石骨料的方法”(CN101585711A)专利技术，公开了以陶瓷厂废泥、经除铁后的铝矾土和工业氧化铝为原料，湿磨混匀形成混合泥浆；将混合泥浆采用压力式喷雾造粒干燥机造粒形成颗粒状粉体；烧成过筛后，即得不同粒度和氧化铝含量的莫来石骨料。该方法的缺陷主要表现在：(1)工艺过程较复杂和能耗高；(2)固体废弃物利用率低；(3)骨料成品的粒度及成分组成不可控。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、节约资源和环境友好的利用低压电瓷废料制备铝硅系轻质骨料的方法；用该法所制备的铝硅系轻质骨料的体积稳定性和耐压强度较高，体积密度较低。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以40.0~80.0wt%的低压电瓷废料、10.0~50.0wt%的粉煤灰和10.0~30.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入400~900L的造孔剂，混合，再外加所述原料3.5~7.0wt%的结合剂和11.0~17.0wt%的水，造粒成型；然后在80~140℃条件下干燥22~34h，在1000~1300℃条件下保温2~12h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

所述低压电瓷废料的粒径小于0.074mm；低压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥24.0wt%，SiO₂含量≥70.0wt%，K₂O含量≤3.0wt%，Na₂O含量≤0.6wt%。

所述粉煤灰的粒径小于0.088mm，粉煤灰的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥30.0wt%，SiO₂含量≥54.0wt%，K₂O含量≤0.8wt%，Na₂O含量≤0.05wt%。

所述粘土的粒径小于0.088mm，粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥40.0wt%，SiO₂含量≥55.0wt%，K₂O含量≤0.8wt%，Na₂O含量≤0.1wt%。

所述造孔剂为糠、锯末和球状沥青中的一种。

所述结合剂为木质素磺酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精和淀粉中的一种或两种。

由于采用上述技术方案，本发明所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的低压电瓷废料，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量低压电瓷废料的费用，故变废为宝、节约资源和环境友好；本发明将原料造粒成型，干燥后烧成即可得到基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料，生产工艺简单；本发明所制得的铝硅系轻质骨料的孔径分布主要分布在15μm以下，集中分布在5~8μm之间，体积密度为0.77~1.43g/cm³，显气孔率为36.9~59.8%，重烧线变化率±0.5%，常温耐压强度为8.0~20.0MPa。

因此，本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的铝硅系轻质骨料的体积稳定性和耐压强度较高，体积密度较低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料统一描述如下：

所述低压电瓷废料的粒径小于0.074mm；低压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥24.0wt%，SiO₂含量≥70.0wt%，K₂O含量≤3.0wt%，Na₂O含量≤0.6wt%。

所述粉煤灰的粒径小于0.088mm，粉煤灰的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥30.0wt%，SiO₂含量≥54.0wt%，K₂O含量≤0.8wt%，Na₂O含量≤0.05wt%。

所述粘土的粒径小于0.088mm，粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥40.0wt%，SiO₂含量≥55.0wt%，K₂O含量≤0.8wt%，Na₂O含量≤0.1wt%。

实施例中不再赘述。

实施例1

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以40.0~50.0wt%的低压电瓷废料、40.0~50.0wt%的粉煤灰和10.0~15.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入800~900L的糠，混合，再外加所述原料3.5~4.5wt%的木质素磺酸钠和11.0~13.0wt%的水，造粒成型；然后在80~100℃条件下干燥22~25h，在1000~1100℃条件下保温2~4h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为0.77~0.94g/cm³；显气孔率为56.3~59.8%；常温耐压强度8.0~10.5MPa。

实施例2

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以50.0~60.0wt%的低压电瓷废料、30.0~40.0wt%的粉煤灰和15.0~20.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入600~700L的锯末，混合，再外加所述原料4.5~5.5wt%的羟甲基纤维素钠和13.0~15.0wt%的水，造粒成型；然后在90~110℃条件下干燥29~32h，在1100~1200℃条件下保温4~6h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为0.90~1.12g/cm³；显气孔率为50.6~54.2%；常温耐压强度12.5~15.0MPa。

实施例3

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以60.0~70.0wt%的低压电瓷废料、10.0~20.0wt%的粉煤灰和20.0~25.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入400~500L的球状沥青，混合，再外加所述原料5.5~6.5wt%的淀粉和15.0~17.0wt%的水，造粒成型；然后在100~120℃条件下干燥27~30h，在1200~1300℃条件下保温6~8h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为1.19~1.43g/cm³；显气孔率为36.9~42.1%；常温耐压强度17.4~20.0MPa。

实施例4

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以70.0~80.0wt%的低压电瓷废料、10.0~20.0wt%的粉煤灰和10.0~15.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入500~600L的锯末，混合，再外加所述原料6.0~7.0wt%的糊精和12.5~14.5wt%的水，造粒成型；然后在110~130℃条件下干燥25~28h，在1150~1250℃条件下保温8~10h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为1.10~1.34g/cm³；显气孔率为46.3~51.7%；常温耐压强度13.9~16.8MPa。

实施例5

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以45.0~55.0wt%的低压电瓷废料、20.0~30.0wt%的粉煤灰和25.0~30.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入700~800L的糠，混合，再外加所述原料1.5~2.0wt%的木质素磺酸钠、2.0~2.5wt%的糊精和14.5~16.5wt%的水，造粒成型；然后在120~140℃条件下干燥26~29h，在1050~1150℃条件下保温10~12h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为0.82~1.03g/cm³；显气孔率为51.0~55.4%；常温耐压强度12.0~14.7MPa。

实施例6

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以55.0~65.0wt%的低压电瓷废料、30.0~40.0wt%的粉煤灰和10.0~15.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入650~750L的球状沥青，混合，再外加所述原料2.5~3.0wt%的羟甲基纤维素钠、3.0~3.5wt%的淀粉和11.5~13.5wt%的水，造粒成型；然后在100~120℃条件下干燥28~31h，在1120~1220℃条件下保温3~5h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为0.97~1.25g/cm³；显气孔率为50.2~54.9%；常温耐压强度13.3~16.4MPa。

实施例7

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以45.0~55.0wt%的低压电瓷废料、25.0~35.0wt%的粉煤灰和25.0~30.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入450~550L的球状沥青，混合，再外加所述原料1.0~1.5wt%的木质素磺酸钠、2.5~3.0wt%的糊精和13.5~15.5wt%的水，造粒成型；然后在80~100℃条件下干燥23~26h，在1180~1280℃条件下保温7~9h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为1.22~1.41g/cm³；显气孔率为41.8~47.5%；常温耐压强度15.6~18.2MPa。

实施例8

一种基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料及其制备方法。以65.0~75.0wt%的低压电瓷废料、15.0~25.0wt%的粉煤灰和15.0~20.0wt%的粘土为原料，先在每吨原料中加入750~850L的糠，混合，再外加所述原料2.0~2.5wt%的糊精、3.0~3.5wt%的淀粉和14.0~16.0wt%的水，造粒成型；然后在110~130℃条件下干燥31~34h，在1050~1150℃条件下保温5~7h，即得基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料。

本实施例所制备的铝硅系轻质骨料经检测：体积密度为0.85~1.06g/cm³；显气孔率为54.5~58.3%；常温耐压强度10.2~15.1MPa。

本具体实施方式所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的低压电瓷废料，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量低压电瓷废料的费用，故变废为宝、节约资源和环境友好；本发明将原料造粒成型，干燥后烧成即可得到基于低压电瓷废料的铝硅系轻质骨料，生产工艺简单；本发明所制得的铝硅系轻质骨料的孔径分布主要分布在15μm以下，集中分布在5~8μm之间，体积密度为0.77~1.43g/cm³，显气孔率为36.9~59.8%，重烧线变化率±0.5%，常温耐压强度为8.0~20.0MPa。

因此，本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的铝硅系轻质骨料的体积稳定性和耐压强度较高，体积密度较低。