制造膨胀的粘土颗粒的方法及使用该方法得到的颗粒

摘要

本发明涉及一种制造膨胀的粘土颗粒的方法,其特征在于该粘土颗粒的膨胀是通过用微波辐射对颗粒进行加热获得的。

说明书

本发明涉及一种制造膨胀的粘土颗粒的新方法，还涉及通过实施该方法获得的该颗粒。

多年来，疏松颗粒形式的膨胀粘土广泛应用于建筑业和市政工程(BTP)，尤其用于减轻混凝土的重量。这种材料有很多优点：天然、固定、绝缘、均匀、耐火、容易制得、稳定、具有化学惰性、防腐蚀而且经济。由于这些特性，它还广泛应用于其它领域，例如隔热、装饰、园艺、溶液培养、焚化、风景设计(paysagisme)、施堆肥、过滤、防污染、养鱼等等。

1885年人们就发现了膨胀粘土，但一直到了1917年才出现第一台制造该种材料的工业装置，将由SJ HAYDE制成的转炉作为膨胀炉。

这种膨胀是在大约1100℃的温度下，在产生小气泡的塑性粘土块内部，通过剧烈发出的气体实现的。

这种膨胀粘土的球粒或颗粒都有一层玻璃化外壳，且都既非常坚硬又非常轻，这种膨胀粘土的球粒或颗粒的单位体积质量约为300-630kg/m³。

自从第一台焙烧与膨胀炉问世，它们的制造技术基本上就没有改变，这种制造还是通过在转炉中加热到高温进行。通过例如气体或燃料等可燃物的燃烧产生热能。

为了得到膨胀的球粒或颗粒，需要许多步骤：

    1)在精密和严格监测的技术条件下配制粘土(捣碎，轧

制，加湿)，以最后制成颗粒(成粒化)；

    2)干燥并存储这些颗粒；

    3)在第一转炉中焙烧这些颗粒；

    4)将这些烧过的粘土颗粒输送到第二转炉，经受1100℃

的高温与小心调节；高温情况下粘土块的内部表现出塑性，排出

的气体使其发泡，得到膨胀的粘土颗粒；

    5)在一个冷却通道冷却所得到的产品。

为了避免不同品质的掺杂与混合，这些球形的颗粒最后要经过筛分并分配到存储的混凝土中。

然而，这种制造膨胀的粘土颗粒的方法存在许多缺点：

-使用的基础结构非常笨重，如果我们考虑到从干粘土颗粒进入开始到膨胀的颗粒送去筛分与存储，要包括两或三个并排或串联的炉；另一方面，这种基础结构会致使重要的开发与维修费用高昂，尤其这一开发和维修中包括的须经受高温的部分机械装置。

-这种装置的效率低；粘土作为一种耐高温材料，大部分的加热能量被浪费；而且，该方法以及加热装置是从外向内进行加热的。这种对热能的不适当的分配会引起能量的浪费，并在材料内部引起热应力从而致使粘土的球粒或颗粒爆炸，其结论是产量低。

-由于大量的噪音和挥发物(烟)，这种炉还对环境造成不良影响(听觉、嗅觉和视觉污染)。在隔声或隔热缺乏的情况下，它还会对附近的环境(人员或参观者)造成危险。此外，还需要存储可燃物。

-用该炉进行加热的时间长；

-调节困难。

还需要着重指出的是将该颗粒放入转炉的燃烧器中进行加热，其膨胀可能过分或者不完全，因此这种制造技术效率不确定而且所得到的膨胀的粘土颗粒的质量有很大差别。

文件FR-2101602A中描述了一种用频率为1兆周每秒至10000兆周每秒的电磁波进行辐射以膨胀坚硬蛭石的方法，尤其用于蛭石用作绝热材料或炉衬时。尽管如此，膨胀的蛭石较差的机械特性使它不能应用于对机械强度性质要求高的应用中，例如制造用于建筑物的轻质混凝土。此外，膨胀蛭石与膨胀粘土的过程不同。对蛭石来说，这种膨胀是独特的，因为蒸发其中的水使得组成该材料的薄层裂开，该材料可接受有褶或许多细密条纹的形式。

膨胀粘土的过程是不同的：将粘土加热到高温使其发出气体，这种气体最初形成于热塑材料内部的毫米孔。

这些发出的气体是许多化学反应的生成物：

-分解附带的矿物质(硫酸盐，硫化物，等等)；

-有机材料的燃烧(碳，腐殖酸，附加碳氢化合物，等等)；

-有机材料的裂化；

-有机质与氧化铁之间的氧化还原反应。

所得到的颗粒非常坚固。

本发明的重要目的在于克服上述制造膨胀粘土颗粒的现行方法和装置中的缺陷。

根据本发明，该目的是依据将上述粘土颗粒由微波辐射加热达到使所述粘土颗粒膨胀的方法而实现的。

该膨胀方法的使用主要是通过微波辐射的方法加热介电产品。其原理基于被辐射物质在高频率电磁场(微波)中相互作用。该材料(在该种情况下的粘土)在浓缩形式下是由原子与分子以被称为“群集”(团粒，cluster)的形式构成。受电磁场作用时，这种“群集”会发生相对运动，运动的强弱取决于介电常数。该运动致使“群集”之间产生的摩擦是产品内部发热的来源。

微波辐射施加在粘土颗粒或球粒上使其快速均匀加热，电磁波直接加热所述粘土的内部，这种加热首先引起水分的蒸发，然后使得发出气体，该气体使粘土发泡和膨胀。

根据本发明实施该方法的装置非常简单，主要包括一台超高频电磁能量发生器(磁控管)、一台实施器和一个波导。

此外，通过微波辐射，该装置便于适应连续或同时干燥粘土颗粒或球粒并加热与膨胀它们。

根据本发明的方法具有许多值得注意的优点：

-实施该方法所需要的基础结构非常轻；为实施该方法所用装置的体积明显小于使用液体或气体可燃物用转炉加热的实施工具的体积。此外，由于热源直接激发粘土，该装置的开发与维修情况极佳；

-该方法的效率大大高于用液体、气体或固体可燃物加热时的效率；大部分的热量被材料(粘土颗粒)吸收，损失的热能大大减少；

-粘土以块状被加热，这减小了材料内部的热应力以及膨胀的粘土颗粒爆炸的危险，因而次品的百分比大大降低或者几乎为零；

-在这样一个微波炉中升温非常快速且直接膨胀，没有惯性问题(能量几乎立即到位)；

-干燥、焙烧和膨胀的步骤集中在同一个阶段内，这可获得时间与空间上的赢利。

由于使用了微波辐射，本发明提供的方法还有以下其他优点：

-没有听觉和视觉的污染(无噪声，无烟尘)；

-改进了安全性(没有滚烫的外壁)；

-提供了对热力控制和膨胀参数进行精确检测的可能性，并且便利了炉子的调节；

-效率高(55％-60％)；

-由于改善了热扩散而产量高；

-热平衡修正；

-经济的特性。

该方法具有很大的使用灵活性，并具备通过电的方法，依靠快速和精确的自动作用或调节，有效调节该技术方法的可能性。

上述以及其它目的、特性和优点在下述说明与以下附图中更为突出，其中：

图1为生产膨胀粘土颗粒的概要示意图，包括根据本发明第一实施例的方法；

图2为生产膨胀粘土颗粒的概要示意图，包括根据本发明第二实施例的方法；

图3为根据本发明制造膨胀粘土颗粒的装置的示意图。

参阅所述附图是为了说明实施例的优点，对根据本发明制造膨胀的粘土颗粒的方法完全不起限制作用。

作为基础材料，制造膨胀的粘土颗粒需要来自采石场的纯粘土或洗选采石场通过增值烂泥而再循环的粘土，或者从其他工业得到的粘土。以已知方式可通过捣碎，轧制或挤压使粘土成颗粒化，然后粘土颗粒经受以本发明方法指出的上述特有步骤，以优选方式制得膨胀的粘土颗粒，粒度测定例如为包括0-25mm，单位体积的质量为300-630kg/m³。

如果必要，在轧制或挤压之前可将粘土结合少量的水，使其处于塑性状态下，在优选方式中，在成颗粒化之前，尤其是实施加热步骤使材料膨胀之前，还要掺合少量燃料类的碳氢化合物，所有掺合实现的方法与材料全是已知技术。

承受微波辐射前，粘土颗粒或球粒具有一定湿度，例如包含10％-50％的湿度。

根据实施本发明方法的第一个实施例(图1)，经过传统方法粒化与干燥的粘土被引入一个微波炉中，在微波炉中这些粘土颗粒经受微波辐射，致使粘土受热并膨胀。离开微波炉后，粘土颗粒或球粒通过一个冷却通道冷却，或自然风冷。

在对其存储或发货前要以已知方式对其进行筛分。

根据实施本发明方法的第二个实施例(图2)，粘土经粒化后被引入一个微波炉中，在微波炉中这些粘土颗粒经受微波辐射，致使粘土同时干燥、受热并膨胀。

在简单实施例中，使用的微波辐射可以是2450MHz级的微波而波长为0.1nm级，产生的温度为1850℃级。

为了实现本发明的方法使用的微波装置(图3)以已知方式被安装，包括一或多个将电网(reseau)能转换为微波能的发生器或微波源(磁控管)C，一个以“成纵队”或连续方式用微波加热粘土颗粒的实施器E，以及一个或多个将微波能量从发生器C中传递到实施器E的波导D。

实施器E由一个微波管组成，在其相对着的端部装备着对泄漏微波密闭的腔(sas)，分别用于输入粘土颗粒(参考A)和输出膨胀的粘土颗粒(参考B)。