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基于表面张力平衡法制备油基岩屑-高钛矿渣-赤泥基轻质高强免烧陶粒

来源:西南石油大学 浏览 116 次 发布时间:2024-02-28

本发明提供一种油基岩屑-高钛矿渣-赤泥基轻质高强免烧陶粒的制备方法,采用表面张力平衡法对免烧陶粒进行造粒,实现免烧陶粒的快速、便捷、高效制备,在实现便捷调控粒径大小的效果的同时,成功获得了圆球99-100%的免烧陶粒,并且表面张力平衡法中的介质碱性磨削油能为免烧陶粒的固化提供碱性环境,有利于加快固化速度,提高其性能。


具体的,一种油基岩屑-高钛矿渣-赤泥基轻质高强免烧陶粒的制备方法,包括以下步骤:


S1将油基岩屑热解残渣、水淬高钛矿渣、拜耳法赤泥、氮化硅混合研磨,得到免烧陶粒原材料混合粉末;步骤S1中,将油基岩屑热解残渣、水淬高钛矿渣、拜耳法赤泥、氮化硅干燥后在行星式球磨机中混合研磨1-3h;混合研磨后的混合粉末过筛100目得到免烧陶粒原材料混合粉末;


S2将硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠均匀混合,混合后用薄膜覆盖,室温静置24h后得到复合碱激发剂;


S3将免烧陶粒原材料混合粉末、复合碱激发剂、高效发泡剂移至高速搅拌机中,采用差速搅拌的方式进行5-10min的高速搅拌,搅拌结束后得到地质聚合物浆料;步骤S3中首先采用3000-4000rad/min的转数搅拌3-5min,然后采用1500-2500rad/min的转速搅拌4-6min;

S4将地质聚合物浆料通过蠕动泵向冷凝管中匀速滴入浆料,通过表面张力平衡法制备球形地聚物固化颗粒;


S5将球形地聚物固化颗粒表面冲洗干净,擦拭后将球形地聚物固化颗粒放入养护箱中养护10-15h;养护箱的温度为18-22℃,湿度≥95%。


S6将养护后的球形地聚物固化颗粒转移至频率为2.45GHz的微波反应箱中,采用100-400W多功率进行微波处理,得到轻质高强免烧陶粒;步骤S6中,微波快速硬化处理具体包括:首先采用300-400W的功率对球形地聚物固化颗粒微波处理2-3min;然后采用140-200W的功率对球形地聚物固化颗粒微波处理5-10min,得到轻质高强免烧陶粒。


其中,高效发泡剂的制备方法包括以下步骤:


将羟丙基甲基纤维素、去离子水在磁力搅拌机上以30rad/min的转速搅拌2-3min,得到稳泡溶液;


将稳泡溶液、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠放入超声分散器中超声分散3-5min,得到高效发泡剂。


其中,利用表面张力平衡法作为免烧陶粒的成球工艺,能避免传统制粒机工艺复杂、耗能高、成球率低的缺点,可实现制备出的免烧陶粒具备99-100%圆球度,另外该方法成球效率高且生坯质量均匀保证了免烧陶粒产品性能稳定,同时该方法还可实现免烧陶粒粒径的便携调控以满足不同的运用场景;另一方面,本表面张力平衡法中所采用的介质为碱性磨削油,其自身碱性能够对免烧陶粒的聚合反应提供碱性环境,有助于加快其固化反应的速度,从而增强轻质高强免烧陶粒的性能。


采用多功率微波辐照的方式对免烧陶粒进行快速硬化,先采用300-400W的功率对免烧陶粒进行微波辐照2-3min,此时步骤S1中所加入的氮化硅会在吸收微波辐射后,在内部形成具有活性的自由基团,进而与油基岩屑热解残渣中的有机污染物反应,实现降解有机污染物的效果;最后采用140-200W的功率对免烧陶粒进行微波辐照处理5-10min,达到改善免烧陶粒内部地质聚合反应活性,避免水分过快挥发所造成的开裂,同时加快化学反应进程的效果;最终制备出轻质高强免烧陶粒的密度等级可达800,其筒压强度能达到11-13MPa,满足GB/T 17431.2-2010《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》中对轻质高强陶粒的性能要求。


本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:


本发明一种油基岩屑-高钛矿渣-赤泥基轻质高强免烧陶粒及其制备方法,本发明使用油基岩屑热解残渣、水淬高钛矿渣、拜尔法赤泥作为免烧陶粒的主要原材,能够促进其地质聚合反应的发生,增强对油基岩屑残渣内重金属离子的固化;


利用油相和水相密度接近且互不相容的原理进行免烧陶粒成球;利用蠕动泵向悬浮介质碱性磨削油中缓慢滴入地质聚合物浆料液滴,液滴会在碱性磨削油中受到表面张力的作用,由水滴状变为球状,从而获得99-100%圆球度的免烧陶粒;同时通过调节滴入碱性磨削油时液滴的大小对免烧陶粒的粒径进行调节,实现免烧陶粒粒径大小的便捷调控;并且碱性磨削油可为轻质高强免烧陶粒的地质聚合反应提供碱性环境,加快其固化速度,从而提高轻质高强免烧陶粒性能;利用该方法制备轻质高强免烧陶粒球具有完美圆球度、均一质量、粒径可调、成球效率高等优点。


采用多功率微波辐照的方式对免烧陶粒进行高效硬化,在标准养护10-15h,微波辐照3-15min后,能够制备出圆球度99-100%,堆积密度700-800kg/m3


,筒压强度11-13MPa的轻质高强免烧陶粒;并且多功率微波辐照的方式还能够促使氮化硅与油基岩屑热解残渣中的有机污染物反应,实现降解有机污染物的效果。


本发明的其原料中工业固废用量占比达到100%,固废利用率高,制备成本低,制备效率高,成功实现了工业固废的绿色、节能、安全、高效资源化处置。