[发明专利]碳铬渣基高强轻骨料及其工业化生产方法

说明书

本发明公开了一种碳铬渣制备轻骨料的设计思路和方法，可大幅度改善碳铬渣轻骨料的相关性能，为碳铬渣制备轻骨料提出一种工业化生产方法及实施工艺。本发明的内容是：采用高碳铬铁渣为主要原材料，添加适宜的硅铝质组分，助胀剂和助熔剂，通过“一次成型，一步烧成”工艺，得到具有核‑壳结构的高强碳铬渣基轻骨料。其主要特征是：以碳铬渣化学组成为基础，通过组分调整和矿物重构，将碳铬渣中主要矿物相镁橄榄石转化，烧成后轻骨料中的主要矿物相为尖晶石和堇青石，从根本上解决了工业生产时，快速冷却造成的微裂纹，大幅度提升碳铬渣基轻骨料自身力学性能。同时，通过在内核生料球外包裹外壳改性层，增强水泥石（砂浆）与轻骨料之间的粘结强度，使轻骨料混凝土的综合使用性能和服役寿命更优。

技术领域

本发明涉及一种工业废渣制备的高强轻骨料及其工业化生产方法，属于建筑材料领域。

背景技术

轻集料混凝土(LWAC) 最突出的优点是质量轻，与同强度等级的普通混凝

土相比可降低自重 20 %～25%，还具有热稳定性好、抗冻抗震，且无碱集料反

应危害的特点，是建造高层、大跨土木工程最理想的结构材料。高强轻集料新品种、高性能轻集料的研制和应用进展缓慢，国内外许多资料报道的高强轻集料一般为页岩陶粒、天然浮石及粘土陶粒，利用工业固体废弃物制备高强轻骨料更是很少看到相关报道。

按现有轻骨料生产工艺，其主要原料还是以硅铝质为主，通过固相烧结反应，形成主要矿物相为莫来石（3A2O22SiO2）和石英以及少量玻璃体的多相复合体，其强度来源主要是莫来石晶体的骨架作用。无论采用回转窑或者烧结机设备焙烧，其出料温度一般在900℃以上，属于空气急冷。在轻骨料冷却过程中，内部必然产生大量微裂纹，这可能也是普通陶粒力学性能较差的原因。

据统计，高碳铬铁合金渣（以下简称碳铬渣）的排放量每年以超过40万吨的速度在增长，而大部分仅作堆放处理，造成了资源的巨大浪费，同时占用大量的土地资源。本课题组前期实验室研究结果（《利用高碳铬铁合金渣制备轻骨料的实验研究》、《烧成制度对高碳铬铁合金渣多孔骨料性能的影响》）表明：碳铬渣可以用于制备轻骨料，同时，冷却方式（急冷和随炉冷）对其力学性能影响显著，二者相差5倍。究其原因，碳铬渣主要由橄榄石及其固溶体矿物组成，热膨胀系数一般在10～12×10-6/℃（25℃-1000℃），热膨胀系数导致了大量微裂纹的产生，最终使轻骨料自身强度明显下降。

因此，真正实现碳铬渣的建材资源化高效利用，必须从材料科学基本理论出发，以材料设计为基本思路，采取适宜的技术手段，彻底解决碳铬渣作为原料制备轻骨料的障碍和瓶颈，且工艺简单，易于实现工业化，该技术的实施具有十分显著的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种基于碳铬渣在轻骨料领域资源化利用的设计思路和方法，可大幅度改善碳铬渣轻骨料的相关性能，为碳铬渣制备轻骨料提出一种工业化生产方法及实施工艺。

本发明的内容是：采用高碳铬铁渣为主要原材料，添加适宜的硅铝质组分，助胀剂和助熔剂，通过“一次成型，一步烧成”工艺，得到具有核-壳结构的高强碳铬渣基轻骨料。

所述核-壳结构碳铬渣轻骨料，内核的矿物组成主要包括如下矿物相及比例：

橄榄石及其固溶体： 0%～35%；

尖晶石及其固溶体： 10%～25%；

堇青石（印度石）： 50%～60%；

玻璃体及其他： 剩余部分。

所述核-壳结构碳铬渣轻骨料，外壳的矿物组成主要包括如下矿物相及比例：

贝利特（β-C2S）： 30%～70%；