[发明专利]一种生产合成轻质陶瓷砂的方法及其用途

说明书

本发明涉及生产轻质陶瓷砂，用作建筑材料和工业废料开采页岩气用中等强度轻质砂。更具体地，本发明涉及一种直接将潮湿铝土矿废渣饼和粉煤灰作为二次原料生产烧结合成轻质陶瓷砂颗粒的新型工艺。所述合成轻质陶瓷砂可用作建筑材料。在使用水力压裂法开采页岩气时，所述合成砂还可作为轻质砂使用。本发明的新特征是在高产量下生产低成本轻质砂，以便与快速损耗的天然砂和压裂砂竞争。

技术领域

本发明涉及一种轻质陶瓷砂的生产方法。本发明特别涉及一种直接将潮湿铝土矿废渣饼和粉煤灰作为二次原料生产烧结合成轻质陶瓷砂颗粒的新型方法。所述合成轻质陶瓷砂可用作建筑材料。在使用水力压裂法开采页岩气时，所述合成砂还可作为轻质砂使用。本发明的新特征是在高产量下生产低成本轻质砂，以便与快速损耗的天然砂和压裂砂竞争。

背景技术

为了符合环境要求，氧化铝厂需要将氧化铝生产成本的5-10%投入到铝土矿废渣的可持续处置中。使用拜耳法，将铝土矿矿石转化成氧化铝，产生了铝土矿废渣。目前，全世界共产生了大约1亿2500万吨铝土矿废渣。平均不到3%的铝土矿废渣得到利用，而其余97%的铝土矿废渣大部分被倒入泥池（水塘），增加了对当地环境的威胁。由于铝土矿废渣占地面积大，这些土地既不能用于建造建筑物也不能耕种，即使这些土地干燥后也不能用于建造建筑物和耕种，因此如何处理铝土矿废渣成为摆在我们面前的一大难题。妥善解决铝土矿废渣的存放和处置问题需要投入大量费用。随着附加环境立法和行业限制的发展，妥善解决存放和处置问题所需的成本继续增加。

粉煤灰是燃煤电站燃煤得到的副产品。目前，全世界大约产生11亿吨粉煤灰。在产生的粉煤灰中，平均约有55%得到利用，而其余45%的粉煤灰多数被倒入灰池（水塘）和干堆，增加了对当地环境的威胁。在尝试尽量降低粉煤灰作为废物产生所造成的环境影响的同时，考虑粉煤灰的各种利用方法，既可以帮助处置粉煤灰，又可以从中获得一些切实可行的效用和经济收益。

全球建筑业等行业对优质砂的需求增加，天然砂来源日益减少。砂的年产量和消耗量比自然的产砂能力高出两倍。砂等颗粒物属于大量消耗的建筑材料，同时也是建筑业的基本原料。目前，全世界的砂消耗量为400亿吨，其中300亿吨用于生产混凝土和砂浆。随着城市化进程加快，生态环境一般较为脆弱，增加了天然砂矿床供应的压力。天然砂需要几百万年才能形成，而现在天然砂的消耗也在加快。极高的砂消耗量已经危及到海岸线，东南亚有30座岛屿消失。

目前急需解决铝土矿废渣和粉煤灰的处置问题。同时，由于建筑活动的不断增长，存在大量天然砂需求，因此我们正面临着天然砂极度匮乏的问题，迫使研发人员找到一种合适的替代品。

其中一种可取的替代品就是将铝土矿废渣饼转化为陶瓷砂，可用作天然砂、人工砂、细骨料和轻质细骨料的替代品，用来生产混凝土、砂浆、灰泥、砖、砌块和瓷砖。另一种可取的替代品是将铝土矿废渣饼转化为中强度轻质砂，在水力压裂法中作为压裂砂的替代品，以提高气体开采质量。水力压裂法采用压裂砂，使裂隙或裂缝保持张开，使页岩中的石油向上流向地表。

赞成使用该方法的理由是：（1）铝土矿废渣占合成颗粒物总重量的50～95 wt%，粉煤灰占50～5 wt%；（2）自然资源（如砂和细骨料）正在迅速消耗；（3）生态绿色产品需求继续增长；（4）满足对自然资源和循环经济可持续管理的需要。

本发明的主要组成部分是废物副产品，即铝土矿废渣和粉煤灰，原材料价格低廉，使人造陶瓷砂具有竞争力，从而有助于缓解废物处置的问题。因此，利用铝土矿废渣饼和粉煤灰的混合物，以符合经济效益的方式成功地生产出颗粒物，不仅会降低铝土矿废渣和粉煤灰处置对环境的影响，而且还能带来巨大的经济效益。

本发明涉及用工业废物混合物生产轻质陶瓷砂。所述生产工艺是一种新型工艺，用于生产合成轻质陶瓷砂。用两种不同的工业废物，即铝土矿废渣和粉煤灰生产的轻质陶瓷砂代替天然砂，可以对天然砂产地的保护提供支持。