本申請涉及冶金工業(yè)固廢回收利用，尤其涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球鋼鐵工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，鋼鐵產(chǎn)量迅速增長，隨之而來的是大量固體廢棄物的產(chǎn)生，其中鋼渣和鐵渣占據(jù)了40％以上。大部分鋼渣露天儲(chǔ)存，不僅占用大量土地資源，還可能導(dǎo)致重金屬成分滲入土壤，產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)。目前，部分鋼渣通過直接摻入建材產(chǎn)品來進(jìn)行處理，但這種方法存在摻量過低的問題，難以有效解決鋼渣的大規(guī)模堆存的問題。同時(shí)，鋼渣中游離的氧化鈣可能導(dǎo)致建材產(chǎn)品粉化，影響其長期使用性能。

2、fcc廢催化劑是指在流化催化裂化(fcc)過程中產(chǎn)生的廢棄催化劑。流化催化裂化是石油煉制中的一種常見工藝，主要用于將重油(如柴油、渣油等)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)石油產(chǎn)品(如汽油、柴油等)。fcc廢催化劑的生成量巨大，且其含有的重金屬成分濃度較高，具有較強(qiáng)的污染性。根據(jù)危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)，若廢催化劑中nio的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.1％，則該廢催化劑被視為危險(xiǎn)固體廢物，處理成本極高。這不僅給煉油廠帶來經(jīng)濟(jì)壓力，還使得廢催化劑的后續(xù)處理成為亟待解決的難題。部分地區(qū)采用造渣熔煉提鎳工藝處理fcc廢催化劑，產(chǎn)生的熔煉渣通常含有鋁、硅、氧化鋁和硅酸鹽等成分，這些成分與陶瓷原料相似，因此熔煉渣可作為陶瓷制品的原料。

3、煤矸石是煤礦開采過程中不可避免的廢棄物，通常含有一定比例的礦物質(zhì)和有害物質(zhì)。煤矸石的堆放和填埋不僅占用大量土地，而且由于其長期堆積，容易引發(fā)水土污染和重金屬滲漏等環(huán)境問題。因此，如何高效、環(huán)保地利用煤矸石，成為亟需解決的課題。

4、現(xiàn)有技術(shù)缺少可以將鋼渣、fcc廢催化劑熔煉渣和煤矸石實(shí)現(xiàn)全面回收和高效利用的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)不能將鋼渣、fcc廢催化劑熔煉渣和煤矸石實(shí)現(xiàn)全面回收和高效利用的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請?zhí)峁┮环N輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括以下原料組分：50％～80％的鋼渣、15％～40％的熔煉渣和5％～15％的煤矸石。

3、在一些實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述鋼渣的組分包括：sio215％～30％，al2o35％～10％，cao?40％～60％，fe2o3?15％～25％，mgo?2％～8％，mno?1％～5％，na2o+k2o1％～3％，cr2o3<1％，其他元素1％～15％。

4、在一些實(shí)施例中，所述熔煉渣為fcc廢催化劑高溫提鎳后的熔煉渣；

5、可選地，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述熔煉渣的組分包括：al2o3?45％～60％，cao?20％～35％，sio2為15～25％，na2o+k2o小于1％，其他元素含量為3％～20％。

6、在一些實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述煤矸石的組分包括：sio252％～65％，al2o3?16％～36％，cao?1％～3％，fe2o3?5％～10％，na2o+k2o1％～2％，其他元素9％～25％。

7、本申請還提供一種上述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括：

8、將鋼渣、熔煉渣和煤矸石混合，得到混合料；

9、將所述混合料進(jìn)行粉磨、篩分，得到粉料；

10、將所述粉料加水造粒成型，得到陶粒生坯；

11、將所述陶粒生坯烘干；

12、將烘干后的陶粒生坯進(jìn)行焙燒，得到輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒。

13、在一些實(shí)施例中，所述粉料中鋼渣的粒徑≤74μm的質(zhì)量比為85％以上，所述粉料中熔煉渣和煤矸石的粒徑≤74μm的質(zhì)量比為95％以上。

14、在一些實(shí)施例中，所述粉料中鋼渣的粒徑滿足：200μm占比0％，150-200μm占比0-5％，150μm占比5～15％，100μm-150μm占比5-25％，60μm-100μm占比35-80％，60μm以下占比5％～25％。

15、在一些實(shí)施例中，所述水的添加量為所述粉料質(zhì)量的13％～17％；

16、可選地，所述陶粒生坯的粒徑為6～12mm；

17、優(yōu)選地，所述陶粒生坯的粒徑為9mm～11mm；

18、可選地，所述烘干的溫度為105℃～110℃，時(shí)間為2h～4h，烘干后的陶粒生坯的含水量為<1％。

19、在一些實(shí)施例中，所述焙燒的氣氛為氧化性氣氛，所述焙燒包括低溫預(yù)熱和高溫?zé)Y(jié)。

20、在一些實(shí)施例中，所述低溫預(yù)熱的溫度為500℃～850℃，時(shí)間為15～25min；所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為1000℃～1200℃，時(shí)間為20～50min。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果包括：

22、本申請?zhí)峁┑妮p質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法以鋼渣為主要原料，熔煉渣和煤矸石為輔助材料，通過合理配比混合后，進(jìn)行粉磨、篩分，并制成陶粒生坯，烘干后將生坯放入高溫窯爐中進(jìn)行焙燒，最終得到冷卻后的陶粒產(chǎn)品。在此過程中，熔煉渣作為一種富含硅和鋁元素且具有一定粘性的材料，可以解決鋼渣塑性差的問題，能夠有效提升陶粒的質(zhì)量，增加陶粒生坯的強(qiáng)度；煤矸石則提供碳元素，可以提供熱量給焙燒工段，幫助降低能耗，且硅、鋁元素的加入使得陶粒中生成大量鋁硅酸鹽骨架，這可以增加最終陶粒的強(qiáng)度，而高聚合度的鋁硅酸鹽有利用形成玻璃相，同樣有利于化學(xué)固溶或增加陶粒致密度的物理包裹作用來固結(jié)重金屬離子，阻止其浸出。最終的礦相根據(jù)原料成分的不同可成為普通輝石、鈣長石、透輝石和赤鐵礦等，這些礦相可增加燒成陶粒的筒壓強(qiáng)度，降低燒成陶粒的吸水率。

23、本申請的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法通過協(xié)同利用鋼渣、熔煉渣和煤矸石，提高了鋼渣的資源化利用率，解決了鋼渣的大量堆積問題，不僅能有效處置鋼鐵、石油和煤礦等行業(yè)的難處理固廢，還能顯著降低陶粒生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。該工藝流程簡便，陶粒產(chǎn)品可替代天然砂石骨料，減少自然資源消耗，具有顯著的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)意義。

24、此外，本申請?jiān)谥苽浞椒ㄖ薪档土虽撛６鹊囊螅黾恿虽撛膿饺肓浚行?shí)現(xiàn)了鋼渣的大宗量利用。熔煉渣的加入提升了陶粒生坯的強(qiáng)度，適用于各種焙燒窯爐，煤矸石的加入不僅降低了能耗，還提高了陶粒的成品率。整體工藝采用了“原料混合—球磨—造粒—烘干—低溫預(yù)熱—高溫焙燒”流程，簡化了工藝步驟，原料間的協(xié)同作用有效解決了鋼渣和fcc廢催化劑熔煉渣的處理問題。

25、本申請最終制得的陶粒礦相主要由鈣長石、透輝石、普通輝石和赤鐵礦組成，其筒壓強(qiáng)度為18～22mpa，吸水率為<1％，符合國家標(biāo)準(zhǔn)(gb/t17431.2—2010)，筒壓強(qiáng)度要求＞10mpa，吸水率＜10％。

技術(shù)特征：

1.一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括以下原料組分：50％～80％的鋼渣、15％～40％的熔煉渣和5％～15％的煤矸石。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述鋼渣的組分包括：sio2?15％～30％，al2o3?5％～10％，cao?40％～60％，fe2o3?15％～25％，mgo?2％～8％，mno?1％～5％，na2o+k2o?1％～3％，cr2o3<1％，其他元素1％～15％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述熔煉渣為fcc廢催化劑高溫提鎳后的熔煉渣；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述煤矸石的組分包括：sio2?52％～65％，al2o3?16％～36％，cao?1％～3％，fe2o3?5％～10％，na2o+k2o1％～2％，其他元素9％～25％。

5.一種如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述粉料中鋼渣的粒徑≤74μm的質(zhì)量比為85％以上，所述粉料中熔煉渣和煤矸石的粒徑≤74μm的質(zhì)量比為95％以上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述粉料中鋼渣的粒徑滿足：200μm占比0％，150-200μm占比0-5％，150μm占比5～15％，100μm-150μm占比5-25％，60μm-100μm占比35-80％，60μm以下占比5％～25％。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述水的添加量為所述粉料質(zhì)量的13％～17％；

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述焙燒的氣氛為氧化性氣氛，所述焙燒包括低溫預(yù)熱和高溫?zé)Y(jié)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述低溫預(yù)熱的溫度為500℃～850℃，時(shí)間為15～25min；所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為1000℃～1200℃，時(shí)間為20～50min。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法，涉及冶金工業(yè)固廢回收利用技術(shù)領(lǐng)域。本申請?zhí)峁┑妮p質(zhì)高強(qiáng)陶粒以鋼渣為主要原料，熔煉渣和煤矸石為輔助材料，通過合理配比混合后，進(jìn)行粉磨、篩分，并制成陶粒生坯，烘干后將生坯放入高溫窯爐中進(jìn)行焙燒，最終得到冷卻后的陶粒產(chǎn)品。在此過程中，熔煉渣作為一種富含硅和鋁元素且具有一定粘性的材料，可以解決鋼渣塑性差的問題，能夠有效提升陶粒的質(zhì)量，增加陶粒生坯的強(qiáng)度；煤矸石則提供碳元素，可以提供熱量給焙燒工段，幫助降低能耗。且硅、鋁元素的加入使得最終的礦相為普通輝石，增加了燒成陶粒的筒壓強(qiáng)度，降低了燒成陶粒的吸水率。

技術(shù)研發(fā)人員：王治飛,袁朝新,王為振,陳菁,任坤,劉琦,馬輝,史志勝,韓少奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：礦冶科技集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28