一种花岗岩石粉陶粒的微波烧结方法技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种以花岗岩石粉为主料，利用微波烧结法烧结
高性能球形陶粒的方法。
背景技术
近年来，随着大跨度、高层建筑的快速发展，高性能轻集料混凝土的研究越发引起
关注与重视，同时给轻集料带来了前所未有的市场前景。正是由于轻集料多孔、质轻的独特
结构，赋予了轻集料混凝土轻质高强、保温隔热等一系列优良特性。而陶粒因其自身的许多
优异性能，使其具有了其他材料不可替代的作用，在轻集料中脱颖而出，广泛应用于轻集料
混凝土中。特别是轻质性这一重要性能，是其能够取代重质砂石的主要原因。目前，我国生
产陶粒主要是黏土和粉煤灰为原料，且采用的是传统的高耗能、高污染的燃料型回转窑，不
符合可持续发展战略。陶粒的生产原料和生产设备受到限制，成为高性能陶粒生产的瓶颈。
另一方面，随着建筑石材加工行业的迅速发展，我国已成为世界最大的石材生产、
消费和出口大国，石材开采、加工过程产生的废弃石粉也日益增多、堆积成山，造成了严重
的环境污染问题，同时反向制约着石材业的可持续发展。关于废弃石粉的综合利用，国内外
已有不少研究，主要是用废弃石粉制作陶瓷、板材、涂料以及石粉砖方面的研究（梁月清，让
废弃石粉变为新型建材[J].福建建材，2006(1):9-11.），而用其制作陶粒却鲜有研究，尤其
是花岗岩石粉利用率极低。用花岗岩石粉取代黏土、粉煤灰等生产高性能陶粒具有巨大的
市场潜力，既实现了废弃石粉的资源化利用，又促进了高性能陶粒的生产。
微波加热是从物料内部各部分同时加热，是一种内加热。微波烧结作为一种新型
高效的烧结方式，具有清洁，高效、低能耗及加热均匀等优点（Loupy A.Microwaves in
Organic Sythesis. New York:John Wiley,2002,61-63），在陶瓷工业已得到广泛应用，但
在陶粒生产上才刚刚起步。2013年天津城建大学刘汉桥等以医疗垃圾焚烧灰飞为集料采用
微波烧结技术，发明了“一种医疗垃圾焚烧灰飞微波烧制陶粒的方法（ZL
201310642646.5）”，2015年武汉理工大学蹇守卫等以湖泊底泥和城市污泥采用微波烧结发
明了“利用湖泊底泥和城市污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法（ZL 201510406696.2 ）”，加
快了微波技术烧结陶粒的步伐。但目前以微波法烧结花岗岩石粉陶粒的研究，在国内外文
献上未曾见到。
利用微波烧结花岗岩石粉制备得到绿色、环保、节能的高性能陶粒，可广泛应用于
轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
发明内容
本发明的目的在于微波法烧结花岗岩石粉提供一种高性能陶粒，其同时具有高
强、轻质、保温隔热、防水、耐火、抗震、抗冻和抗碱集料反应等优良性能，且其级配优异，可
广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种花岗岩石粉陶粒的微波烧结方法包括材料组份和制备工艺两个方面：
高性能陶粒原材料组成即各组分用量按质量百分比计为：花岗岩石粉60%~80%，赤泥
10%~30%，海泥0%~29%，高碳煤渣0%~20%，微波感应剂0.15%~0.3%；所述高碳煤渣中碳含量大
于20wt%；所述微波感应剂为纳米级ZrO2。
其制备方法包括以下步骤：
1)采用水洗沉淀法，即用立轴搅拌机对含有杂质的花岗岩石粉进行搅拌冲洗，将冲洗
出的石粉浆液排入沉淀池进行沉淀，以除去花岗岩石粉中的杂质，得到粒径小于0.08mm的
花岗岩石粉沉淀物；
2)将花岗岩石粉沉淀物、赤泥、海泥分别进行脱水、晾晒、烘干处理；
3)将高碳煤渣在球磨机中研磨得到粒径小于0.06mm的干粉；
4)将微波感应剂与3）所得物在干混搅拌机中搅拌2~3min，使其搅拌均匀；
5)将经2）处理的花岗岩石粉、赤泥、海泥分别加入至混料仓内与4）所得干粉混合并加
水搅拌10~15min，使其含水量控制在9~16wt%；
6)将5）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
7)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以10℃/min～15℃/min的升温速度进行
连续升温至300℃~450℃，烘干20min~25min；再以20℃/min～30℃/min的升温速度进行连
续升温至1050℃~1250℃，焙烧5min~40min；而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级
配的球形高性能陶粒。
上述方案所述的原料为石材加工厂的花岗岩石粉、沿海区域的海泥以及铝厂排出
的赤泥，将采集到样品进行分离、烘干、破碎和均匀化处理，化学成分如表1所示。
表1原料的化学成分分析/wt%
研究表明，SiO2 与Al2O3 的含量是形成陶粒强度的主要因素，尤其是Al2O3 的含量对强
度的影响。烧结陶粒的SiO2含量约为40%~60%，Al2O3约为15%~25%。生产高强陶粒时，Al2O3的
含量可适当提高3%~11%。本发明中仅采用花岗岩石粉制作陶粒时，由于花岗岩石粉中SiO2
的含量极高，而Al2O3和Fe2O3的含量低，导致烧结温度过高且成球困难，同时烧结出陶粒的
筒压强度较低。而赤泥中SiO2的含量较低，Al2O3 的含量极高。为降低烧结温度，改善成球环
境，增加陶粒的筒压强度，掺入了适量的赤泥，通过合理的配比对SiO2 与Al2O3、Fe2O3等的含
量进行调整。
花岗岩石粉陶粒的生产条件虽因掺入赤泥得到了改善，但混合料的塑性并未得到
很大的提高，同时对微波的感应不明显。为进一步优化配比，掺入了适量的海泥和微波感应
剂，充分利用了海泥的塑性以及其高含量的NaCl（1.06%）等在微波加热电磁场作用下分解
出的大量带电荷的偶极子极性基团所产生的微波热效应，结合微波感应剂的作用，有效降
低烧结温度，提高烧结速度，并改善了成球条件。
本发明中掺入的高碳煤渣（碳含量大于20wt%）为加气混凝土厂造气炉排出的废
渣，目的在于利用其中煤炭的自燃进一步降低烧结能耗，同时适当减轻烧结陶粒的表观密
度，弥补了因花岗岩石粉混合料发泡率低的缺陷。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为430~1200kg/m3，表观密度为850~
1700kg/m3，吸水率为5%~19%，筒压强度3.5MPa~9.5 MPa。
上述烧结陶粒技术具有良好的社会效益和经济效益。首先，采用的原料为石材加
工厂所产生的废弃花岗岩石粉、海洋清淤和地铁施工所产生的海洋污泥以及铝厂排出的工
业固体废物赤泥等，废弃物利用率达到95%以上，具有良好的社会效益。其次，采用微波烧结
方法，烧结效率高，且可节省烧结能耗20%~30%，具有较好的经济效益。
具体实施方式
为使本发明所述内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术
方案做进一步的说明，但本发明不仅限于此。
实施例1
1)用水洗沉淀法除去花岗岩石粉中的杂质得到粒径小于0.08mm的花岗岩石粉沉淀物；
2)将花岗岩石粉沉淀物、赤泥分别进行脱水、晾晒、烘干处理；
3)将75重量份的花岗岩石粉与25重量份的赤泥加入至混料仓内加水并搅拌12min，使
其含水量控制在11wt%；
4)将3）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
5)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以10℃/min的升温速度进行连续升温至
300℃，烘干20min；再以20℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃，焙烧5min；而后立即
降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形陶粒。
通过上述方案制出的陶粒，堆积密度为680kg/m3，表观密度为1120kg/m3，吸水率为
11%，筒压强度4.7 MPa。此陶粒筒压强度较低，可用于非承重型混凝土中。
实施例2
1)用水洗沉淀法除去花岗岩石粉中的杂质达到粒径小于0.08mm的花岗岩石粉沉淀物；
2)将花岗岩石粉沉淀物、赤泥、海泥分别进行脱水、晾晒、烘干处理；
3)将10重量份的海泥与0.2重量份的微波感应剂在干混搅拌机中搅拌3min，使其搅拌
均匀；
4)将经2）处理的64.8重量份的花岗岩石粉、25重量份的赤泥和与3）所得料加入至混料
仓内加水并搅拌12min，使其含水量控制在11wt%；
5)将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以12℃/min的升温速度进行连续升温至
400℃，烘干22min；再以25℃/min的升温速度进行连续升温至1150℃，焙烧25min；而后立即
降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的高性能球形陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为620kg/m3，表观密度为980kg/m3，吸
水率为10.5%，筒压强度6.5MPa。此陶粒筒压强度较高，可用于承重型保温混凝土中。
实施例3
1)用水洗沉淀法除去花岗岩石粉中的杂质达到粒径小于0.08mm的花岗岩石粉沉淀物；
2)将花岗岩石粉沉淀物、赤泥、海泥分别进行脱水、晾晒、烘干处理；
3)将高碳煤渣在球磨机中研磨得到粒径小于0.06mm的干粉；
4)将0.2重量份的微波感应剂以及经3）处理的9.8重量份的高碳煤渣在干混搅拌机中
搅拌3min，使其搅拌均匀；
5)将经2）处理的60重量份的花岗岩石粉、15重量份的赤泥和15重量份的海泥与4）所得
干粉加入至混料仓内加水搅拌15min，使其含水量控制在16wt%；
6)将5）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
7)将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以15℃/min的升温速度进行连续升温至
450℃，烘干25min；再以30℃/min的升温速度进行连续升温至1250℃，焙烧40min；而后立即
降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为580kg/m3，表观密度为850kg/m3，吸
水率为9.8%，筒压强度7.0MPa。此陶粒筒压强度较高，且密度小，可用于高强承重型保温混
凝土中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与
修饰，皆应属本发明的涵盖范围。