陶粒回转炉烧胀陶粒技术原理是采用陶粒膨胀机理，在陶粒回转炉内进行膨胀温度，然后料球在气体作用下获得良好的膨胀，获得成品陶粒。但经过实践表明，膨胀性能好的黏土质材料，缓慢的加热到膨胀温度时几乎不膨胀，若快速升温则可获得良好的膨胀。因此，煅烧陶粒的根本原则是，料球在干燥预热窑内适度慢速升温，以防止料球开裂，陶粒回转炉高温段内应快速升温，达到理想的膨胀效果。

  （1）按使用的原料划分：有粘土陶粒、页岩陶粒、油页岩陶粒、煤矸石陶粒和粉煤灰陶粒等。

  市场销售的陶粒一般按容重来分级，每个等级以100Kg／m3为一档，如700级陶粒的容重为610—700Kg／m3，800级陶粒的容重为710一800Kg／m3等。

  陶粒回转炉烧胀陶粒一定要具有两个门槛，一是在膨胀温度下能够产生合适的粘度和表面张力；二是与此同时产生足够的气体。

  在达到膨胀温度时，料球内部的粘度须低到某些特定的程度，使料球在气体作用下得以膨胀；但粘度和表面张力又不能太小，以防止形成的气泡破碎。料球表面应比其内部有较高的粘度，一方面防止料球内部产生的气体外逸，另一方面减少料球与料球之间粘结而形成大块。料球内部气体膨胀力在烧胀时应正好等于料球热塑时的表面张力。如果气体膨胀力过大，会造成料球破碎，气体外逸；膨胀力小，则不能烧胀。

  陶粒原料的可膨胀性，是因其熔体有一定的粘性，并在焙烧时产生挥发性气体而导致的。可见陶粒原料发生膨胀主要受化学成分、矿物成分、物理性能和焙烧工艺等因素的控制。

  ①成陶主要成分：有SiO2和A12O3，在原料中约占3／4，在高温下形成玻璃质熔体，一般当含量过高时，则熔点高、粘度大，膨胀性能变低；含量过低时，则影响陶粒的强度。

  ②熔剂氧化物：有Na2O、K2O、CaO、MgO、FeO，它们在成陶时起助熔作用，能够更好的降低溶液的生成温度。助熔作用最强的是Na2O、K2O，其次是CaO、FeO。含量过高会使料球产生较多的液相物质，易发生粘结，甚至熔融；含量过低则膨胀性能变低。K2O、Na2O共存，效果较好，能在较低温度下就开始形成熔液，而在高温时熔液量增加得少。CaO、MgO和FeO使熔液生成温度高，且稍微提高温度，熔液量就飞速增加，故不是理想的成分。

  ③发气物质：它们是在高温时经过还原分解和相互作用产生H2O、CO、CO2和少量SO3等气体的重要物质，它们能使主体物质发泡，是形成气孔膨胀的动力。发气物质主要有：

  Fe2O3在氧化气氛中是稳定的，但在还原气氛中很不稳定。只要介质中含1％CO时，它很容易变成Fe3O4。在还原介质中，当温度不高于570℃时，Fe3O4可直接还原为Fe，其还原顺序为：Fe2O3一Fe3O4一Fe。而当温度高于570℃时，其还原顺序则为Fe2O3一Fe3O 4一FeO+Fe。

  料球内如果有适量的碳，就能够保证CO2+C一2CO反应的存在。在高温下CO作为还原剂可以把高价氧化铁还原为低价氧化铁，甚至还原为金属铁，而同时放出CO2又和碳反应，生成两倍于CO2体积的CO。这样，气体的数量就会慢慢的多，使料球在高温热塑和外壳封闭的情况下膨胀起来。

  原料的化学成分是决定料球致膨的主要的因素之一。里列和威尔逊提出一个，以SiO2—Al2O3—熔剂氧化物为三元系统作成的相图和适合烧成陶粒的化学组成范围(见图6—1)，他们都以为虚线范围内的化学组成即SiO2 53—79％，A1 2O3 12—16％、熔剂氧化物8—24％的范围内都能烧成具有膨胀性的陶粒。

  矿物成分是膨胀的主要的因素。粘土矿物伊利石、蒙脱石、沸石、绿泥石等都是致膨胀的有效矿物。丹麦人强调超轻陶粒的粘土原料必须以伊利石为主，次为蒙脱石，这些矿物颗粒细，含层间水或化合水，因此不仅对矿物微粒起松散作用，而且加热和高温过程中起着良好的助膨作用。

  ①粒度：愈细对膨胀愈有利，一般要求泥级颗粒占主要部分，因为这些泥粒多为粘土矿物，具可塑性、粘结性和吸水性，且离子交换能力较强，有利于吸水、成球、风干或烘干后保持一定的强度，颗粒细易于在热塑过程中发生化合作用。所以一般作陶粒的原料都是粘土岩、含粉砂或粉砂质粘土岩。含砂或砂质粘土岩，以及它们的变种如泥岩、页岩和板岩等。

  ②可塑性：原料的可塑性与陶粒的容重成反比关系。高膨性原料的塑性指数不低于25；中膨性原料一般不低于15。塑性指数小于15的原料膨胀性能差，原料可担性与料球的强度也低，对工艺操作不利。但可通过掺入塑性强的外加剂来予以改善，如北京门头沟煤矸石原料的塑性指数为7，掺入塑性指数为13的粘土，料球的强度明显提高。

  ③耐火度和软化温度范围：原料耐火度不能过高，若耐火度高，热塑时粘度就大，对膨胀不利；但也不能过低，若耐火度低，就容易造成粘结。一般耐火度以1100—1230℃为宜。软化温度范围指的是物料开始软化至熔融时温度的范围。软化温度范围愈大，膨胀温度范围也就大，对膨胀有利，也易于热工操作。原料中气体反应发生在软化温度范围内对膨胀才有意义。

  焙烧试验是决定矿石原料烧胀性能的重要测试手段，也是确定能否作为陶粒原料和评定矿床经济价值的重要依据。焙烧试验中每个工艺过程所采取的工艺数据和操作方法都对烧胀性能有影响。有时某个产地的原料在开始时烧胀效果不好，通过多次试验，分析原因和采取一定的措施，最后能得到良好的膨胀效果。影响膨胀效果的焙烧工艺因素有：

  ①粉磨的细度：以通过4900孔／Cm2筛的筛余10～25％为宜。粒度太粗对烧胀不利，太细则增加成本，效果也不一定好。

  ②成球的水分：这和原料吸水性有关，抚顺、克拉玛依等地原料一般在6—22％，门头沟煤矸石为14％。在不影响湿球强度的条件下，成球水分稍高一点对膨胀有利。

  ③料球的粘结性：这与原料的粒度和含砂量有关。原料粗，砂质成分多，则粘结性不好，造成料球大量破损，形成较多的粉料和碎料，烧胀时易造成粘结。塑性差时粘结性也差，原料中加入适量塑性较大的粘土能改善其粘结性。

  ④料球的预热：料球进入高温炉或窑内之前，一定要预热，否则容易破碎，烧胀效果不好。砂质原料易爆裂，粘土质原料不易爆裂。湿球爆裂温度为350—450℃，料球的预热速度要慢，预热温度300—400℃，预热时间10—20分钟。

  ⑤料球焙烧温度和时间：测定料球适宜膨胀温度范围和最佳膨胀温度时，要严格掌握焙烧温度，否则不易取得良好的膨胀效果。焙烧以快速达到最佳烧胀温度为好。烧成后要快速退出高温地段，一般焙烧时间6—10分钟。对含碳高的原料，要求在高温中停留稍长时间，以便除去多余的碳，有利于烧胀。

  陶粒焙烧时陶粒回转炉内要保持氧化气氛，使料球表明产生Fe2O3，以求料球表面粘度比球内粘度要大，所以窑内要有足够的空气过剩系数。

  要了解陶粒回转炉烧胀陶粒技术原理，需要先了解陶粒烧制的工艺。以污泥粘土陶粒作为例子，来了解一下陶粒烧制的大体工艺。经过了原料混合、陈化、制粒、煅烧、冷却、筛分几道工序才产出合格的成品陶粒。陶粒生料球制好之后，进入陶粒回转炉进行煅烧。前半段的烘干窑转速较慢，长度较长，这是为了让陶粒均匀、缓慢升温，缓慢地将陶粒中的水分蒸发掉，避免水分蒸发过快，水蒸气将陶粒生料球撑裂。进入陶粒回转炉时候的温度为800℃左右，这时候陶粒料球中的水分已经基本全部蒸发完毕，氧化铁开始或分解或还原，产生二氧化碳气体。这时候就需要快速升温到陶粒的熔融温度，陶粒料球表面呈熔融状态，形成玻璃相，这时候陶粒的表面就像是沾了一层融化的糖一样，没有气孔，氧化铁产生的气体无法从陶粒内部出去，就把陶粒撑胀起来。 10~20分钟之后，陶粒通过高温区，进行陶粒回转炉窑头出料段，温度降低，冷却下来，形成表面有一层致密的釉质层，内部多孔的膨胀陶粒。其中，氧化铁作为主要的发泡材料，影响陶粒膨胀效果的主要成分，在原材料中的占比在5%左右。当然，发泡材料不止氧化铁这一种材料，当原材料检验的时候发现发泡成分较少，除了添加铁粉之外，还能添加一部分的碳粉或者碳化硅，最大的目的就是在陶粒达到熔融温度以后，内部的发泡材料还能够继续反应，生成一部分的气体，将陶粒整个膨胀起来。

  陶粒回转炉烧胀陶粒以膨胀为主要技术特点，没有膨胀也就没有烧胀陶粒。膨胀的物质基础是气体，造成陶粒膨胀的气体是由一些原料成分在高温下发生反应而产生的，而非外加的。所以它和泡沫混凝土有着本质的区别，而类似于加气混凝土，属于化学发气。当然它也和加气混凝土不完全一样，主要是加气混凝土属于常温发气，而烧胀陶粒是在高温焙烧下发气。

  陶粒回转炉要使陶粒发生膨胀，在它的原料配比中，必须设计有可以产生气体的成分。目前我们国家生产烧胀陶粒主要是利用如下四大类可以产生气体的成分：碳酸盐类、硫化物类、氧化铁类、碳类。每一类都可以产生气体的成分都有很多种，但常见的大多只有几种。最常用的是碳酸盐为CaCO3和MgCO3，最常用的硫化物为硫化铁、硫等，最常用的氧化铁为Fe2O3。当然，除了上述这些可以让陶粒产生气体的原料外，也能够使用其他的原料成分。因为能产生气体的物质是很多的。

  膨胀原理：陶粒的膨胀，实际上就是发泡。发泡物质在高温下释放气体，产生气体压力，才能使陶粒坯体膨胀。但没有气体，它就无法得以保存，所以还必须有能束缚住气体的熔体。通过加热产生的熔体包围并防止气体逸，膨胀才能成功。陶粒回转炉在高温焙烧过程中，坯体在膨胀温度范围内的高温作用下，会产生两个方面的重大变化；坯体变化和坯体内气体的产生。这两个方面共同作用，才可使陶粒发生理想的膨胀。

  坯体的变化：陶粒坯体在高温作用下会逐渐产生液相，液相具有一定的黏度。在外力的作用下，变软的坯体会塑性变形。这就为陶粒在内部产生的气体压力下的膨胀奠定了基础。不会产生塑性变形的陶粒是无法膨胀的。

  坯体内气体的产生：陶粒坯体在高温焙烧下，内部的发气成分开始产生气体，当气体的量达到某些特定的程度时，会产生气体压力。即使上述陶粒的塑性变形力好，没有气体的产生它也不可能膨胀。