一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法

摘要

本发明公开了一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，属于废弃物利用技术领域。本发明包括如下步骤：(1)配料：按重量份数称取如下原料：粉煤灰55～60份，碱性激发剂40～45份；所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：水玻璃20～25份，水20～25份；(2)造粒：将粉煤灰与碱性激发剂喷入反应容器，雾状碱性激发剂与粉煤灰接触并团聚成球状颗粒；(3)养护：将球状颗粒养护后，得到地聚物颗粒；(4)筛分：将地聚物颗粒进行筛选，得到人工砂成品。本发明通过大量使用固体废弃物粉煤灰，能回收利用资源；本发明制备得到的人工砂符合生产要求。

权利要求

1.一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）配料

按重量份数称取如下原料：粉煤灰 55 60份，碱性激发剂 40 45份；

~ ~

所述粉煤灰为掺料粉煤灰，所述掺料粉煤灰是在粉煤灰中掺入偏高岭土或矿渣，掺料比例按质量百分比如下：粉煤灰60% 70%，偏高岭土30% 40%；或粉煤灰70% 75%，矿渣粉25%~ ~ ~ ~

30%；在粉煤灰中掺入偏高岭土或矿渣后，得到混合物，将混合物磨成7‑9微米粒径的粉末，即得掺料粉煤灰；

所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：复合激发剂NaOH/KOH‑Na2SiO3/K2SiO3：10~15份，水：30~35份；所述复合激发剂NaOH/KOH‑Na2SiO3/K2SiO3中的NaOH/KOH、Na2SiO3/K2SiO3的摩尔比4~6：1，水玻璃的模数为1.3~1.8；

（2）造粒

将粉煤灰喷入反应容器，同时将碱性激发剂以雾状喷入反应容器，雾状碱性激发剂在反应容器中与粉煤灰接触并结合团聚成球状颗粒，反应温度为70 80℃；

~

（3）养护

将步骤（2）得到的球状颗粒在养护仓中以50℃ 80℃的养护温度养护48 72小时，得到~ ~

硬化后的地聚物颗粒；

（4）筛分

将硬化后的地聚物颗粒进行筛选，取粒径在0.15mm 4.75mm的颗粒作为人工砂成品；

~

所述人工砂采用人工砂制备系统进行制备，所述人工砂制备系统包括：反应容器，所述反应容器的壁体上开设有喂料口及出料口，所述出料口设置于喂料口下方；所述反应容器内设有布风板，所述布风板与所述出料口处于同一高度；所述反应容器的顶部开设排气口；

粉煤灰喂料装置，与所述喂料口连接；所述粉煤灰喂料装置用于存储粉煤灰并向所述反应容器供应粉煤灰；

碱性激发剂喂料装置，与所述喂料口连接；所述碱性激发剂喂料装置用于储存碱性激发剂并向所述反应容器供应碱性激发剂；

养护仓，与反应容器的出料口连接；

鼓风机，与反应容器的底部连接；以及收尘器，与所述排气口连接；

采用所述人工砂制备系统制备所述人工砂的方法包括如下步骤：配料完成后，将粉煤灰储存于所述粉煤灰喂料装置中，将碱性激发剂储存于所述碱性激发剂喂料装置中；开启所述鼓风机朝所述反应容器内部鼓风，开启所述收尘器；将所述粉煤灰喂料装置中的粉煤灰喷入所述反应容器中；同时，将所述碱性激发剂喂料装置中的碱性激发剂泵送往所述反应容器，然后将碱性激发剂以雾状喷入所述反应容器内，雾状的碱性激发剂与粉煤灰反应并结合团聚成球状颗粒；球状颗粒掉落至布风板并经所述出料口汇入养护仓内进行养护，所述养护仓分为上下层，上层温度设置为50℃ 60℃，下层温度设置为70℃ 80℃，球状颗粒~ ~

在养护仓上层养护24 40小时后，将球状颗粒放料至养护仓下层，继续养护24 32小时，养护~ ~

完成后，得到粉煤灰基地聚物颗粒；将养护后得到的粉煤灰基地聚物颗粒进行筛选，即可得到目标粒径的人工砂成品。

2.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，其特征在于：所述喂料口包括若干个粉煤灰喂料口和若干个碱性激发剂喂料口，若干个所述粉煤灰喂料口与若干个所述碱性激发剂喂料口交叉分布于所述反应容器的壁体四周；一所述粉煤灰喂料口与一所述粉煤灰喂料装置连接，一所述碱性激发剂喂料口与一所述碱性激发剂喂料装置连接。

3.如权利要求2所述的一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，其特征在于：所述粉煤灰喂料装置通过管道与所述粉煤灰喂料口连接，所述粉煤灰喂料装置与所述粉煤灰喂料口之间设有风量调节阀以及用于将粉煤灰喂入反应容器的离心风机。

4.如权利要求2所述的一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，其特征在于：所述碱性激发剂喂料装置通过管道与所述碱性激发剂喂料口连接，所述碱性激发剂喂料装置与所述碱性激发剂喂料口之间设有流量调节阀以及用于泵送碱性激发剂的喂料泵，所述管道与所述碱性激发剂喂料口连接的一端设有喷嘴。

5.如权利要求1所述的一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，其特征在于：所述反应容器设有加热保温装置。

说明书

一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法

技术领域

[0001] 本发明属于废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法。

背景技术

[0002] 砂石是河流生态系统的重要组成部分，是河流重要生境要素，随着水土保持设施与水库的拦截，河道来砂量不断下降，砂石资源越来越宝贵，亟须保护管理。砂石资源同时
也是优质的建筑材料，随着经济建设的飞速发展，带来了土木建筑业的空前活跃，大量基础
设施的建设，消耗了大量的资源。其中占混凝土体积70％以上的砂石骨料要开山采矿，挖掘
河床，每年建筑用砂石约为30多亿吨，混凝土强度等级一般在C10～C80，因此采用的各种原
材料的品质要求很高。根据混凝土标准及有关规范规定，生产用砂宜采用洁净的天然砂，在
一般情况下均采用含泥量小于1％的河砂，且其细度模数要求控制在2.6‑3.2之间。混凝土
组成是以粗集料为骨架、细集料的空隙，又以浆体填充粗细集料空除，并包裹粗细集料表面
并减少它们间的摩阻力，保证良好的流动性。

[0003] 近年来优质的建筑用天然河砂，随着建筑工程量的迅速扩大，资源逐渐枯竭。大江大河中乱采乱挖屡禁不止，对河道的正常航运及安全生产隐藏着严重的危机，对我国的防
洪抗灾工作带来了非常不利的影响。多年来，随着优质砂资源的枯竭，不少工程或生产企业
采用细砂或特细砂，一些地方采用不经过清洗的含泥量严重超标的山砂，更有极少数企业
采用了不经过淡化处理的海砂，这样将严重影响了建筑工程和水泥预制件的质量。因此，不
少工程或生产企业使用人工砂代替天然砂石。

[0004] 人工砂通常是岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成且公称粒径小于5mm的岩石颗粒。传统的人工砂制备工艺分为湿法制砂和干法制砂两种工艺。其中的干法制砂工艺容易
产生石粉含量超标，原矿石中的杂质和泥土经加工进入砂中，造成粉泥无法分离，粗骨料裹
粉严重，影响混泥土质量，加大建设成本，且粉尘污染严重。而湿法制砂工艺同样存在较多
问题，主要是砂的脱水周期长，影响产品砂的产量，需要的仓库较大，且砂的石粉流失量大、
回收难，成品砂的石粉含量低，生产废水对环境造成的污染较大，水处理费用高，较难实现
资源循环使用，含水率不易控制等。综上，传统的制砂系统还存在诸多问题，无法在确保成
品砂质量的情况下简化生产工艺，降低生产成本，提高生产效率，降低环境污染。

[0005] 另外，众多的科研工作者和生产厂家对人工砂的制造方法进行了积极的研究。如中国专利CN 102173623 A公开了一种利用砂岩制备人工砂的方法，其将砂岩经过除土、破
碎后制成的人工砂。如中国专利CN 110479458 A公开了一种将石料破碎制备人工砂的工
艺。然而以上人工砂的制备方法均需要使用砂岩或石料等原材料进行制备，其制备过程依
然会存在传统工艺所存在的问题，并且所制得的人工砂质量不理想。

[0006] 粉煤灰又称飞灰，是由煤粉在锅炉中经1100‑1500℃燃烧后，由收尘器收集得到的灰黑色粉状球形颗粒。中国的粉煤灰产量巨大，主要来源于大、中型火电厂的煤粉发电锅
炉，也有一部分来自于城市里集中供热的粉煤锅炉。粉煤灰是一种特殊的固体废弃物，研究
表明，粉煤灰在被风吹走的100多天之内可以在大气层中流动，从而对自然环境造成严重破
坏。截止到目前，我国粉煤灰资源化的利用研究所涉及相关领域较为广泛，在一定程度上取
得了相应的科学研究成果，但是，目前在现实生活中对粉煤灰的实际利用效率并不高，仍然
存在较大的环境污染及资源浪费情况。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述问题，设计了全新的人工砂制备工艺，提供一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法。本发明通过大量使用固体废弃物粉
煤灰，能够减少污染，回收利用资源。本发明所采用的人工砂制备系统的各设备设置简单，
工艺流程少，制备成本低，能够提高人工砂的制备效率，本发明通过原料的调配及工艺的设
置能提高成品砂的质量，还能克服传统制砂工艺所产生的各种问题。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0009] 一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，包括如下步骤：

[0010] (1)配料

[0011] 按重量份数称取如下原料：粉煤灰55～60份，碱性激发剂40～45份；

[0012] 所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：水玻璃20～25份，水20～25份；

[0013] 所述水玻璃的模数(SiO2与Na2O的摩尔比)为1.3～1.8；

[0014] 所述碱性激发剂的制备方法如下：将水玻璃、水混合并搅拌1～2分钟，制成碱性激发剂；

[0015] (2)造粒

[0016] 将粉煤灰喷入反应容器，同时将碱性激发剂以雾状喷入反应容器，雾状碱性激发剂在反应容器中与粉煤灰接触并结合团聚成球状颗粒，所述反应温度为70～80℃；

[0017] (3)养护

[0018] 将步骤(2)得到的球状颗粒在养护仓中以50℃～80℃的养护温度养护48～72小时，得到凝结硬化后的地聚物颗粒；

[0019] (4)筛分

[0020] 将凝结硬化后的地聚物颗粒进行筛选，取粒径在0.15mm～4.75mm的颗粒作为人工砂成品。

[0021] 进一步的，所述利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，在制备过程采用人工砂制备系统进行制备，所述人工砂制备系统包括：

[0022] 反应容器，所述反应容器的壁体上开设有喂料口及出料口，所述出料口设置于喂料口下方；所述反应容器内设有布风板，所述布风板与所述出料口处于同一高度；所述反应
容器的顶部开设排气口；

[0023] 粉煤灰喂料装置，与所述喂料口连接；所述粉煤灰喂料装置用于存储粉煤灰并向所述反应容器供应粉煤灰；

[0024] 碱性激发剂喂料装置，与所述喂料口连接；所述碱性激发剂喂料装置用于储存碱性激发剂并向所述反应容器供应碱性激发剂；

[0025] 养护仓，与反应容器的出料口连接；

[0026] 鼓风机，与反应容器的底部连接；以及

[0027] 收尘器，与所述排气口连接；

[0028] 采用所述人工砂制备系统制备所述人工砂的方法包括如下步骤：配料完成后，将粉煤灰储存于所述粉煤灰喂料装置中，将碱性激发剂储存于所述碱性激发剂喂料装置中；
开启所述鼓风机朝所述反应容器内部鼓风，所述布风板将风均匀地吹入所述反应容器内，
开启所述收尘器；将所述粉煤灰喂料装置中的粉煤灰喷入所述反应容器中；同时，将所述碱
性激发剂喂料装置中的碱性激发剂泵送往所述反应容器，然后将碱性激发剂以雾状喷入所
述反应容器内，雾状的碱性激发剂与粉煤灰反应并结合团聚成球状颗粒；球状颗粒掉落至
布风板并经所述出料口汇入养护仓内进行养护，养护完成后，得到粉煤灰基地聚物颗粒；将
养护后得到的粉煤灰基地聚物颗粒进行筛选，即可得到目标粒径的人工砂成品。

[0029] 进一步的，所述喂料口包括若干个粉煤灰喂料口和若干个碱性激发剂喂料口，若干个所述粉煤灰喂料口与若干个所述碱性激发剂喂料口交叉分布于所述反应容器的壁体
四周；一所述粉煤灰喂料口与一所述粉煤灰喂料装置连接，一所述碱性激发剂喂料口与一
所述碱性激发剂喂料装置连接。该设计能确保在不同的方向喷入粉煤灰和碱性激发剂，使
反应更充分。

[0030] 进一步的，所述粉煤灰喂料装置通过管道与所述粉煤灰喂料口连接，所述粉煤灰喂料装置与所述粉煤灰喂料口之间设有风量调节阀以及用于将粉煤灰喂入反应容器的离
心风机。风量调节阀可以调节风量，控制粉煤灰的流量，以更精准的配比与碱性激发剂进行
反应。

[0031] 进一步的，所述碱性激发剂喂料装置通过管道与所述碱性激发剂喂料口连接，所述碱性激发剂喂料装置与所述碱性激发剂喂料口之间设有流量调节阀以及用于泵送碱性
激发剂的喂料泵，所述管道与所述碱性激发剂喂料口连接的一端设有喷嘴。流量调节阀可
以调节碱性激发剂的流量，以更精准的配比与粉煤灰进行反应；喷嘴的设置能使碱性激发
剂更均匀的喷入反应容器中进行反应，提高反应效率及质量。

[0032] 进一步的，所述出料口设置若干个，所述养护仓设置若干个，所述出料口间隔分布于所述布风板周缘；一所述出料口与一所述养护仓连接。该设计能够同时从各方向收集反
应得到的地聚物颗粒进行养护，提高效率。

[0033] 进一步的，所述养护仓设有加热保温装置。粉煤灰与碱性激发剂反应后形成的球状颗粒从出料口进入养护仓内，并在一定温度下养护，以提高人工砂产品的质量。

[0034] 进一步的，所述收尘器为袋式收尘器。设置收尘器以收集反应过程中未反应的粉尘并回收利用，同时能够对反应后产生的尾气进行处理及净化。

[0035] 进一步的，所述反应容器设有加热保温装置。所述反应容器设置有加热保温装置，能够维持一定的反应温度，使粉煤灰与碱性激发剂能够更充分、更顺利的完成反应。

[0036] 进一步的，所述反应容器的外壁设有保温隔热层。所述保温隔热层能够减少反应容器内的热量损失。

[0037] 进一步的，所述粉煤灰为掺料粉煤灰，所述掺料粉煤灰是在粉煤灰中掺入偏高岭土或矿渣，掺料比例按质量百分比如下：粉煤灰60％～70％，偏高岭土30％～40％；或粉煤
灰70％～75％，矿渣粉25％～30％；在粉煤灰中掺入偏高岭土或矿渣后，得到混合物，将混
合物磨成7‑9微米粒径的粉末，即得掺料粉煤灰。

[0038] 进一步的，所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：复合激发剂NaOH/KOH‑Na2SiO3/K2SiO3：10～15份，水：30～35份。

[0039] 进一步的，所述复合激发剂NaOH/KOH‑Na2SiO3/K2SiO3中的NaOH/KOH、Na2SiO3/K2SiO3的摩尔比4～6：1。

[0040] 进一步的，所述反应容器具有加热保温功能，将反应容器温度控制在70℃～80℃。

[0041] 进一步的，所述养护仓分为上下层，上层温度设置为50℃～60℃，下层温度设置为70℃～80℃，球状颗粒在养护仓上层养护24～40小时后，将球状颗粒放料至养护仓下层，继
续养护24～32小时，得到粉煤灰基地聚物颗粒。针对本发明所使用的喷雾快速接触反应的
特点，本发明采用分段式温度养护方法代替传统的固定温度养护法，得到球状颗粒后需要
在适宜高的温度+时间进行养护，才能得到高强度的人工砂成品。

[0042] 有益效果：

[0043] 1、本发明是直接利用粉煤灰与碱性激发剂反应制备人工砂，其中使用了大量的粉煤灰作为原料，粉煤灰为电厂废弃物，实现了废物资源化利用。在制备过程中不需要对岩石
进行除土开采、机械破碎、筛分等，不会产生传统干法工艺出现的粉泥无法分离、粉尘污染
严重等问题，同时不会产生传统湿法工艺出现的砂的石粉流失量大、回收难，成品砂的石粉
含量低，生产废水对环境造成的污染较大等问题，工艺过程能耗较低，大大降低生产成本。
本发明生产的人工砂不含泥土，避免了天然砂或其他一些通过破碎矿物制备的砂中的含泥
问题，提高了成品砂的质量，作为混凝土的原料，有利于混凝土生产质量的稳定。

[0044] 2、本发明通过掺料并研磨后再使用粉煤灰，能够提高人工砂的质量。本发明将偏高岭土、矿渣以一定比例掺入粉煤灰中，一方面可以提高粉煤灰地聚物的抗压强度与抗折
强度，另一方面由于本发明是将粉煤灰与碱性激发剂喷入反应器进行接触反应，反应时间
很短，加入了以上掺料后，还能缩短凝结时间，加快化学反应速度，以确保反应顺利完成。同
时考虑到本发明的生产工艺中，粉煤灰与碱性激发剂需要在短时间内进行反应，因此将掺
料粉煤灰磨成7‑9微米粒径的粉末，该粒度的掺料粉煤灰表面积适宜，与激发剂溶液反应
时，能缩短化学反应时间，增强反应效果，使得在短时间内能够使各原料充分反应，确保反
应物的顺利生产，同时使得产物的相应抗压强度增强。

[0045] 3、本发明针对所使用的原料粉煤灰的特点以及生产工艺的特殊性，选择使用的复合激发剂NaOH/KOH‑Na2SiO3/K2SiO3，在与粉煤灰发生化学反应过程中，复合激发剂中的大
量活性物质如钠离子、氢氧根离子与硫酸根离子和水合硅酸盐胶体，它们起到活性物质体
系中的催化剂作用。水合硅胶可用于加速凝结水合单体或二聚体等阵列的反应，即复合激
发剂在激发过程中起双重作用，从而产生更好的激发效果，以及在达到临界浓度之前，水合
反应迅速，凝胶系统的强度迅速增加，一旦系统的浓度超过，凝胶颗粒的表面形成保护膜。
如果系统中的氢氧根离子浓度继续增加，则固体粉末的强度被侵蚀，而凝胶的机械强度被
降低，所以，要综合获得最佳的激发效应和最好的强度值，复合激发剂的使用量以及内部组
分配比是十分重要的。

[0046] 4、本发明是利用粉煤灰与碱性激发剂在一定条件下进行反应制备得到人工砂，采用人工砂制备系统进行配合，所述人工砂制备系统设置有用于供粉煤灰与碱性激发剂反应
的反应容器，碱性激发剂喂料装置、粉煤灰喂料装置分别与反应容器连接，并分别向反应容
器喷入碱性激发剂和粉煤灰进行反应，同时反应容器内设有加热保温装置，能够维持反应
温度，碱性激发剂和粉煤灰在一定温度下接触反应后形成球状颗粒。本发明的人工砂制备
系统设置有鼓风机，用于向反应容器内鼓风，同时在反应容器中还设置有布风板，所述布风
板能够控制反应容器内风的流动状态，使物料在反应容器内呈悬浮态进行反应，以确保反
应顺利进行。另外，布风板能够承接反应容器内反应得到并掉落的球状颗粒。本发明的人工
砂制备系统还设置有养护仓，布风板接收掉落的球状颗粒后，球状颗粒通过出料口进入养
护仓内，养护仓内设置有加热保温装置，球状颗粒在一定温度下养护，得到高强度的粉煤灰
地聚物，即人工砂。本发明的人工砂制备系统还设置有袋式收尘器，用于收集未反应的粉尘
进行资源的重新利用，同时又能净化尾气，保护环境。综上，本发明的人工砂制备系统的各
设备设置简单，工艺流程少，制备成本低；通过各设备的连接使用，能够提高人工砂的制备
效率，并且制得的人工砂质量达到国家标准；本发明在人工砂的制备过程中不需要使用水，
不会产生废液；本发明在人工砂的制备过程中不需要对岩石进行除土开采、机械破碎、筛分
等，不会产生传统的湿法工艺和干法工艺出现的一系列问题。

附图说明

[0047] 图1为本发明中一较佳实施例的人工砂制备系统的结构示意图；

[0048] 附图中的标记：1‑反应容器；2‑粉煤灰喂料装置；3‑碱性激发剂喂料装置；4‑养护仓；5‑布风板；6‑鼓风机；7‑保温隔热层；8‑收尘器；91‑风量调节阀；92‑流量调节阀；10‑离
心风机；11‑喂料泵；12‑喷嘴。

具体实施方式

[0049] 下面结合附图及具体的实施例对本发明做进一步的说明。

[0050] 实施例1

[0051] 一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，包括如下步骤：

[0052] (1)配料

[0053] 按重量份数称取如下原料：粉煤灰57份，碱性激发剂43份；

[0054] 所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：水玻璃23份，水23份；

[0055] 所述水玻璃的模数(SiO2与Na2O的摩尔比)为1.3；制备步骤为：将钠水玻璃(ω(SiO2)＝26％，ω(Na2O)＝8.2％，模数为3.28)与纯NaOH按照质量比100：18.32混合，并低速
搅拌1小时，然后静置1小时，等待其冷却陈化即可。

[0056] 所述碱性激发剂的制备方法如下：将水玻璃、水混合并搅拌1分钟，制成碱性激发剂；

[0057] (2)造粒

[0058] 按照步骤(1)的重量比例，将粉煤灰喷入反应容器，同时将碱性激发剂以雾状喷入反应容器，雾状碱性激发剂在反应容器中与粉煤灰接触并结合团聚成球状颗粒；在此过程
将反应容器温度控制在70℃～80℃；

[0059] (3)养护

[0060] 将步骤(2)得到的球状颗粒在养护仓中养护，所述养护仓分为上下层，上层温度设置为50℃～60℃，下层温度设置为70℃～80℃，球状颗粒在养护仓上层养护40小时后，将球
状颗粒放料至养护仓下层，继续养护32小时，得到粉煤灰基地聚物颗粒；

[0061] (4)筛分

[0062] 将凝结硬化后的粉煤灰基地聚物颗粒进行筛选，取粒径在0.15mm～4.75mm的颗粒作为人工砂成品。

[0063] 在本实施例中，所述人工砂采用人工砂制备系统进行制备，所述人工砂制备系统如图1所示，包括一反应容器1、四个用于存储粉煤灰并向反应容器1供应粉煤灰的粉煤灰喂
料装置2、四个用于储存碱性激发剂并向所述反应容器1供应碱性激发剂的碱性激发剂喂料
装置3、四个养护仓4、一布风板5以及一鼓风机6，具体如下：

[0064] 所述反应容器1的壁体上开设有喂料口、出料口及通风口，所述出料口设置于所述喂料口下方，所述通风口设置于所述反应容器1底部且位于所述出料口背离所述喂料口的
一侧。所述粉煤灰喂料装置2、所述碱性激发剂喂料装置3均与所述喂料口连接。

[0065] 所述鼓风机6通过一送风管与所述通风口连接，所述鼓风机6的作用是向所述反应容器1内鼓风；同时在所述反应容器1内设置有所述布风板5，所述布风板5与水平面平行，所
述布风板5能够控制反应容器1内风的流动状态，使物料在反应容器1内呈悬浮态进行反应，
使粉煤灰与雾状碱性激发剂能够更充分更均匀的混合，以确保反应顺利进行，且提高反应
效率，所述布风板5为现有技术，其应用在本领域为公知常识，在此不做赘述。可以理解，布
风板5的设置不限于本实施方式中的与水平面平行，在其他实施方式中，所述布风板5可以
设计为背离所述通风口方向凸起的弧形结构，因布风板5本身为凸起的弧形，球状颗粒能够
在布风板5的导向作用下朝出料口移动，最终球状颗粒通过所述出料口排出。

[0066] 所述布风板5位于所述喂料口下方并且与所述出料口处于同一高度，以使所述布风板5能够承接粉煤灰与碱性激发剂反应后掉落的球状颗粒，球状颗粒落下后相互撞击及
推挤，且受到所述鼓风机6所鼓风的推力，球状颗粒能够朝向所述出料口方向移动，最终球
状颗粒从所述出料口排出。

[0067] 所述养护仓4通过管道与所述反应容器1的出料口连接，具体的，所述出料口设置四个，一所述养护仓4与一所述出料口连接；四个所述出料口均设置于所述反应容器1的壁
体上且间隔分布于所述布风板5周缘。在所述反应容器1中反应生成的球状颗粒能够沿所述
出料口经管道进入对应的养护仓4进行养护，球状颗粒经养护后即可得到人工砂。

[0068] 在本实施例中，所述反应容器1内设有加热保温装置，所述加热保温装置选择恒温加热器，或者所述反应容器1直接选择附带加热保温装置的电加热反应釜，以维持一定的反
应温度。所述反应容器1的外壁设有保温隔热层7，以减少所述反应容器1内的热量损失。

[0069] 在本实施例中，所述喂料口包括粉煤灰喂料口、碱性激发剂喂料口。所述粉煤灰喂料口、所述碱性激发剂喂料口均设置四个并分布于所述反应容器1壁体四周，具体的，四个
所述粉煤灰喂料口与四个所述碱性激发剂喂料口为交叉分布且处于同一高度，以使粉煤灰
和碱性激发剂在同时喷入所述反应容器1时更快速结合并反应，以提高粉煤灰与碱性激发
剂的反应效率，提升反应效果。

[0070] 在本实施例中，所述粉煤灰喂料装置2的数量为四个，一所述粉煤灰喂料装置2通过管道与一粉煤灰喂料口连通，所述粉煤灰喂料装置2与所述粉煤灰喂料口之间设有风量
调节阀91，以及用于将粉煤灰喂入所述反应容器1的离心风机10，具体的，所述离心风机10
设于所述粉煤灰喂料装置2的出料口处，所述风量调节阀91设于所述离心风机10与所述粉
煤灰喂料口之间。所述风量调节阀91可以调节风量，从而控制粉煤灰的流量，以更精准的配
比与碱性激发剂进行反应。

[0071] 在本实施例中，所述碱性激发剂喂料装置3的数量为四个，一所述碱性激发剂喂料装置3与一所述碱性激发剂喂料口连接；所述碱性激发剂喂料装置3与所述碱性激发剂喂料
口之间设有流量调节阀92，以及用于泵送碱性激发剂的喂料泵11，具体的，所述流量调节阀
92位于所述喂料泵11与所述碱性激发剂喂料装置3之间。所述管道与所述碱性激发剂喂料
口连接的一端设有喷嘴12，具体的，所述喷嘴12装设于所述喂料泵11背离所述流量调节阀
92的一端。所述喂料泵11用于泵送碱性激发剂，所述流量调节阀92控制碱性激发剂的流量，
而所述喷嘴12能够将碱性激发剂以雾状喷入所述反应容器1中与粉煤灰进行反应。

[0072] 在本实施例中，所述养护仓4设有加热保温装置，所述加热保温装置选择夹套型的保温装置，即在养护仓4的外壁套设电加热夹套，电加热夹套内设置电阻丝进行加热，在所
述反应容器1中反应得到的球状颗粒进入养护仓4后，即可在一定温度下进行养护。

[0073] 在本实施例中，所述人工砂制备系统还包括收尘器8，所述收尘器8与所述反应容器1顶部开设的排气口连通。所述收尘器8为袋式收尘器，所述收尘器8的作用是收集未反应
的粉尘，净化尾气，所述收尘器8通过与收尘风机等配件进行连接收尘，其作用原理及设置
方式为本领域的常规技术，均为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。

[0074] 采用所述人工砂制备系统制备所述人工砂的方法包括如下步骤：

[0075] 配料完成后，将粉煤灰储存于所述粉煤灰喂料装置2中，将碱性激发剂储存于所述碱性激发剂喂料装置3中；开启所述鼓风机6朝所述反应容器1内部鼓风，所述布风板5将风
均匀地吹入所述反应容器1内，开启所述收尘器8；所述离心风机10将所述粉煤灰喂料装置2
中的粉煤灰喷入所述反应容器1中，所述风量调节阀91控制粉煤灰的流量；同时，所述喂料
泵11将所述碱性激发剂喂料装置3中的碱性激发剂泵送往所述反应容器1，所述喷嘴12将碱
性激发剂以雾状喷入所述反应容器1内，所述流量调节阀92控制碱性激发剂的流量，雾状的
碱性激发剂与粉煤灰反应并结合团聚成球状颗粒；球状颗粒由于质量较大而掉落并经所述
出料口汇入对应的养护仓4内进行养护，养护完成后，得到粉煤灰基地聚物颗粒，经筛选后，
取粒径在0.15mm～4.75mm的颗粒，即可得到目标粒径的人工砂成品。

[0076] 实施例2

[0077] 一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：

[0078] 所述碱性激发剂由以下重量份数的原料组成：复合激发剂KOH‑Na2SiO3：12份，水：33份；所述复合激发剂KOH‑Na2SiO3的KOH、Na2SiO3的摩尔比5：1。

[0079] 实施例3

[0080] 一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：

[0081] 所述粉煤灰为掺料粉煤灰，所述掺料粉煤灰是在粉煤灰中掺入偏高岭土，掺料比例按质量百分比如下：粉煤灰65％，偏高岭土35％；在粉煤灰中掺入偏高岭土后，得到混合
物，将混合物磨成8.05微米粒径的粉末，即得掺料粉煤灰。

[0082] 本实施例中的粉煤灰与偏高岭土的主要成分组成如下表1所示。

[0083] 表1

[0084]

[0085] 实施例4

[0086] 一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：

[0087] 所述粉煤灰为掺料粉煤灰，所述掺料粉煤灰是在粉煤灰中掺入矿渣，掺料比例按质量百分比如下：粉煤灰75％，矿渣粉25％；在粉煤灰中掺入矿渣后，得到混合物，将混合物
磨成7微米粒径的粉末，即得掺料粉煤灰。

[0088] 本实施例中的粉煤灰与矿渣的主要成分组成如下表2所示。

[0089] 表2

[0090]

[0091] 本发明实施例1‑4制备得到的人工砂成品满足GBT14684‑2011《建设用砂》要求。另外，取与人工砂成品相同原料的粉煤灰和碱性激发剂，按与人工砂成品相同的配比称量，加
入水泥砂浆搅拌锅中后，在水泥胶砂搅拌机中搅拌混合均匀，然后共混料装入水泥胶砂三
联试模(40mm×40mm×160mm)中，并在振实台上振实成型，静置24h后脱模，将试样放入温度
为20℃、湿度为90％以上的标准养护室中养护至规定龄期，测其抗压和抗折强度，测试方法
参照《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》(GB/T17617‑1999)。结果如表3所示。

[0092] 表3

[0093]

[0094] 由表3数据可知，使用实施例1‑4的方法制备得到的人工砂的抗压强度均达50MPa以上，能够满足人工砂的需求。

[0095] 实施例2使用的是复合激发剂KOH‑Na2SiO3，强度得到提高。

[0096] 实施例3、实施例4是在粉煤灰的基础上掺入了偏高岭土、矿渣，能够提高最终产物的强度。

[0097] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的修改和完善，因此本发明的保护范
围当以权利要求书所界定的为准。