一種以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚及其製備方法
2023-08-01 03:56:01 2
一種以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚及其製備方法，選用赤泥、煤矸石、粉煤灰為原料，加水製成生坯後，然後於溫度60～140℃、壓力0.12～0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2～10h，通過特定壓力、特定溫度的蒸養，使製得的免燒磚結構更加緻密，平均抗壓強度進一步提高，節約了激發劑的用量，提高磚的強度，提高生坯的塑性以及製品的抗壓強度，使其既能滿足製品的使用性能，同時完全達到了國家標準的要求，在生產過程中無需加入膠凝材料，無需燒制，在更大意義上減少了赤泥和煤矸石的堆積，解決了赤泥和煤矸石的排放對環境的汙染問題。
【專利說明】一種以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚及其製備方法，屬工業固體廢棄物資源綜合利用及新型建材【技術領域】。
【背景技術】
[0002]赤泥是氧化鋁在生產過程中產生的廢渣，因含有大量氧化鐵而呈紅色，故被稱為赤泥。赤泥的產出量，因礦石品位、生產方法、技術水平而異。大多數生產廠每生產It氧化鋁同時產出1.0~1.8t赤泥。據估計，全世界氧化鋁工業每年產生的赤泥超過6 X 107t。我國氧化鋁生產過程中每年產生的赤泥量超過600萬t，全部露天堆存，並且大部分堆場壩體用赤泥構築。目前，人們日益關注赤泥堆放給環境帶來的危害。赤泥的堆放不僅佔用大量土地，耗費較多的堆場建設和維護費用，而且存在於赤泥中的鹼向地下滲透，造成地下水體和土壤汙染。裸露赤泥形成的粉塵隨風飛揚，汙染大氣，對人類和動植物的生存造成負面影響，惡化生態環境。因此，研究赤泥的綜合利用及回收有重要的意義。
[0003]赤泥是在從鋁土礦中提煉氧化鋁的過程中形成的，主要成分為S12, CaO, AI2O3和Fe2O3,其各組分含量又因鋁土礦的產地和氧化鋁的生產工藝不同而異。赤泥中含有可再生利用的氧化物和多種有用金屬元素，成為赤泥再生利用的基礎；利用赤泥中較高的CaO和S12可生產矽酸鹽水泥及一些專用水泥；利用其含有的S12' A1203、CaO和MgO及少量的Ti02、Mn0、Cr2O3，可以生產特種玻璃；赤泥的主要礦物是矽酸二鈣，與矽酸鹽水泥生料接近，因而可用其配以適當的石灰石、砂巖來製備水泥生料；將赤泥與少量的石灰和粉煤灰以適當的比例製備的新型赤泥道路基層材料；但上述對赤泥的處理均存在生廣成本聞、能耗大、放射性較大技術問題，赤泥得不到充分綜合利用。
[0004]中國專利文獻CN101205126A(申請號:200610128450.4)公開了一種赤泥粉煤灰免燒磚，它是以赤泥、粉煤灰為主料，配以粗砂、碎石渣作為骨料，其原料組份及重量百分比為:赤泥22~40，粉煤灰20~35，骨料20~40，石灰8~12，石膏I~3，製備赤泥粉煤灰免燒磚，使赤泥得到最大化利用，解決了赤泥的排放對環境的汙染問題，提高製品的抗壓強度。在實際應用過程中發現，由於原料配比不佳，粘合力不足，本發明的赤泥粉煤灰免燒磚緻密性較小，容易鬆散，抗壓強度小，不適用於路面、牆體的應用。
[0005]煤矸石是在煤炭開採、洗選加工過程中所產生的固體廢棄物，是我國累積堆積量和佔用場地最多的工業廢物之一，年排放量近I億t。煤矸石的主要成分是A1203、S12，其並不是一種簡單的廢棄物，而是一種重要的可利用資源。近年來，我國在煤矸石製造建材方面發展很快，利用的途徑也日益增加，主要有利用煤矸石制磚、水泥、輕骨料、空心砌塊和混凝土等。另外，煤矸石在農業應用方面主要用來生產肥料和改良土壤，在工程方面主要應用於鐵路和公路路基、土地復墾、礦區回填。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種以赤泥、煤矸石為主要原料，壓製成型後，利用水蒸氣在60~120°C進行蒸養，製得煤矸石赤泥免燒磚，不僅能夠緩解赤泥、煤矸石堆存處理帶來的環境汙染問題，實現赤泥和煤矸石的資源化，大大減少了能源的消耗，而且製得的免燒磚緻密性好，不鬆散，平均抗壓強度高。
[0007]原料說明:
[0008]本發明採用的原料赤泥為燒結法、拜耳法或混聯法氧化鋁生產過程中的工業廢洛，赤泥中主要成分為Si02、CaO、A1203、Fe2O3,有效活性礦物成分S12, Al2O3和CaO總量在60~75%，具有潛在的水硬特性，本發明優選拜耳法氧化鋁生產過程中的工業廢渣。
[0009]煤矸石:為煤炭開採、洗選加工過程中所產生的固體廢棄物，主要含礦物石英、高嶺石等。
[0010]粉煤灰:為從燃煤電廠廢氣中收集的粉煤灰或燃煤電廠與廢氣中收集的飛灰的混合物。
[0011]本發明的技術方案是:
[0012]—種以煤砰石和赤泥為主料的免燒磚,原料重量份組成如下:赤泥15~35份,煤矸石10~30份，粉煤灰2~10份；所述的免燒磚是以赤泥和煤矸石為主料，粉煤灰為輔料，加8~10份水攪拌混合,經壓製成型後，於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2~1h後製得。
[0013]本發明優選的，所述免燒磚的原料重量份組成如下:赤泥20~25份，煤矸石20~25份，粉煤灰6~10份。
[0014]本發明最優的，所述免燒磚的原料重量份組成如下:赤泥25份，煤矸石20份，粉煤灰8份。
[0015]本發明的赤泥中含有大量的2Ca0.S12和Al2O3等活性礦物組分，煤矸石中主要礦物是石英、高嶺石、伊利石等，可作為免燒磚的骨料，赤泥中2Ca0.S12和Al2O3等活性礦物組分在水和粉煤灰激發劑的作用下發生水化反應，起膠凝作用，將免燒磚的骨料包覆、粘結。本發明通過嚴格控制煤矸石、赤泥、粉煤灰之間的配比，使製得的免燒磚緻密性好，平均抗壓強度高。本發明的原料之間的配比是特定選擇的，是本領域的技術人員經過長期的實驗測試得到的，經過長期實驗發現，粉煤灰的比例過小，製得的免燒磚結構疏鬆、多孔，容易分散，粉煤灰的比例過大，製得的免燒磚結構緻密，但平均抗壓強度大幅度下降。本發明優選的，粉煤灰的加入量佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的10~18%，製得的免燒磚結構緻密性好，平均抗壓強度高。
[0016]本發明採用粉煤灰和水作為激發劑，粉煤灰中含有矽、鈣成分，具有一定的水硬性，其水硬性與傳統水泥相當，可以代替傳統燒結制磚使用的水泥，降低生產成本。
[0017]本發明還提供一種以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，包括步驟如下:
[0018](I)將赤泥和煤矸石分別進行乾燥、粉碎，製成赤泥粉和煤矸石粉，粉煤灰烘乾、過篩，
[0019](2)物料混合:按照配比將步驟(1)處理後的赤泥粉、煤矸石粉與粉煤灰加水攪拌混合均勻，得混合料；
[0020](3)步驟⑵製得的混合料輸送至壓制磨具內，通過加壓壓製成型，製成生坯；
[0021](4)將製得的生坯放置20~24h進行乾燥，然後於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2~1h冷卻後得到免燒磚。
[0022]本發明優選的，步驟⑴所述赤泥的乾燥、粉碎是在100~105°C下對其烘乾3~5h，自然冷卻後，將烘乾後的赤泥粉碎，過80目篩，篩餘量小於10%，得赤泥粉；所述煤矸石乾燥、粉碎是在100~105°C下對其烘乾3~5h，自然冷卻後，將乾燥後的煤矸石粉碎，過100目篩，篩餘量小於10%，得煤矸石粉。
[0023]本發明優選的，步驟(1)中粉煤灰烘乾、過篩是先在100~105°C下烘乾3~5h，自然冷卻後、將其粉碎成過100目篩篩餘量小於5%的粉體。
[0024]所述的步驟(2)物料混合包括兩個過程，步驟(1)處理後的煤矸石粉、赤泥粉在未加水前進行混合，該混合過程為初混，初混混合時間為3~5min ;原料經初混後再加水進行二次混合，二次混合的混合時間為3~5min。初混可以使原料在加蒸餾水之前就能夠充分的接觸，並混合在一起，然後加水進行二次混合，可以使原料能夠充分的接觸，並完全的反應。
[0025]進一步優選的，所述步驟(2)中，加水進行二次混合，加入的水可以為蒸餾水，自來水，回收的中水或冷凝水。
[0026]本發明優選的，步驟(3)所述的壓製成型，是用壓磚機在20Mpa壓力下壓制60s，壓製成型製成生還。
[0027]本發明優選的，步驟(2)中，步驟(1)處理後粉煤灰的加入量佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的10~18%。本發明最優的，處理後粉煤灰的加入量佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的15%。
[0028]本發明優選的，步驟(2)中，水的加入量佔佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的14~16%。
[0029]本發明優選的，步驟⑷中，生坯乾燥後，於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中蒸2~1h對其蒸養，本發明進一步優選的，蒸養的溫度為120°C，壓力為
0.2MPa，蒸養時間為6h。
[0030]本發明優選赤泥、煤矸石、粉煤灰為原料，加水製成生坯後，然後於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2~10h，通過特定壓力、特定溫度，赤泥中活性礦物組分水化反應後膠凝力進一步增加，將免燒磚的骨料進一步緊密包裹、包覆、粘結，使製得的免燒磚結構更加緻密，平均抗壓強度進一步提高，通過長期實驗發現，本發明的蒸養對免燒的平均抗壓強度的提高尤為明顯。
[0031]本發明的免燒磚作為綠色節能環保建材，可作為非承重磚，用在框架結構或框剪結構的填充牆砌築；可以作為路面磚，也可以用於鋪設路面。
[0032]本發明的特點及有益效果:
[0033]1、本發明結合我國赤泥、煤矸石工業廢渣量大、利用率低的實際情況，充分利用赤泥、煤矸石組成結構和化學特性，以達到赤泥和煤矸石的最大利用量和節約成本為目的，通過長期研究試驗，以赤泥、煤矸石為主要原料，外加粉煤灰為活性礦物材料，節約了激發劑的用量，提高磚的強度，提高生坯的塑性以及製品的抗壓強度，使其既能滿足製品的使用性能，同時完全達到了國家標準的要求，在生產過程中無需加入膠凝材料，無需燒制，在更大意義上減少了赤泥和煤矸石的堆積，解決了赤泥和煤矸石的排放對環境的汙染問題。
[0034]2、本發明生產出的免燒磚完全替代粘土燒結磚，對赤泥、煤矸石等工業廢渣進行了綜合利用，其環境效益突出，由於主要是赤泥、煤矸石為原料，成本低，經濟效益明顯，完全可以實現工業化生產，同時開闢了赤泥、煤矸石利用的新途徑，是以廢治廢的新突破。
[0035]3、本發明產品通過合適的原料配比，合適的蒸養時間，所得的免燒磚質量好，強度高，具有良好的技術性能，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1是本發明的工藝流程圖。
[0037]圖2為製得的生坯蒸養前、及經蒸養後表面的電鏡圖，其中Α-a為蒸養前生坯表面的電鏡圖，Α-b為蒸養後免燒磚表面的電鏡圖。
[0038]圖3為製得的生坯蒸養前、及經蒸養後截面的電鏡圖，其中Β-a為蒸養前生坯截面的電鏡圖，B-b為蒸養後免燒磚截面的電鏡圖。
[0039]圖4為不同質量比的赤泥/煤矸石對製備出免燒磚的性能的影響曲線圖；橫坐標為赤泥/煤矸石的質量比，左縱坐標為保水率，右縱坐標為平均抗壓強度。
[0040]圖5為粉煤灰的加入量對製備出的免燒磚的性能的影響曲線圖；橫坐標為的粉煤灰的加入量佔處赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的比，左縱坐標為保水率，右縱坐標為平均抗壓強度。
[0041]圖6為不同蒸養時間對製備出的免燒磚性能的影響曲線圖；橫坐標為蒸養時間，左縱坐標為保水率， 右縱坐標為平均抗壓強度。
[0042]圖7為不同蒸養溫度對製備出的免燒磚性能的影響曲線圖；橫坐標為蒸養溫度，左縱坐標為保水率，右縱坐標為平均抗壓強度。
【具體實施方式】
[0043]下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護範圍不限於此。
[0044]實施例中使用的赤泥:取自山東鋁業股份有限公司的第一赤泥堆場。赤泥含制磚的有效活性礦物成分S12, A1203, CaO總量在70%左右，具有潛在的水硬特性。
[0045]煤矸石:取自山東濟南章丘埠村煤礦煤矸石山。煤矸石中主要礦物是石英、高嶺石，伊利石等，可用於磚的製備。
[0046]粉煤灰:粉煤灰為山東鋁業股份有限公司自備電廠電除塵收集，主要化學成分有S12, A1203, CaO 等。
[0047]實施例1
[0048]一種以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，包括步驟如下:
[0049]1、將赤泥、煤矸石分別在105°C下烘乾3h，自然冷卻後，將烘乾後的赤泥粉碎，過80目篩，得赤泥粉，將乾燥後的煤矸石粉碎，過100目篩，得煤矸石粉。
[0050]2、粉煤灰先在105°C下烘乾3h，自然冷卻後，然後將其粉碎成過100目篩篩餘量小於5%的粉體。
[0051]3、稱取赤泥粉25g，煤矸石粉20g，粉煤灰Sg，將上述各原料攪拌混合均勻進行初混，初混混合時間為3min，然後加入Sg水，再經攪拌進行二次混合，二次混合的混合時間為5min，得混合料。加入的水可以為自來水，回收的中水或冷凝水。
[0052]4、將製得的混合料輸送至壓制磨具內，用壓磚機在20Mpa壓力下壓制60s，製成生坯；
[0053]5、然將壓製成的生坯在自然條件下放置24h後，然後於溫度120°C、壓力0.2MPa的水蒸汽中對其蒸養6h後製得，冷卻後得到免燒磚。本發明的免燒磚製備工藝流程圖見圖1。
[0054]將所得的免燒磚進行性能測定，本實施例製得的免燒磚平均抗壓強度29.85Mpa，吸水率為18.16%，無範霜現象。
[0055]本發明的生坯通過溫度120°C、壓力0.2MPa的水蒸汽中6h蒸養，赤泥中活性礦物組分水化反應後膠凝力進一步增加，將免燒磚的骨料進一步緊密包裹、包覆、粘結，使製得的免燒磚結構更加緻密，如圖2、圖3所示，平均抗壓強度進一步提高，經過蒸養後製得的免燒磚平均抗壓強度達到29.55Mpa，平均抗壓強度表現出優異效果。
[0056]實施例2
[0057]—種以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，包括步驟如下:
[0058]1、將赤泥、煤矸石分別在100°C下烘乾3h，自然冷卻後，將烘乾後的赤泥粉碎，過80目篩，得赤泥粉，將乾燥後的煤矸石粉碎，過100目篩，得煤矸石粉。
[0059]2、粉煤灰先在100°C下烘乾3h，自然冷卻後，然後將其粉碎成過100目篩篩餘量小於5%的粉體。
[0060]3、稱取赤泥粉35g，煤矸石粉30g，粉煤灰10g，將上述各原料攪拌混合均勻進行初混，初混混合時間為5min，然後加入1g水，再經攪拌進行二次混合，二次混合的混合時間為3min，得混合料。加入的水可以為自來水，回收的中水或冷凝水。
[0061]4、將製得的混合料輸送至壓制磨具內，用壓磚機在20Mpa壓力下壓制60s,製成生坯。
[0062]5、然後將壓製成的生坯在自然條件下放置24h後，然後於溫度120°C、壓力0.2MPa的水蒸汽中對其蒸養8h後製得，冷卻後得到免燒磚。
[0063]將所得的免燒磚進行性能測定，本實施例製得的免燒磚平均抗壓強度29.0SMpa,吸水率為18.42%，無範霜現象。經過蒸養後製得的免燒磚平均抗壓強度進一步提高，平均抗壓強度達到29.08Mpa，平均抗壓強度表現出優異效果。
[0064]實施例3
[0065]一種以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，包括步驟如下:
[0066]1、將赤泥、煤矸石分別在105°C下烘乾3h，自然冷卻後，將烘乾後的赤泥粉碎，過80目篩，得赤泥粉，將乾燥後的煤矸石粉碎，過100目篩，得煤矸石粉。
[0067]2、粉煤灰先在105°C下烘乾3h，自然冷卻後，然後將其粉碎成過100目篩篩餘量小於5%的粉體。
[0068]3、稱取赤泥粉15g，煤矸石粉10g，粉煤灰4g，將上述各原料攪拌混合均勻進行初混，初混混合時間為5min，然後加入Sg水，再經攪拌進行二次混合，二次混合的混合時間為4min，得混合料。加入的水可以為自來水，回收的中水或冷凝水。
[0069]4、將製得的混合料輸送至壓制磨具內，用壓磚機在20Mpa壓力下壓制60s,製成生坯；
[0070] 5、然將壓製成的生坯在自然條件下放置24h後，然後於溫度100°C、壓力0.16MPa的水蒸汽中對其蒸養1h後製得，冷卻後得到免燒磚。
[0071]將所得的免燒磚進行性能測定，本實施例製得的免燒磚平均抗壓強度29.55Mpa、吸水率為18.51%，無範霜現象。經過蒸養後製得的免燒磚平均抗壓強度進一步提高，平均抗壓強度達到29.55Mpa，平均抗壓強度表現出優異效果。
[0072]從圖4一圖7中可以看出，本發明優選赤泥、煤矸石、粉煤灰為原料，並優化了赤泥、煤矸石、粉煤灰之間物料配比，減少了原料的使用種類，通過特定壓力、特定溫度，進行蒸養，使製得的免燒磚結構更加緻密，保水率及平均抗壓強度進一步提高。
【權利要求】
1.一種以煤砰石和赤泥為主料的免燒磚,原料重量份組成如下:赤泥15~35份,煤石幹石10~30份，粉煤灰2~10份；所述的免燒磚是以赤泥和煤矸石為主料，粉煤灰為輔料，加8~10份水攪拌混合,經壓製成型後，於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2~1h後製得。
2.根據權利要求1所述的以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚，其特徵在於，所述免燒磚的原料重量份組成如下:赤泥20~25份,煤砰石20~25份,粉煤灰6~10份。
3.根據權利要求1所述的以煤矸石和赤泥為主料的免燒磚，其特徵在於，所述免燒磚的原料重量份組成如下:赤泥35份，煤矸石30份，粉煤灰10份。
4.一種權利要求1所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，包括步驟如下: (1)將赤泥和煤矸石分別進行乾燥、粉碎，製成赤泥粉和煤矸石粉，粉煤灰烘乾、過篩， (2)物料混合:按照配比將步驟(1)處理後的赤泥粉、煤矸石粉與粉煤灰加水攪拌混合均勻，得混合料； (3)步驟(2)製得的混合料輸送至壓制磨具內，通過加壓壓製成型，製成生坯； (4)將製得的生坯放置20~24h進行乾燥，然後於溫度60~140°C、壓力0.12~0.35MPa的水蒸汽中對其蒸養2~1h冷卻後得到免燒磚。
5.根據權利要求4所 述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，步驟(1)所述赤泥的乾燥、粉碎是在100~105°C下對其烘乾3~5h，自然冷卻後，將烘乾後的赤泥粉碎，過100目篩，篩餘量小於10%，得赤泥粉；所述煤矸石乾燥、粉碎是在100~105°C下對其烘乾3~5h，自然冷卻後，將乾燥後的煤矸石粉碎，過100目篩，篩餘量小於10%，得煤矸石粉。
6.根據權利要求4所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，步驟(1)中粉煤灰烘乾、過篩是先在100~105°C下烘乾3~5h，自然冷卻後、將其粉碎成過100目篩篩餘量小於5%的粉體。
7.根據權利要求4所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，所述的步驟(2)物料混合包括兩個過程，步驟(1)處理後的赤泥粉、煤矸石粉在未加水前進行混合，該混合過程為初混，初混混合時間為3~5min ;原料經初混後再加水進行二次混合，二次混合的混合時間為3~5min，進一步優選的，所述步驟(2)中，加水進行二次混合，加入的水可以為自來水，回收的中水或冷凝水。
8.根據權利要求4所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，步驟(3)所述的壓製成型，是用壓磚機在20Mpa壓力下壓制60s，壓製成型製成生坯。
9.根據權利要求4所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，步驟(1)處理後粉煤灰的加入量佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的10~18%，本發明最優的，處理後粉煤灰的加入量佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的13%;步驟(2)中，水的加入量佔佔處理後的赤泥粉、煤矸石粉和粉煤灰總重量的14 ~16%。
10.根據權利要求4所述的以煤矸石和赤泥為主要原料進行生產免燒磚的方法，其特徵在於，步驟(4)中，生坯乾燥後，於溫度100~120°C、壓力0.18~0.2MPa的水蒸汽中蒸6~1h對其蒸養,進一步優選的,蒸養的溫度為120°C,壓力為0.2MPa,蒸養時間為6h。
【文檔編號】C04B18/12GK104072069SQ201410334612
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】嶽欽豔, 姜婷婷, 魏媛媛, 鄭皓月, 李文凱, 嶽東亭 申請人:山東大學