一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法

2023-11-04 07:28:07 1

專利名稱：一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法。
背景技術：
目前江河淤積泥沙主要通過傳統燒成方法生產建築材料，如黃河泥沙燒結內燃 磚、黃河泥沙灰砂實心磚、黃河泥沙燒結空心磚、黃河泥沙燒結多孔磚(承重空心磚)、黃河 泥沙建築瓦和琉璃瓦等建築材料。如中國知識產權局2008年9月3日公開的公開號CN 1948204為發明專利申請《一種黃河泥沙節能磚及其生產方法》。所公開的方法由以下重量 百分比的原料組成黃河泥沙50-64 %，煤矸石35-45 %，添加劑0_10 %。將混合後的原材 料送入擠磚機擠出成型，成型體乾燥後送入輪窯燒成得到成品。傳統方法中燒成溫度比較 高，一般在800°C以上，而且燒結時間比較長，一般在24小時以上，故耗能高，成本高。又如 中國知識產權局2008年9月3日公開的公開號CN 101255045為發明專利申請《一種利用 黃河泥沙製成的免燒磚及其生產方法》，所公開的方法是由如下重量配比的原料混合後，用 壓機擠壓而成的免燒磚，黃河泥沙50 70%，氟石膏粉20 30%，水泥5 10%，硫酸 鋁鉀3 5%，丙烯酸類建築用膠粉2 5%。這種方法生產免燒磚需添加水泥等多種添 加物，而且免燒磚強度不強，制約大規模工業化應用。中國知識產權局專利號為ZL 2005 1 0096205. 5的發明專利《將江河淤積泥沙固化成陶瓷建築材料的方法》雖然在製備溫度以及 產品的強度上有了很大改進，但是由於江河淤積泥沙中含有有機質，阻礙了泥沙顆粒間的 接觸，影響其反應，以及有機質的揮發等原因制約了製品強度的進一步提高。本申請是在《將江河淤積泥沙固化成陶瓷建築材料的方法》專利的基礎上，通過對 泥沙進行煅燒預處理去除泥沙中的有機物，而且煅燒使泥沙中某些礦物脫去層間水，使其 成為不穩定的狀態，增大了泥沙的活性，提高了反應速度，進而得到了高強度建築材料。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的 方法。本發明提出的利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法，具體步 驟如下(1)泥沙的前處理將所取淤積泥沙在300°C 1000°C溫度下進行煅燒，煅燒時間為1-6小時，冷卻後 的泥沙即可作為水熱處理的始料；(2)成型向步驟(1)所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩 爾比為0.2 1 1.2 1，然後加入混合料總重量5% 20%的水，混合均勻後，放入模具 中成型，控制成型壓強為10 40MPa ；
(3)水熱處理將脫模後的成型品放入水熱反應釜內，在溫度為70 200°C、壓強為0. 1 1. 55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1 36h，即得所需產品。本發明中，煅燒的目的是除去泥沙中所含的有機物、去除礦物中的結合水和結晶 水或使某些礦物分解、結構達不穩態，以提高泥沙的反應活性。

本發明的方法為水熱固化法，與傳統燒成工藝相比，水熱固化溫度低，節約能源。 煅燒處理可以去除淤積泥沙中吸附水和有機物，使其結構為不穩定狀態，所以反應活性提 高，進而增強產品的強度。


圖1水熱固化未煅燒和800°C煅燒後泥沙樣品的抗彎強度比較。圖2800°C煅燒時間對水熱固化樣品抗彎強度的影響。圖3300°C泥沙煅燒後水的加入量對水熱固化樣品抗彎強度的影響。圖4300°C泥沙煅燒後成型壓強對水熱固化樣品抗彎強度的影響。圖5泥沙未煅燒和煅燒後消石灰的添加量對樣品抗彎強度的影響。圖6泥沙未煅燒和500°C煅燒後不同Ca/Si對樣品生成物相的影響。圖6泥沙未煅燒和煅燒後水熱固化時間對樣品抗彎強度的影響。
圖7泥沙未煅燒和500 0C煅燒後水熱固化樣品的SEM圖。
圖8泥沙在500°C煅燒前後經水熱固化後的樣品微觀形貌。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發明。實施例1 選取300°C煅燒6小時後的江河淤積泥沙作為主原料，消石灰為添加料。將上述原 料按一定比例混合，使其CaCVSiO2摩爾比為0.2 1。然後，向上述混合料中加入混合料總 重量5%的水，混合均勻後，在壓機上成型(成型壓強為20MPa)。最後，將脫模後的樣品放入 反應釜內，在條件為溫度70°C、時間1小時下水熱固化，待水熱反應結束後，將樣品取出， 即得到最終的產品。實施例2 選取500°C煅燒1小時後的江河淤積泥沙作為主原料，消石灰為添加料。將二者 按一定比例混合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為0.6 1。然後，向上述混合料中加入混 合料總量10%的水，混合均勻後，在壓機上成型(成型壓強為30MPa)。最後，將脫模後的成 型體放入反應釜內，在水熱固化溫度為100°C，固化時間為12小時下固化，待水熱反應結束 後，將樣品取出，即得到最終的產品。實施例3 選取500°C煅燒2小時後江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料按 一定比例混合，使混合料中的&0/5102摩爾比為0.8 1。然後，向上述混合料中加入混合 料總量10%的水，混合均勻後，在壓機上成型(成型壓強為40MPa)。最後，將脫模後的成型 體放入反應釜內，在溫度為150°C，24小時下水熱固化，待水熱反應結束後，將樣品取出，即 得到最終的產品。
實施例4 選取800°C煅燒2小時後江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料混 合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為1 1。然後，向上述混合料中加入混合料總量15% 的水，混合均勻後，在壓機上成型(壓強為IOMPa)。最後，將脫模後的成型體放入反應釜內， 在溫度為200°C，時間為36小時下水熱固化，待水熱反應結束後，將樣品取出，即得到最終 的產品。實施例5:
選取1000°C煅燒2小時後江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料 混合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為1.2 1。然後，向上述混合料中加入混合料總量 20%的水，混合均勻後，在壓機上成型(成型壓強為30MPa)。最後，將脫模後的成型體放入 反應釜內，在溫度為200°C，時間為9小時的條件下水熱固化，待水熱反應結束後，將樣品取 出，即得到最終的產品。水熱固化煅燒後江河淤積泥沙為高強度材料的硬化機理是泥沙煅燒可以去除泥 沙中的有機物、層間水和結合水，形成不穩定的結構，進而提高泥沙的反應活性。水熱固化 屬於溶解-沉澱過程，在水熱條件下泥沙中礦物的溶解度得到大大提高，加速生成水化矽 酸鈣，水化矽酸鈣的生成增加了樣品的緻密度，所以強度得到初步提高。隨著反應的進行， 水化矽酸鈣轉化為層狀結構的託勃莫來石，其呈纖維狀或片狀，互相交織在一起，填充在泥 沙顆粒間的空隙中，對強度的最終提高起著至關重要作用。下面以某地黃河淤積泥沙作實驗進一步說明本發明圖1給出了煅燒處理2小時對水熱固化後樣品強度的影響。從圖中可以看出，在 &/^102摩爾比相同時，未煅燒泥沙水熱固化樣品的抗彎強度遠低於泥沙800°C煅燒後水熱 固化樣品的抗彎強度。表明煅燒處理可提高樣品強度。圖2給出了 800°C下不同煅燒時間的樣品抗彎強度。從圖中可以看出，煅燒時間從 2小時開始，樣品抗彎強度變化不大。而較少的煅燒時間下樣品抗彎強度較低，可能是因為 煅燒不徹底所致。圖3說明了水的添加量對淤積泥沙固化體強度的影響。通過向300°C煅燒2小時 後的淤積泥沙和消石灰的混合物(Ca0/Si02 = 0. 8)中加入5%、10%、15%和20%的水，混 合均勻後在30MPa壓強下成型，成型體在200°C下水熱固化12小時。可以看出，隨著水的添 加量的增大，樣品抗彎強度增大，但當水加入過多時，製品強度增加不明顯。圖4表明成型壓力對樣品抗彎強度的影響。300°C煅燒2小時的泥沙和消石灰的 混合物(Ca0/Si02 = 0.8)中加入10%的水，混合均勻後放入模具中成型，成型壓強分別為 10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，脫模後的成型體在200°C下水熱固化12小時。由圖可知，樣品 強度隨成型壓力的增大而增大。但過大的成型壓力對強度提高並不明顯。圖5說明了消石灰的加入量(Ca0/Si02)以及泥沙煅燒對樣品抗彎強度的影響。泥 沙的煅燒溫度分別為300 V、500 V、800°C和1000°C，時間為2小時。可以看出，泥沙未煅燒 時，CaCVSiO2比在0.8時，樣品強度最高；而煅燒後，同等煅燒溫度下，隨CaCVSiO2比的增大 而增大，CaCVSiO2比為0. 6時，各煅燒溫度下的樣品抗彎強度最大，隨後強度有所下降。隨著 泥沙煅燒溫度的提高，在相同CaCVSiO2的條件下，800°C溫度煅燒的樣品強度最高，在CaO/ SiO2比為0. 8時的抗彎強度高達23MPa。但是1000°C煅燒後的樣品強度呈下降趨勢，低於500°C煅燒的樣品，略高於未煅燒的樣品。說明泥沙的最佳煅燒溫度為800°C，過燒會對強度 提高起到負面影響，但總體而言，煅燒後樣品強度優於未煅燒的。圖6給出了未煅燒和500°C煅燒2小時後樣品中的物相隨消石灰的添加量加入量 (Ca0/Si02)變化的XRD圖譜。水熱固化條件為10%的水，30MPa成型，200°C水熱處理12小 時。由圖(a)可知，泥沙未經煅燒時，所含物相包括石英、長石、斜矽鈣石和斜方鈣沸石等。 當CaCVSiO2為0. 6時，出現了新相託勃莫來石，而且託勃莫來石的衍射峰不十分明顯。由 圖(b)可知，煅燒後泥沙在CaCVSiO2為0.4時就出現了託勃莫來石相。說明煅燒使得託勃 莫來石相更容易生成。

圖7為水熱固化時間對泥沙煅燒前後處理的樣品抗彎強度的影響。泥沙的煅燒 條件與圖5相同。由圖可知，在相同的煅燒處理後，泥沙與消石灰的混合物(CaCVSiO2 = 0.8) 200°C水熱固化24小時的強度最高，延長固化時間時樣品抗彎強度開始下降。在泥沙 煅燒後的樣品中，800°C的抗彎強度高於其他煅燒溫度下的樣品強度，其次為500°C，1000°C 和300°C。說明泥沙的最佳煅燒溫度為800°C，而泥沙過燒(IOO(TC)對樣品強度的提高起 到一定的負面影響，比較浪費能源。此外，從圖中可以發現，煅燒處理的泥沙與消石灰的混 合物(Ca0/Si02 = 0. 8)，短時間水熱固化後樣品強度明顯高於煅燒前的。表明，煅燒的確有 利於提高泥沙的活性。圖8給出了泥沙在500°C煅燒前後經水熱固化後的樣品微觀形貌。水熱固化條件 為Ca0/Si02*0. 8，10%的水，3010^成型，2001水熱處理12小時。由圖(a)(所用泥沙未 煅燒)和圖b(500°C煅燒)可知，樣品中生成了相互粘結的網絡狀託勃莫來石，它們充滿了 泥沙顆粒間隙，對強度提高起著重要作用。以上對本發明進行了詳細的介紹，文中應用了具體的實例對本發明進行闡述，這 是為了便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員可以 容易地對這些實施例做出各種修改，並把在本發明的思想應用到其他實施例中而不必經過 創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對 於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法，其特徵在於具體步驟如下(1)泥沙的前處理將所取淤積泥沙在300℃～1000℃溫度下進行煅燒，煅燒時間為1-6小時，冷卻後的泥沙即可作為水熱處理的始料；(2)成型向步驟(1)所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩爾比為0.2∶1～1.2∶1，然後加入混合料總重量5％～20％的水，混合均勻後，放入模具中成型，控制成型壓強為10～40MPa；(3)水熱處理將脫模後的成型品放入水熱反應釜內，在溫度為70～200℃、壓強為0.1～1.55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1～36h，即得所需產品。
全文摘要
本發明涉及一種利用煅燒提高活性製備淤積泥沙成高強度建築材料的方法。具體步驟為將所取淤積泥沙在300℃～1000℃溫度下進行煅燒，煅燒時間為1-6小時，冷卻後的泥沙即可作為水熱處理的始料；向所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩爾比為0.2∶1～1.2∶1，然後加入混合料總重量5％～20％的水，混合均勻後，放入模具中成型，控制成型壓強為10～40MPa；將脫模後的成型品放入水熱反應釜內，在溫度為70～200℃、壓強為0.1～1.55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1～36h，即得所需產品。本發明通過對淤積泥沙的煅燒處理，提高了泥沙的反應活性，使產品強度大為提高。
文檔編號C04B14/06GK101844906SQ201010148419
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者冉獻強, 周磊, 景鎮子, 潘曉輝, 魯磊 申請人:同濟大學