CN102381864A - 一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用赤泥和镁渣生产免烧砖，属固体废弃物资源综合利用及新型建材技术领域。由赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰组成，赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为：45～50：35～40：10～15：2～5。活性矿物材料为高炉渣、黄磷炉渣、粉煤灰重的一种或多种的任意混合物。由原料预处理、粉磨、计量、搅拌初混、强制混合、挤出、切割、蒸汽养护等工序得到。本发明可用传统的真空挤出机进行生坏的生产，产品易砌筑、强度高、碳化系数高、软化系数高、吸水率低、抗湿热交替、抗冻能力好、不泛碱。

Description

一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖

技术领域

本发明涉及一种赤泥和镁渣为主要原料的免烧砖，属工业固体废弃物资源综合利用及新型建材技术领域。

背景技术

赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体废渣，按照氧化铝生产工艺的不同，分为烧结法、拜耳法和混联法赤泥。因氧化铝生产方法和铝土矿品质不同，赤泥的化学成分、物理性质和矿物相不同，但因氧化铁含量较高，其外观颜色与红土相似，故一般通称为赤泥。无论烧结法赤泥还是拜耳法赤泥，其共同的特性都含碱，由于碱的存在，导致赤泥的利用难度很大，这是赤泥利用率低的主要原因。

我国是世界第四大氧化铝生产国，每生产1吨氧化铝约产生赤泥1.5吨（折干），每吨干赤泥还附带3～4m³的含碱废液。据不完全估计，我国每年排放赤泥一千多万吨,赤泥累计堆存量高达数千万吨，主要以筑坝湿法堆存为主，其利用率仅为10%左右，随着铝工业的发展和铝矿石品位的降低，赤泥排放量将越来越大，其所产生的环境问题已成为企业可持续发展的重大制约因素。从我国的国情出发，铝工业在相当长时间内仍将保持旺盛的发展势头，但若赤泥产生的污染问题、土地占用问题、资源浪费问题得不到有效解决，将严重影响铝工业的可持续发展。而要使赤泥这种大宗固体废弃物得到广泛应用，就必须首先解决赤泥碱的稳定化及其综合利用技术，这是一个长期困扰国内外氧化铝工业但又悬而未解的重大课题。

目前，国外关于赤泥的资源化应用主要有：（1）拜耳法赤泥用于生产水泥、制造人工轻骨料混凝土、用作沥青填料、生产砖、用作道路基层材料等。（2）拜耳法赤泥在农业、环境等方面利用研究。如：德国试验用拜耳法赤泥和软泥混合填充低凹地，变贫瘠的土地为良田；美国、日本利用拜耳法赤泥作废水、废气的净化剂，效果良好，成本低等。（3）烧结法赤泥用于生产水泥。如，前苏联以霞石为原料生产氧化铝的沃尔霍夫、阿钦、及卡列夫氧化铝厂利用赤泥生产水泥，并进行石灰石、烧结法赤泥两组分配料试验，水泥可利用赤泥629～795kg/t，为烧结法赤泥的综合利用开辟了途径。

我国针对赤泥综合利用主要是生产水泥，如烧结法赤泥用于生产水泥、赤泥代黏土烧制普通硅酸盐水泥、赤泥代替黏土烧制油井水泥、赤泥生产硫酸盐水泥；赤泥用作新型墙体材料也有报道，如，华中科技大学等有关学者在用赤泥、粉煤灰生产免烧结砖方面也有研究，山东铝业公司利用赤泥作新型墙体材料进行了大量研究。此外，还有少量利用赤泥烧制微晶玻璃和水处理用多孔陶粒滤料的报道，赤泥用作脱硫剂、絮凝剂、水处理剂、回收赤泥中有价元素的技术也有研究报道。从赤泥的主要组成来看，其具有在水泥、混凝土、陶瓷、建材、道路等行业规模化应用的潜力，这也是目前烧结法赤泥主要用于生产水泥的主要原因。可见，国内烧结法赤泥已有不同程度的利用，但因其具有排量大、含水率高、碱性强等特点，拜耳法赤泥的综合利用进展不大。

镁渣是生产金属镁时排出的工业废渣，生产金属镁的方法分为电解法、硅热还原法、碳热还原法、碳化物还原法。硅热还原法又分为意大利的皮江法和法国的半连续硅热法。在我国，主要采用的方法是硅热还原法中的皮江法，是用硅铁(Si>75％ )还原煅烧的白云石，在耐热钢制成的罐中，抽真空并加热至一定温度则会有镁蒸气析出，在罐的冷端设有一筒形冷凝器，冷凝收集镁，再经过精炼即可得到成品镁。为了提高反应速率，一般在炉料中配人一定量的添加剂，如CaF₂等，生产金属镁。还原后生成的废渣即为镁渣，呈灰色粗细颗粒状和粉状，每生产1t金属镁约排出9t的镁渣。镁渣的成分波动范围：CaO：40％～50％，Si0₂：20％～30％ ，A1₂O₃：2％～5％ ，MgO：6％～l0％，Fe203约9％。从其矿物组成来看，镁渣较适合用于建筑建材工业。

国外对镁渣利用的研究和报道很少，检索发现，巴西联邦大学的学者对这种工业废料做了初步的研究，发现镁渣材料化学成分大体由CaO和SiO₂，MgO和Fe₂0₃组成，这些化学成分之间相互作用可以生成CaSiO₄，CaMgSiO₄，MgO和Ca(OH)₂等结晶产物，镁渣掺入到砂浆中后与硅酸盐水泥相比，所含的碱性氧化物成分(K₂O和Na₂0)极低，可以提高砂浆的耐久性。

在国内，镁厂排出的镁渣大都作为废物进行排放堆积，不仅占用了大量的土地资源，而且对农作物和周围环境造成了极大的影响。随着雨水的冲淋，镁渣汇入江河湖泊会对水体造成极大影响，严重危及人类健康和农作物生长。在镁渣利用方面，武汉理工大学、西南工学院、合肥水泥研究院、山西建筑科学研究院等单位进行了探索研究。如，丁庆军等对镁渣作为水泥混合材进行了研究，霍冀川等对镁渣配料煅烧硅酸盐水泥熟料进行了研究，黄从运等对利用镁渣制备高性能硅酸盐水泥熟料和以镁渣替代石灰石配料烧制硅酸盐水泥熟料进行了研究，赵爱琴等对利用镁渣制备新型墙体材料进行了研究，将镁渣直接磨细与一定比例的磨细矿渣混合，在复合激发剂作用下，配制胶结料生产各种新型墙体材料。

从目前国内外关于赤泥和镁渣利用的总体情况来看，主要集中在以赤泥或镁渣为主原料、或辅助原料，配合粉煤灰、矿渣、工业石膏等生产水泥或道路材料方面，生产各种新型墙体材料也有少量报到，而以赤泥和镁渣为主要原料的建筑免烧砖的研究和应用，还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种以赤泥、镁渣为主要原料，高炉渣等活性矿物材料和石灰为辅料的免烧砖，在综合利用赤泥和镁渣的同时，缓解赤泥、镁渣堆存处理带来的环境污染问题。

本发明的技术方案是：以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，由赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰组成，赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为：45～50：35～40：10～15：2～5。

所述赤泥为烧结法或拜耳法、混联法氧化铝生产过程中的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。

所述活性矿物材料为高炉炼铁的高炉渣（水淬渣）、电炉法黄磷炉渣（电炉法黄磷生产过程中产生的固体废弃物）、燃煤电厂从废气中收集的粉煤灰（燃煤电厂于废气中收集的飞灰）中的一种或多种的任意混合物，活性矿物材料中SiO₂+Al₂O₃>60%。即，三种渣可以单独使用，也可两种或两种以上搭配使用，单独或搭配后，都要求物料中SiO₂+Al₂O₃>60%。

所述石灰中有效氧化钙含量＞65%，总的氧化钙含量＞80%，符合JC/T621-1996硅酸盐建筑制品用生石灰质量要求。

本发明可采用以下方法获得：

以赤泥和镁渣为主要原料、其它工业废渣为骨料，先对镁渣和骨料进行预处理，然后将它们按赤泥：镁渣：骨料=45～50:35～40:10～15的质量比，与赤泥混合得到混合料，加水调整混合料含水量，混合料与水质量比为100:28～32，再经混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。

所述镁渣使用前的预处理，是在蒸压釜内用0.8～1.0MPa蒸汽活化处理3～5小时，卸压后自然冷却、粉磨成过0.083mm方孔筛筛余量小于10%的粉体；活性矿物材料与石灰的预处理方法是：将两者按质量百分比混合均匀后陈化24～48小时，然后粉磨成过0.083mm方孔筛筛余量小于5%的粉体。

所述混合料中，物料与水质量比为100：32～35，加入的工艺水是自来水或回收的中水、含碱废水、冷凝水等普通工业用水；混合料的搅拌混合包括初混和揉混（强制混合）两个过程，每个混合过程操作时间为3～5分钟，以确保配料中物料微观分散均匀，砖坯养护采用蒸压养护，养护蒸汽压力为0.8～1.0Mpa。

所述挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序过程，是将强制混合后的物料用皮带送至真空挤出机料仓，由螺杆强制挤出，自动切割成标砖尺寸；然后将切割好的生坯送至静停室，视气候情况摆放2～6h，再进行码垛；码垛完成后送入蒸养釜进行蒸汽养护，装车完成后，关闭釜门，启动真空机，抽去釜内空气，打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30℃，2小时后开大蒸气，控制养护蒸汽压力为0.8～1MPa，养护6～8小时，得到成品。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）与其它赤泥生产建筑免烧砖比，生产时所用赤泥原料水分可高达65%以上，由管道输送的赤泥经简单的沉降后即可满足生产要求。

（2）配料中无骨料，可用传统的真空挤出机进行生坏的生产，操作简单，产品易砌筑。

（3）充分利用了赤泥和镁渣的物理化学结构，添加适量的活性矿物材料，在石灰的激发下，经蒸汽养护后，可溶性碱最终形成了长石类结构，成品不泛碱，解决了赤泥免烧砌块泛碱的难题。

（4）产品强度高、碳化系数高、软化系数高、吸水率低、抗湿热交替、抗冻能力好。

总之，本发明结合我国氧化铝企业赤泥量大、利用率低的实际情况，充分利用镁渣的组成结构和化学特性，添加适量的活性矿物材料，以石灰为激发剂，经蒸汽养护，最终形成了以硅铝酸钙、水化硅酸钙、硅铝酸钠等为主体的矿物结构，解决了传统赤泥生产的免烧建筑材料泛碱问题，其产品性能符合建筑用标砖MU10质量要求。免烧砖主要原材料为赤泥、镁渣等工业废渣，工业废弃物使用率达95%，有利于解决赤泥、镁渣堆存处理而带来的环境污染问题，为赤泥和镁渣的资源化利用开辟了一条新的利用途径。

附图说明

图1是本发明实施例制备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的技术内容不限于所述范围。

实施例1：以赤泥和镁渣为主要原料的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、活性矿物材料、石灰。赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为45:40:10:5；活性矿物材料由高炉渣、黄磷炉渣和粉煤灰，按3:3:4的质量比混合而成。

参见图1，一种赤泥和镁渣为主要原料挤出成型生产免烧砖的方法，是先对镁渣、活性矿物材料和石灰进行预处理，然后按赤泥：镁渣：活性矿物材料：石灰的质量百分为45:40:10:5，与赤泥混配得到混合料，并在混合料中加入自来水，调整物料与水的质量比为100:35，再经搅拌混合、挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。

所采用的赤泥为烧结法氧化铝生产过程中的工业废渣（不作任何处理直接使用），镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。活性矿物材料由高炉炼铁的高炉渣、电炉法黄磷炉渣、粉煤灰按3:3:4的重量比搭配使用（SiO₂+Al₂O₃=67%）。石灰为有效氧化钙含量＞65%，总的氧化钙含量＞80%，符合JC/T621-1996硅酸盐建筑制品用生石灰。

镁渣使用前的预处理：将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，利用压力为8MPa的饱和蒸汽热处理5小时，卸压、自然冷却后用雷蒙磨进行粉磨，至过0.083mm方孔筛筛余量小于10%；活性矿物材料与石灰的预处理是：按活性矿物材料：石灰的质量比为10：5配料，物料混合均匀后陈化24小时，然后用小型球磨机进行粉磨，粒度为过0.083mm方孔筛筛余量小于5%。

混合料的搅拌混合，包括初混和揉混两个过程，以确保配料中物料微观分散均匀。初混选用双轴卧式搅拌，搅拌时间为3分钟，紧接着用双轴强制揉合机揉混5分钟。将强制混合后的物料用皮带送至真空挤出机料仓，由螺杆强制挤出，自动切割成标砖尺寸。将切割好的生坯送至静停室，自然摆放2h，再进行码垛；码垛完成后送入蒸养釜进行蒸汽养护，装车完成后，关闭釜门，启动真空机，抽去釜内空气，打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30℃，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为0.8MPa，养护8h，得到成品。

按配方计量赤泥、蒸养粉磨镁渣和按比例混合陈化、球磨的高炉渣和石灰，根据各原料分析的水分含量，使配料水分含量为干基物料的35%。总物料经初混、揉混、强制挤出、切割、静停、码坯、养护即为产品。

产品自然摆放3天后进行性能测定：平均抗压强度12.21MPa、平均抗折强度2.77MPa，吸水率9.27%、碳化系数82.00%、软化系数86.34%，25次冻融循环抗压强度损失8.3%，质量损失为1.86%，振荡24h，碱金属溶出率为23.7mg/kg干基标砖。

实施例2：以赤泥和镁渣为主要原料的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、活性矿物材料和石灰。赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为45:35:15:5；活性矿物材料由高炉渣和粉煤灰，按质量2:1混合而成。

参见图1，一种赤泥和镁渣为主要原料挤出成型生产免烧砖的方法，是先对镁渣、活性矿物材料和石灰进行预处理，然后将它们按赤泥：镁渣：活性矿物材料：石灰的质量百分比=45:35:15:5混配得到混合料，并在混合料中加入中水，调整物料与水分质量比为100:33，再经搅拌混合、挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。

所采用的赤泥为拜耳法氧化铝生产过程中的工业废渣（作用前进行简单的物理沉降处理，主要是分离出多余水份），镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。活性矿物材料为高炉炼铁的高炉渣（水淬渣）和粉煤灰（燃煤电厂于废气中收集的飞灰），按2:1的质量比搭配使用（其SiO₂+Al₂O₃=62%）。石灰为有效氧化钙含量＞65%，总的氧化钙含量＞80%，符合JC/T621-1996硅酸盐建筑制品用生石灰。

镁渣使用前的预处理：将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，利用压力为10MPa蒸汽处理3小时，自然冷却后用雷蒙磨进行粉磨，粒度为过0.083mm方孔筛筛余量小于10%；活性矿物材料与石灰的预处理：按活性矿物材料：石灰质量比为15:2混合均匀，经陈化36小时，用球磨机进行粉磨，粒度为过0.083mm方孔筛筛余量小于5%的粉体。

混合料的搅拌混合包括初混和揉混两个过程，以确保配料中物料分散均匀，先用双轴卧式搅拌机搅拌5分钟，接着用双轴揉合机进行揉混3分钟。将强制混合后的物料用皮带送至真空挤出机料仓，由螺杆强制挤出，自动切割成标砖尺寸；然后将切割好的生坯送至静停室，自然摆放6h，再进行码垛；码垛完成后送入蒸养釜进行蒸汽养护，装车完成后，关闭釜门，启动真空机，抽去釜内空气，打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30℃，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为0.9MPa，养护8小时，得到成品。

产品自然摆放3天后进行性能测定：平均抗压强度13.17MPa、平均抗折强度3.13MPa，吸水率8.66%、碳化系数81.87%、软化系数88.17%，25次冻融循环抗压强度损失7.34%，质量损失为1.82%，振荡24h，碱金属溶出率为43.12mg/kg干基标砖。

实施例3：以赤泥和镁渣为主要原料的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、粉煤灰、石灰。赤泥与镁渣、粉煤灰、石灰的质量百分比为45：40：13：2。

参见图1，一种赤泥和镁渣为主要原料挤出成型生产免烧砖的方法，先对镁渣进行热力活化处理后按比例与石灰混合陈化，粉磨成过0.083方孔筛筛余量小于8%的粉体，然后按赤泥：镁渣：粉煤灰：石灰的质量比为45：40：13：2混合物料，在混合料中加入自来水，调整物料与水的质量比为100:32，再经搅拌混合、挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。

所采用的赤泥为混联法氧化铝生产过程中的工业废渣（不需处理直接使用），镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。活性矿物材料为粉煤灰（燃煤发电过程中产生的固体废弃物，SiO₂+Al₂O₃=65%），石灰为有效氧化钙含量＞65%，总的氧化钙含量＞80%，符合JC/T621-1996硅酸盐建筑制品用生石灰。

镁渣使用前的预处理，是将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，利用压力为9MPa蒸汽活化处理4h，卸压后自然冷却，用雷蒙磨进行粉磨，其粒度为过0.083mm方孔筛筛余量小于10%；活性矿物材料与石灰的预处理：按活性矿物材料：石灰=10：5的质量比配料，经混合均匀后陈化36小时，然后用小型球磨机进行粉磨，其粒度为过0.083mm方孔筛筛余量小于5%的粉体。

混合料的搅拌混合包括初混和揉混两个过程，以确保配料中物料分散均匀，先用双轴卧式搅拌机搅拌3分钟，紧接着用双轴揉合机进行揉混5分钟。挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序过程，是将强制混合后的物料用皮带送至真空挤出机料仓，由螺杆强制挤出，自动切割成标砖尺寸；然后将切割好的生坯送至静停室，自然摆放4h，再进行码垛；码垛完成后送入蒸养釜进行蒸汽养护，装车完成后，关闭釜门，启动真空机，抽去釜内空气，打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30℃，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为1MPa，养护6小时，得到成品。

按配方计量赤泥、蒸养粉磨镁渣和按比例混合陈化、球磨的高炉渣和石灰，根据各原料分析的水分含量，使配料水分含量为干基物料的35%。总物料经初混、揉混、强制挤出、切割、静停、码坯、养护即为产品。

产品自然摆放3天后进行性能测定：平均抗压强度12.36MPa、平均抗折强度2.87MPa，吸水率9.32%、碳化系数83.67%、软化系数86.13%，25次冻融循环抗压强度损失8.80%，质量损失为1.67%，振荡24h，碱金属溶出率为15.37mg/kg干基标砖。

实施例4：以赤泥和镁渣为主要原料的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、活性矿物材料、石灰，赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为50:38:12:3；活性矿物材料由黄磷炉渣和粉煤灰，按1:1的重量比混合而成。

参见图1，该以赤泥和镁渣为主要原料挤出成型生产免烧砖的方法，是先对镁渣、电炉法黄磷炉渣、粉煤灰和石灰进行预处理，然后将它们按赤泥：镁渣：电炉法黄磷炉渣：粉煤灰：石灰=50:38:6:6:3的干基质量比，与赤泥进行混配得到混合料，并在混合料中加入回收的冷凝水，调整物料与水分质量比为100:34，再经搅拌混合、挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。

所采用的赤泥为拜耳法氧化铝生产过程中的工业废渣（经自然堆积滤水），镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。活性矿物材料为电炉法黄磷炉渣和粉煤灰按1:1的重量比搭配使用（其SiO₂+Al₂O₃=60%）。石灰为有效氧化钙含量＞65%，总的氧化钙含量＞80%，符合JC/T621-1996硅酸盐建筑制品用生石灰。

镁渣使用前的预处理，是将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，利用8MPa蒸汽处理4.5小时，自然冷却后用雷蒙磨进行粉磨，至过0.083mm方孔筛筛余量小于10%；活性矿物材料与石灰的预处理，是将它们按电炉法黄磷炉渣：粉煤灰：石灰=6:6:3的质量比混合均匀后陈化48小时，然后用球磨机进行粉磨，至过0.083mm方孔筛余量小于5%的粉体。

混合料的搅拌混合包括初混和揉混两个过程，以确保配料中物料分散均匀，用双轴卧式搅拌机进行初混4分钟，用双轴揉混机进行揉混4分钟。挤出、切割、静停、码坯、蒸汽养护等制砖工序过程，是将强制混合后的物料用皮带送至真空挤出机料仓，由螺杆强制挤出，自动切割成标砖尺寸；然后将切割好的生坯送至静停室，自然摆放3h，再进行码垛；码垛完成后送入蒸养釜进行蒸汽养护，装车完成后，关闭釜门，启动真空机，抽去釜内空气，打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30℃，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为0.8MPa，维持正常养护温度护7小时，得到成品。

产品自然摆放3天后进行性能测定：平均抗压强度10.25MPa、平均抗折强度2.53MPa，吸水率8.76%、碳化系数84.50%、软化系数87.32%，25次冻融循环抗压强度损失7.8%，质量损失为1.53%，振荡24h，碱金属溶出率为16.38mg/kg干基标砖。

Claims (5)

1.一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是：由赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰组成。

2.根据权利要求1所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是：赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰的质量比为：45～50：35～40：10～15：2～5。

3.根据权利要求1或2所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是：赤泥为烧结法或拜耳法、混联法氧化铝生产过程中的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。

4.根据权利要求1或2所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征在于：活性矿物材料为高炉炼铁的高炉渣、电炉法黄磷炉渣、燃煤电厂从废气中收集的粉煤灰中的一种或多种的任意混合物。

5.根据权利要求4所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征在于：活性矿物材料中SiO₂+Al₂O₃>60%。

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