CN106242509B

CN106242509B - 一种环保烧结砖及其制备方法

Info

Publication number: CN106242509B
Application number: CN201610559266.9A
Authority: CN
Inventors: 杜永辉
Original assignee: Fengning Feng Xuan New Building Materials Co Ltd
Current assignee: Shunyuan Fengning new building materials Co., Ltd
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2019-06-14
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: CN106242509A

Abstract

本发明提供了一种环保烧结砖及其制备方法。其中制成该环保烧结砖的原料以100重量％为基准包括：20‑43wt％的矿尾砂、5‑11wt％的建筑垃圾、28‑55wt％的页岩、以及15‑30wt％的炉渣和/或煤矸石。本发明所提供的环保烧结砖及其制备方法通过将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及燃料残渣按特定比例混合作为原料制备环保烧结砖，不但能够提高环保烧结砖的强度，降低原料成本，还能够消化工业固体废弃物，减少环境污染。

Description

一种环保烧结砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及墙体转生产技术领域，尤其涉及一种环保烧结砖及其制备方法。

背景技术

随着土地资源的日益稀缺，国内大部分地区已经放弃使用黏土来生产墙体砖的方案。而提出了以矿尾砂、建筑垃圾、炉渣等工业固体废弃物为原料生产墙体材料的方法。现有的采用建筑垃圾、炉渣等材料的生产方法基本是用来生产蒸压加气混凝土砌块(或称为加气块、蒸压砖)、透水砖、水泥砖等非烧结砖的方案。这些砖由于在强度、抗腐蚀性、抗水性和使用寿命等方面的不足，而远远逊色于烧结砖，因而在应用面方面受到很多限制。

同时，现有的采用建筑垃圾、炉渣等材料生产非烧结砖的生产方法，往往需要为了提高强度，而需要使用一些高分子材料作为粘结剂。例如在 CN105272092A中披露一种高抗压强度加气砌块，为了提高强度，需要使用硅酸铝纤维、多孔陶粒、晶须硅、聚酯丙二醇、硼泥和硫氧镁水泥等材料，造价较高。又例如在CN105110702A中披露一种用建筑垃圾制作的蒸压砖，其中需要使用大量的石灰粉、玻璃粉和水溶性高分子化合物(例如聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、和海藻酸钠等)。再例如CN105272106A中公开了一种用于建筑外墙的加气砌块及其制备方法，其由以下重量份的原料制成：冶金废渣46-58、建筑废料37-49、泥灰岩24-38、钻井废泥浆18-32、烟囱灰22-34、氟石膏45-55、焦磷酸钾16-28、圆砾石24-36、铅锌炉渣19-37、聚乙烯醇12-19、多孔陶粒23-35、硼砂10-15和二氨基镁5-7，其中还是使用较为稀缺的氟石膏、焦磷酸钾、聚乙烯醇和二氨基镁等资源。

现有的这种增加高分子材料作为粘结剂的非烧结砖生产方案虽然能够在一定程度上提高非烧结砖的强度，然而这也同时增加了非烧结砖的成本负担。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种环保烧结砖及其制备方法，以在提高环保烧结砖的强度的同时，降低成本负担，消化工业固体废弃物，减少环境污染为此，在本发明中提供了一种环保烧结砖，制成该环保烧结砖的原料以100重量％为基准包括：20-43wt％的矿尾砂、5-11wt％的建筑垃圾、28-55wt％的页岩、以及15-30wt％炉渣和/或煤矸石。

作为优选，制成所述环保烧结砖的原料以100重量％为基准包括：37-43wt％的矿尾砂、9-11wt％的建筑垃圾、28-33wt％的页岩、以及20-25wt％炉渣和/或煤矸石。

作为优选，制成所述环保烧结砖的原料中，尾矿砂与建筑垃圾的总量与页岩的重量比为(1.5-1.8)∶1。

作为优选，所述建筑垃圾为不含水泥的砖头和渣土。

作为优选，所述炉渣和/或煤矸石包括炉渣和/或煤矸石，优选以制成所述环保烧结砖的原料100重量％为基准，所述环保烧结砖的原料中包括8-15wt％的炉渣和8-15wt％的煤矸石。

作为优选，制成所述环保烧结砖的原料以其100重量％为基准包括：40wt％的矿尾砂、10wt％的建筑垃圾、28wt％的页岩、12wt％的炉渣、以及10wt％的煤矸石。

作为优选，所述矿尾砂为铁尾矿砂和/或钼尾矿砂；优选地，所述矿尾砂中包括硅、钙、铝、铁和镁的氧化物，且硅、钙、铝、铁和镁的氧化物的总量大于所述尾矿砂总量的93.5wt％；优选地，所述矿尾砂中钾、钠、猛和硫的总量小于所述尾矿砂总量的0.1wt％。

作为优选，所述环保烧结砖的孔洞率≥40％，优选为60-80％；所述环保烧结砖的抗压强度≥2.5MPa，优选为3.8-8MPa。

同时，在本发明中还提供了一种上述环保烧结砖的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、将矿尾砂、建筑垃圾、废料页岩、以及炉渣和/或煤矸石破碎后，搅拌混合形成混合物A；S2、将所述混合物A注入到模具中，并加水至混合料的含水量为55-65wt％，得到混合物B；S3、将所述混合物B陈化48-96h，得到混合物C；S4、将所述混合物C依次经过成型、烘干和烧制，得到无黏土环保烧结砖。

作为优选，所述步骤S1中将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和/或煤矸石破碎至粒度小于0.4mm。

作为优选，所述步骤S4中烘干干燥后的砖坯含水率降到5％以下；所述步骤S4中烧制的温度是1000-1100℃，焙烧时间为30-40min。

应用本发明的技术方案，通过将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和/或煤矸石按特定比例混合作为原料制备环保烧结砖，不但能够提高环保烧结砖的强度，还能够降低原料成本，消化工业固体废弃物，减少环境污染。

具体实施方式

在本发明中术语“矿尾砂”是指原矿经过选别作业处理后，其主要成分已在精矿中富集，有的经过中和处理后，矿石的次要成分或其他伴生金属也得到回收后剩余的含有用成分很低的这部分产物，或叫最终尾矿。应当指出，在尾矿中仍然含有现代技术水平难于提取的有用成分，但将来有可能成为再利用的原料。因此，一般都将尾矿堆放在尾矿库保存起来。

在本发明中术语“建筑垃圾”是指拆除建筑物产生的墙体废料，优选其中不含水泥，因为显著量的水泥灰降低烧结砖的强度。在本发明的典型实施例中，建筑废料采用不含水泥的砖头和渣土。

在本发明中术语“页岩”是指沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。在本发明的典型实施方式中，页岩是修公路开方、开挖建筑基坑、平整建设用地荒坡产生的废料页岩。

在本发明中术语“炉渣”是指燃煤在在工业炉中燃烧后的残渣，其中含有少量的可燃成分。

在本发明中术语“煤矸石”是指采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的 Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。优选所述“煤矸石”的干燥敏感系数＜0.9、干燥收缩率＜5％。

在本发明中提供了一种环保烧结砖，制成该环保烧结砖的原料以100重量％为基准包括：20-43wt％的矿尾砂、5-11wt％的建筑垃圾、28-55wt％的页岩、以及 15-30wt％炉渣和/或煤矸石。

在本发明中所提供的环保烧结砖，其原料中使用了矿尾砂，可以实现对这些废弃资源的大量再利用，避免矿尾砂露天堆放造成的严重环境负担，同时通过将矿尾砂、建筑垃圾、废料页岩、以及炉渣和/或煤矸石按特定比例混合作为原料制备环保烧结砖，不但能够提高环保烧结砖的强度，还能够降低原料成本，消化工业固体废弃物，减少环境污染。

在优选情况下，制成该环保烧结砖的原料以100重量％为基准包括： 37-43wt％的矿尾砂、9-11wt％的建筑垃圾、28-33wt％的页岩、以及20-25wt％炉渣和/或煤矸石。在优选的实施方式中，包括10-15wt％的炉渣和8-15wt％的煤矸石。在另一种优选实施方式中，尾矿砂与建筑垃圾的总量与页岩的重量比为 (1.5-1.8)∶1。优选所述建筑垃圾为不含水泥的砖头和渣土

根据本发明的环保烧结砖，在一种优选的实施方式下，制成所述环保烧结砖的原料以其100重量％为基准包括：40wt％的矿尾砂、10wt％的建筑垃圾、28wt％的页岩、12wt％的炉渣、以及10wt％的煤矸石。采用该配方获得烧结砖具有最理想的抗压强度。

在本发明中优选的矿尾砂为铁尾矿砂和/或钼尾矿砂；然而为了优化所制备的环保烧结砖的砖性能、强度以及原料成本优选所述矿尾砂中包括硅、钙、铝、铁和镁的氧化物，且硅、钙、铝、铁和镁的氧化物的总量大于所述尾矿砂总量的 93.5wt％；优选所述矿尾砂中钾、钠、猛和硫的总量小于所述尾矿砂总量的 0.01wt％。

优选地，所述铁尾矿以其总量100重量％为基准含有55重量％-65重量％的 SiO₂、7.5重量％-10重量％CaO、6.4重量％-7.8重量％的Al₂O₃、16重量％-25重量％的Fe₂O₃和1.8重量％-2.3重量％的MgO。

优选地，所述钼尾矿以其总量100重量％为基准含有75重量％-85重量％的 SiO₂、0.8重量％-3重量％CaO、12重量％-15重量％Al₂O₃、1.5重量％-4重量％的Fe₂O₃和0.6重量％-3重量％的MgO。

为了制备本发明的烧结砖，将这几种原料通过配比运送到破碎车间，经过高速破碎机进行粉粹，破碎完成的原料加水进入搅拌机搅拌，搅拌均匀后进入陈化库陈化，由多斗挖掘机从陈化库中挖取陈化好的原料，通过皮带输送至强力搅拌机搅拌后，进入全硬塑砖机进行挤压成型形成泥条，再通过全自动切、码、运系统对泥条进行切条、切坯、分缝，码至窑车上，经过窑炉运转设备将码好的砖坯运入烘干室，利用焙烧窑的余热将湿坯烘干后进入焙烧窑进行焙烧，焙烧完成后成品砖出窑入库。

在优选的方法中，该制备方法包括以下步骤：S1、将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和/或煤矸石破碎后，搅拌混合形成混合物A；S2、将所述混合物 A加水至混合料的含水量为55-65wt％，搅拌，得到混合物B；S3、将所述混合物B(在陈化库)陈化48-96h，得到混合物C；S4、将所述混合物C依次经过成型、烘干和烧制，得到无黏土环保烧结砖。本发明所提供的这种制备方法工艺简单，易于操作，有利于大规模生产。

根据本发明的制备方法，其中对于步骤S1中原料破碎后的粒度并没有特殊要求，只要便于均匀混合，并有利于制备所需尺寸的环保烧结砖即可，在本发明中优选所述步骤S1中将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣、煤矸石破碎至粒度小于0.4mm。在一种优选的实施方式中，将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣、煤矸石先采用细碎颚式破碎机初破后粒度为20mm-30mm，然后锤式破碎机破碎后粒径应小于3mm，然后通过细碎对辊机后粒度应小于1.5mm，再然后通过湿法研磨破碎至粒度小于0.4mm。

根据本发明的制备方法，在步骤S4中，将步骤S3陈化得到的混合物C通过皮带输送至强力搅拌机进行搅拌后，进入全硬塑砖机挤压(挤出压力为 100-150Pa)成型(成型压力≥2.0MPa，真空度≤0.090MPa)形成泥条，再通过全自动切、码、运系统对泥条进行切条、切坯、分缝，码至窑车上(自动码坯机的夹坯的气压在0.4～0.6MPa，湿坯码高在10～14层)。

根据本发明的制备方法，其中对于步骤S4中烘干的步骤，可以将成型的砖坯置入干燥室进行干燥，使得砖坯的含水率降到5％以下。然后将干燥好的砖坯拉出直接置入焙烧窑进行焙烧，温度是1000-1100℃，焙烧时间为30-40min得到无黏土环保烧结砖。

以下将结合具体实施例进一步说明本发明一种环保烧结砖及其制备方法的有益效果。

在本发明如下实施例中所采用的原料如下：

所采用的建筑垃圾为不含水泥的砖块和渣土；

所采用的废料页岩为修公路开方、开挖建筑基坑、平整建设用地荒坡产生的废料页岩。

所采用的煤矸石为干燥敏感系数为0.8、干燥收缩率为4.5％的煤矸石。

所采用的炉渣为火法冶金过程中产生的炉渣。

所采用的尾矿砂为铁尾矿砂或钼尾矿砂，其组分及含量分布在表1中列出：

表1

	SiO<sub>2</sub>	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	CaO	MnO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	S	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO
										铁尾矿	58.18	-	-	8.47	-	7.07	-	17.97	2.08
钼尾矿	77.18	-	-	1.29	-	13.52	-	1.8	0.93

实施例1

制成所述环保烧结砖的原料包括：40％的铁矿尾砂、10％的砖头和渣土、28％的页岩、12％的炉渣、以及10％的煤矸石。

环保烧结砖的制备方法包括以下步骤：

S1、将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和/或煤矸石先采用细碎颚式破碎机初破后粒度为20mm-30mm，然后锤式破碎机破碎后粒径应小于3mm，然后通过细碎对辊机后粒度应小于1.5mm，破碎后搅拌混合形成混合物A；

S2、将所述混合物A加水至混合料的含水量为60wt％，搅拌得到混合物B；

S3、将所述混合物B(在陈化库)陈化72h，得到混合物C；

S4、将所述混合物C通过皮带输送至强力搅拌机搅拌后，进入全硬塑砖机挤压(挤出压力为150Pa)成型(成型压力为2MPa，真空度为0.09MPa)形成泥条，再通过全自动切、码、运系统对泥条进行切条、切坯、分缝，码至窑车上 (自动码坯机的夹坯的气压在0.5MPa，湿坯码高在10层)。再经过窑炉运转设备将码好的砖坯运入烘干室，使得砖坯含水率降到5％以下。再将干燥好的砖坯拉出直接置入焙烧窑进行焙烧，温度是1050℃，焙烧时间为30min得到长宽高为30×15×10cm的无黏土环保烧结砖，记为S1。

实施例2

制成所述环保烧结砖的原料：参照实施例1，区别在于采用钼矿尾砂代替铁矿尾砂。

环保烧结砖的制备方法包括以下步骤：同实施例1，所制得的长宽高为 30×15×10cm的无黏土环保烧结砖记为S2。

实施例3-6

制成所述环保烧结砖的原料：如表2所示。

表2

实施例	3	4	5	6
					铁矿尾砂(wt％)	37	40	43	20
建筑垃圾(wt％)	9	10	9	9
					废料页岩(wt％)	30	28	28	55
炉渣(wt％)	10	10	10	8
					煤矸石(wt％)	14	12	10	8

环保烧结砖的制备方法包括以下步骤：同实施例1，所制得的长宽高为30 ×15×10cm的无黏土环保烧结砖记为S3-S6。

对比例1(参见CNCN105272092A中实施例)

制成所述环保烧结砖的原料：建筑垃圾37％、花岗岩废料29％、电解铜渣 25％、碱式氯化铝16％、斜锆石22％、硅酸铝纤维16％、多孔陶粒23％、晶须硅14％、石灰石26％、聚酯丙二醇7％、硼泥23％、锅炉灰17％、硫氧镁水泥33％、聚乙烯吡咯烷酮8％、碳化钙4％、水适量。

所述多孔陶粒的制备方法如下：a、按质量比8∶4∶3称取钛矿渣、珍珠岩尾砂、碎玻璃，混合均匀，粉碎，过350目筛；b、按质量比6∶3∶1称取粉煤灰、天然沸石、水铝英石，混合均匀，粉碎，过250目筛，加入相当于混合粉末重量4倍量的水，湿法球磨2.5h，烘干；c、向步骤a制得的粉末中加入相当于步骤a制得的粉末重量32％的纸浆废液、7％的亚硝酸铵和3％的碳酸氢钠，混合均匀，湿法造粒，粒径控制在0.3mm，然后放入微波烧结炉中，微波加热至525℃，保温 35min，冷却至常温；d、按质量比3∶1称取步骤b制得的粉末和步骤c制得的颗粒，混合均匀，然后加入相当于混合物重量21％的凹凸棒土以及适量的水，混合均匀，湿法造粒，粒径控制在0.9mm，然后放入马弗炉中，以6℃/min的速率升温至870℃，保温0.5h，再以4℃/min的速率升温至1230℃，保温1.5h，冷却至常温即可。

环保烧结砖的制备方法包括以下步骤：

(1)取建筑垃圾、电解铜渣和石灰石混合均匀，粉碎，过60-80目筛后与硅酸铝纤维、硼泥混合，搅拌5-6min，得混合料A；

(2)取花岗岩废料和斜锆石混合均匀，粉碎，过70-90目筛后与锅炉灰、晶须硅混合，搅拌2-3min，得混合料B；

(3)将上述制得的混合料A和混合料B混合，并边搅拌边依次加入碳化钙、碱式氯化铝、多孔陶粒、硫氧镁水泥、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯丙二醇，充分搅拌均匀后注入模中，并加入适量的水至混合料的含水量至55-65％，发气45-55min；

(4)将模放入养护室用50-60℃蒸汽养护，制备长宽高为1.5×1.5×1mm的成品，即为D1。

对比例2

制成所述环保烧结砖的原料包括：55％的铁矿尾砂、12％的建筑垃圾、13％的废料页岩、12％的炉渣、以及10％的煤矸石。

环保烧结砖的制备方法包括以下步骤：同实施例1，所制得的长宽高为30 ×15×10mm的无黏土环保烧结空心砖记为D2。

测试：

将实施例1至6以及对比例1和2所制备的环保烧结砖送至承德市产品质量监督检验所进行砖性能和强度测试，测试结果如表3所示：

表3.

由表1中数据可知，根据本发明实施例1-6所制备的环保烧结砖S1-S6的砖性能和强度能够在降低原料成本的基础上，达到甚至超过对比例1中所制备的环保烧结砖D1。而且根据本发明实施例1-6所制备的环保烧结砖S1-S6通过合理调整矿尾砂、建筑垃圾、废料页岩、以及炉渣和/或煤矸石的原料配比所制备的环保烧结砖S1-S6的砖性能和强度明显优于原料配比不符合本发明要求的对比例2所制备的环保烧结砖D2。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种环保烧结砖，其特征在于，制成所述环保烧结砖的原料以100重量％为基准由下列成分组成：37-43wt％的矿尾砂、9-11wt％的建筑垃圾、28-33wt％的页岩、8-15wt％的炉渣和8-15wt％的煤矸石，所述环保烧结砖的孔洞率≥40％，所述环保烧结砖的抗压强度≥2.5MPa。

2.根据权利要求1所述的环保烧结砖，其特征在于，制成所述环保烧结砖的原料中，矿尾砂与建筑垃圾的总量与页岩的重量比为(1.5-1.8)：1，所述建筑垃圾为不含水泥的砖头和渣土。

3.根据权利要求1所述的环保烧结砖，其特征在于，制成所述环保烧结砖的原料以其100重量％为基准由下列成分组成：40wt％的矿尾砂、10wt％的建筑垃圾、28wt％的页岩、12wt％的炉渣、以及10wt％的煤矸石。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的环保烧结砖，其特征在于，所述矿尾砂为铁矿尾砂和/或钼矿尾砂；所述矿尾砂中包括硅、钙、铝、铁和镁的氧化物，且硅、钙、铝、铁和镁的氧化物的总量大于所述矿尾砂总量的93.5wt％；所述矿尾砂中钾、钠、锰和硫的总量小于所述矿尾砂总量的0.01wt％。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的环保烧结砖，其特征在于，所述环保烧结砖的孔洞率为60-80％；所述环保烧结砖的抗压强度为3.8-8MPa。

6.一种权利要求1至3中任意一项所述的环保烧结砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和煤矸石破碎后，混合形成混合物A；

S2、将所述混合物A注入到模具中，并加水至混合料的含水量为55-65wt％，得到混合物B；

S3、将所述混合物B陈化48-96h，得到混合物C；

S4、将所述混合物C依次经过成型、烘干和烧制，得到无黏土环保烧结砖。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中将矿尾砂、建筑垃圾、页岩、以及炉渣和煤矸石破碎至粒度小于0.4mm。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中烘干干燥后的砖坯含水率降到5％以下；烧制的温度是1000-1100℃，焙烧时间为30-40min。