CN1197807C - 一种免挤压无粘土固体废渣烧结砖的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种免挤压无粘土固体废渣烧结砖的生产方法，其主原料是工业固体废渣包括粉煤灰、尾矿、磷渣、废砂、炉渣、赤泥、硫酸渣、污泥，配以磷酸为主或水玻璃为主的两个不同体系的添加剂，根据主原料中含硅、铝、铁、钙氧化物的多少进行配比，经混合、浇注、固化、干燥、烧结等工序而得。本发明不用粘土、水泥、石灰等原料为粘结剂，成型采用浇注和振动成型方式，因此，提高了废物综合利用率，减少了天然资源的使用量，降低了生产投资、电耗、煤耗及生产成本。产品性能可与普通粘土烧结砖同比。是一种极具开发前景的建筑墙体材料。
Description
一、所属技术领域：建筑材料
二、背景技术：
粘土烧结砖作为“秦砖汉瓦”的典型代表，在我国已有数千年应用历史，至今依然广为采用。所谓粘土砖是以粘土为原料经坯体成型，高温烧结而成的使用最为广泛的建筑墙体材料，粘土砖的生产和使用不仅破坏环境，减少耕地，而且浪费资源和能源，是国家禁止和限制使用的落后产品。为了替代粘土砖，并利用工业废物，用工业废物制造新型墙体材料的技术在我国60年代就开展起来了，并形成了以烧结法、蒸压法、免蒸免烧三种代表性工艺技术。其中粉煤灰烧结砖、煤矸石烧结砖是烧结法的代表。所谓粉煤灰烧结砖是以粉煤灰和粘土为主要原料，经过原料陈化、配料、混合、挤压成型、干燥和焙烧等工序制作而成的建筑墙体材料。烧结粉煤灰砖在我国已有40多年的历史，最初采用塑性挤出工艺，粉煤灰掺量一般为25％左右；近年来，一些单位用可塑性较高的粘土(塑性指数18左右)，采用硬塑挤出工艺，使粉煤灰掺量提高到45％。为了进一步提高粉煤灰的掺量，一些单位采用了压制成型的方法，使粉煤灰的掺量提高到70％以上。不用粘土，采用少量无机或有机粘结剂，提高粉煤灰掺量，近而生产全粉煤灰烧结砖，将是以粉煤灰为原料的制砖企业的一条出路。
传统的粉煤灰烧结砖成型工艺有两种：挤出成型和半干压成型。由于粉煤灰是一种瘠性材料，塑性差，挤出成型工艺要求混合料具有好的塑性，并使生坯具有一定强度，这就必须从挤出机和粘土的塑性和比例上采取措施。粉煤灰加入量太高，塑性挤出困难，坯体质量差，对设备的磨损大；如果要强制挤出，并提高粉煤灰的掺加量，就必须采用大功率、高真空和外加粘结剂的方案，这无疑又会增加投资、提高成本。实践证明：当粉煤灰的掺量为60％时，采用挤出工艺生产的烧结砖，废品率高，成本比低掺量粉煤灰的还高。半干压成型方式也必须使用粘土为粘结剂，只是由于成型方式不同，粉煤灰的掺量可以提高，但提高的幅度是有限的，其原因是：粉煤灰一般很细，颗粒级配均匀，压制成型时，坯体层裂现象十分普遍，为了克服这一技术问题，必须掺加适量粗骨料(如炉底渣、石英砂、矿渣)，粗骨料太少，不发挥作用；骨料太多，又减少了粉煤灰的比例，并影响产品性能。因此，从原理分析可知，用传统的成型方法是不能生产出全粉煤灰烧结砖的。
近年来，很多单位和个人在提高粉煤灰用量，改进烧砖配方方面进行了开发，并相继取得了进展，并公开了一些专利技术：
中国专利1049148(公开号)公开了一种粉煤灰烧结砖新配方，配方为：粉煤灰30～80％，膨胀土20～50％，煤矸石10～30％，硼砂1～5％；1121920(公开号)公开了一种无粘土粉煤灰烧结砖及制法，配方为：粉煤灰80～97％，钙质膨润土3～20％；1200361(公开号)公开了一种粉煤灰烧结砖的制作工艺，所使用的原料为粉煤灰，膨胀珍珠岩，膨润土，粘土。128705(公开号)公开了一种高掺量粉煤灰烧结砖及生产方法，其配方为：粉煤灰70～90％，泥土30～10％，碱式磷酸钠0.5～1.5％，氯化铵0.1～0.8％；CN1325831A公开了一种粉煤灰烧结砖的生产工艺，其配方为粉煤灰80～90％，粘土17～4％，助熔剂3～6％，其中助熔剂由碱、碎玻璃、水云母按5/2/3组成；CN1091404A公开了一种用炼铜渣制造彩色琉璃瓦及波形瓦的方法，其显著特征是使用了先要焙烧处理的高铁废渣，并用磷酸或磷酸二氢铝为粘结剂；CN1358583A公开了一种以碎玻璃为主要原料的建材用品的方法，其配方特征是：玻璃/助剂/粉煤灰/水玻璃＝100/2～4/200～400/20～40，其中助剂为硼砂、碳酸钠、锑华、石墨等的配合物。
就烧结砖而言，以粉煤灰、煤矸石为主要原料制造烧结砖最具代表性，但是从目前技术看，不难发现如下特点：
(1)成型方式：无论是传统技术或公开的专利技术，烧结砖的生坯成型方式只有挤出和压制两种；
(2)配方：传统技术主要以粘土为粘结剂；无粘土型以膨润土为粘结剂；在一些配方中采用了助熔剂如硼砂、磷酸钠等。
综观传统技术，不用粘土(包括不用膨润土)、不用挤压成型，使粉煤灰在砖中的质量比例大于90％的工艺技术尚未见报道。
三、发明内容
1、本发明的目的
用工业废渣制造烧结砖仍然是规模化利用废弃物的主要技术路线之一。因此，本发明的目的是：针对传统废渣烧结砖必须使用粘土、高压成型、粉煤灰掺量低以及成本高的问题，发明一种不用粘土、不用挤压却可以大幅度提高粉煤灰类工业废渣用量、降低生产投资和生产成本的一种制砖技术。本发明将对工业废渣大宗利用、保护环境、节约天然资源产生积极意义。
2、本发明的技术内容
1)本发明的原料：
(1)主原料：工业废渣，包括粉煤灰、尾矿、磷渣、废砂、炉渣、赤泥、硫酸渣、污泥，它们既可单独使用，也可两种或两种以上混合搭配使用；
(2)添加剂：由两种体系组成，体系1由磷酸或磷酸二氢铝为主料，配合采用硅酸钠、碳酸钠、氟化钠、硼砂、氟硅酸钠、纤维素、废玻璃；体系2以水玻璃为主料，配合采用硅酸钠、碳酸钠、烧碱、氟化钠、硼砂、氟硅酸钠、纤维素、废玻璃；
(3)原料配合比：
主原料和添加剂的配合比范围如下表。
| 配方体系 | 主原料 | 添加剂组成(质量比例为主原料的％) | |||||||||
| 磷酸 | 水玻璃 | 硅酸钠 | 碳酸钠 | 烧碱 | 氟化钠 | 硼砂 | 氟硅酸钠 | 纤维素 | 废玻璃 | ||
| 体系1(％) | 100 | 1.5～9 | 0.2～5 | 0～2 | 0～3 | 0～3 | 0.3～3 | 0～5 | 0～3 | 0～5 | |
| 体系2(％) | 100 | 3～9 | 0～4 | 0～3 | 0～2 | 0.2～1.5 | 0～0.9 | 0.3～1.0 | 0～3 | 0～5 | |
(4)配方的适用范围
本发明采用的主原料工业废渣包括粉煤灰、尾矿、磷渣、废砂、炉渣、赤泥、硫酸渣、污泥，它们既可单独使用，也可两种或两种以上混合搭配使用。当主原料中氧化硅与氧化铝的质量百分数之和大于75％，或者氧化硅与铁氧化物之和大于70％时，可以采用表中两种添加剂体系；当主原料中氧化硅、氧化铝、氧化铁质量百分数之和小于50％，氧化钙大于10％时，采用添加剂体系2。
表中体系1所用的磷酸可以单独使用，也可以与磷酸二氢铝按质量比为1/0.1～1的重量比例搭配。
2)工艺过程：
(1)作为主原料的固体废渣若呈大块或大颗粒，首先需要破碎，若只有一种废渣单独使用，则要求粉磨，颗粒最大直径小于0.5mm，自然级配；如果两种或两种以上废渣配合使用，则要求主原料的废渣颗粒最大尺寸小于3mm，并要求其中至少一种废渣的颗粒最大尺寸小于0.1mm。所采用的不同种类和尺寸的废渣需要混合均匀；
(2)添加剂中可以溶解于水的物质，经计量混合后，用相当于主原料干态质量8～35％的水溶解；不能溶解于水的添加剂如废玻璃需要磨细并使颗粒最大尺寸小于0.1mm，然后与作为主原料的固体废渣混合均匀。
(3)把经过处理好的主原料和添加剂的水溶液混合均匀，湿混5～15分钟以上；
(4)把搅拌均匀的混合料浇注在具有稳定尺寸的模具(可用钢模、木模、塑料模)内，振动成型；自然固化3～24个小时后脱模；
(5)把生坯放置在可以搬动的平板上送入干燥室，干燥室的温度为40～200℃，热源可用蒸汽、电、煤、重油；最好是炉窑尾气，并且尾气中最好含有体积百分数大于0.5％的二氧化碳，且温度不高于200℃；干燥室需要安装引风机用于抽湿；当坯体质量含水率小于5％时，干燥过程结束；
(6)干燥后的坯体先经码坯，送入隧道窑或轮窑焙烧，最高温度为900～1150℃，并在最高温度下保温1～5小时，随炉慢速冷却后成为产品；冷却过程中的余热用于生坯干燥。
3、本技术与现有技术相比所具有的优点
本发明与传统制砖技术的显著区别在于：
1)本发明完全不用粘土、石灰、水泥、页岩、膨润土为粘结剂；
2)本发明采用浇注和振动成型，不用挤出机和压力机。
3)用本发明制备的烧结砖性能因采用的主原料性质及选用的添加剂系列不同而有所差异，但主要性能均可达到MU10普通粘土砖的质量指标，其中抗压强度大于10Mpa，抗折强度大于2.7Mpa，密度小于1.4g/cm3，吸水率小于23％；尺寸规矩，外观整齐，呈砖红色
正是原料配方和成型方式上的差异，使本发明与传统技术相比具有很大优势：提高了废物综合利用率，减少了天然资源的使用量；显著地节省了投资，特别是降低了电耗和煤耗，降低了成本。
四、附图说明：图1是本发明图工艺流程：
五、实施例
实施例1：取氧化钙质量百分含量小于8％的粉煤灰1000质量份，添加剂43质量份，其中添加剂的构成为：磷酸15质量份，硼砂5质量份，硅酸钠20质量份，纤维素3质量份，水350质量份；干料先混合均匀，添加剂溶于水，湿混均匀后浇注成型，12小时后脱模，在100℃下干燥2小时，把坯体送入炉中慢速升温烧结，并在1050℃下保温1小时，随炉冷却，降温到低于80℃后出炉。这种砖的密度1.3g/cm3，抗压强度22Mpa，抗折强度5Mpa，重烧5次，不变形，无裂纹。
实施例2：取氧化钙质量百分含量小于8％的粉煤灰1000质量份，添加剂91质量份，其中添加剂组成为：水玻璃35质量份，硼砂9质量份，硅酸钠10质量份，纤维素3质量份，氟硅酸钠4质量份，玻璃粉30质量份，添加剂中玻璃粉先与粉煤灰混合，其余料用水340质量份溶解；干料与添加剂水溶液，湿混均匀后浇注成型，5小时后脱模，在100℃下干燥2小时，把坯体送入炉中慢速升温烧结，并在1080℃下保温1小时，随炉冷却，降温到低于80℃后出炉。这种砖的密度1.4g/cm3，抗压强度15Mpa，抗折强度4Mpa，砖红色，线收缩率3.0％。
实施例3：取铸造车间产生的水玻璃废砂980质量份，粉磨至最大颗粒尺寸小于1mm；磷渣20质量份，粉磨至最大颗粒尺寸小于0.1mm；混合均匀后成为主原料，添加剂89质量份，其中添加剂的组成为：磷酸80质量份，硼砂9质量份，水340质量份；主料先混合均匀，添加剂溶于水，两类材料湿混均匀后浇注成型，5小时后脱模，在100℃下干燥2小时，把坯体送入炉中慢速升温烧结，并在1150℃下保温1小时，随炉冷却，降温到低于80℃后出炉。这种砖的密度0.9g/cm3，抗压强度11Mpa，抗折强度2.9Mpa，白色，线收缩率几乎为零。
实施例4：取原状铜渣1000质量份(颗粒尺寸小于3mm)，黄磷渣400质量份，粉磨至最大颗粒尺寸小于0.1mm；废玻璃粉70质量份，粉磨至最大颗粒尺寸小于0.1mm；三种原料混合均匀后成为主原料，添加剂46质量份，其中添加剂组成为：水玻璃40份，氟硅酸钠6份，水160份；主料先混合均匀，添加剂溶解于水，添加剂中氟硅酸钠先磨细过到颗粒尺寸小于0.05mm，后与主料干混均匀；主料与添加剂湿混均匀后浇注成型，3小时后脱模，在100℃下干燥2小时，把坯体送入炉中慢速升温烧结，并在1100℃下保温1小时，随炉冷却，降温到低于80℃后出炉。这种砖的密度2.4g/cm3，抗压强度大于50Mpa，抗折强度30Mpa，收缩率几乎为零。
Claims (3)
1、一种免挤压无粘土固体废渣烧结砖的生产方法，其特征是：
1)工艺流程：主原料和添加剂经磨细、配方、混匀后，浇注在模具中，经振动成型得坯体，自然固化，脱模后坯体送入干燥室脱水干燥，码坯后在烧结窑中进行烧结，并在最高温度下保温，随后慢速冷却后得到成品烧结砖；
2)原料及配方
(1)主原料：工业废渣，包括粉煤灰、尾矿、磷渣、废砂、炉渣赤泥、硫酸渣、污泥，它们既可单独使用，也可两种或两种以上混合搭配使用；
(2)添加剂：分为以磷酸为主的体系1和以水玻璃为主的体系2，再配以硅酸钠、碳酸钠、氟化钠、氟硅酸钠、硼砂、纤维素、烧碱、废玻璃；
(3)质量配比：主原料100％，添加剂体系1占主原料的质量百分比：磷酸1.5～9，硅酸钠0.2～5，碳酸钠0～2，烧碱0～3，氟化钠0～3，氟硅酸钠0～5、硼砂0.3～3，纤维素0～3，废玻璃0～5；添加剂体系2占主原料的质量百分比：水玻璃3～9，硅酸钠0～4，碳酸钠0～3，烧碱0～2，氟化钠0.2～1.5，氟硅酸钠0.3～1.0，硼砂0～0.9，纤维素0～3，废玻璃0～5，当主原料中氧化硅与氧化铝质量百分数之和大于75％，或者氧化硅与铁氧化物质量百分数之和大于70％时，采用上述两种添加剂体系；当主原料中氧化硅、氧化铝、氧化铁质量百分数之和小于50％，氧化钙质量百分数大于10％时，采用添加剂体系2；
3)技术条件
(1)主原料的粒度：作为主原料的固体废渣若呈大块或大颗粒，首先需要破碎，若只有一种废渣单独使用，则要求粉磨，颗粒最大直径小于0.5mm，自然级配；如果两种或两种以上废渣配合使用，则要求主原料的废渣颗粒最大尺寸小于3mm，并要求其中至少一种废渣的颗粒最大尺寸小于0.1mm；
(2)添加剂中不溶于水的物质如废玻璃需要磨细，并使颗粒最大尺寸小于0.1mm，并与主原料混合均匀；可溶于水的物质用相当于主原料干态质量8～35％的水溶解；
(3)主原料与添加剂及其水溶液混合均匀，湿混时间为5～15分钟；
(4)湿混料浇注并振动成型，自然固化3～24小时；
(5)干燥室温度40～200℃，干燥至坯体质量含水率小于5％；
(6)焙烧温度900～1150℃，并在最高温度下保温1～5小时。
2、根据权利要求1所述的免挤压无粘土固体废渣烧结砖的生产方法，其特征在于：添加剂体系1所用的磷酸可以单独使用，也可以与磷酸二氢铝按质量比为1/0.1～1的重量比例搭配。
3、根据权利要求1所述的免挤压无粘土固体废渣烧结砖的生产方法，其特征在于：干燥时，干燥气中含有体积百分数大于0.5％的二氧化碳气体。
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