CN102093004A - 一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及制备方法 - Google Patents

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司密花
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郭东京
司密花
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Abstract

本发明公开了一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及制备方法,它按原料重量或体积份数配比:尾矿50-300,水泥3-30,并选择掺入下述至少一种以上的粉煤灰、煤矸石、页岩渣、碱渣、电石渣、化学石膏、冶金工业废渣等活性废料,经混合搅拌振压成型,自然养护或利用太阳能光热加温保湿养护制成一种复合型尾矿砌块砖,它改变了尾矿及废渣的单一性能,使制品因复合材料相互反应而增加了强度,提高了品质,工艺免烧免蒸,成本低廉,更换模机具可制备不同规格的实心砖、多孔砖、空心砌块、地面砖、植草砖、路沿砖、艺术栏杆,使尾矿等多种废渣化害为利,符合国家资源综合利用研发方向,极具开发应用前景。

Description

一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种免烧砖,尤其是一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及制备方法,属 于新型建筑材料领域。
背景技术
[0002] 在金属与非金属矿业开采深加工过程中产生大量的尾矿砂石粉和工业废渣,这些 固体废弃物日积月累,数量巨大,它破坏生态环境,占用大量土地,处理成本相当大,已成为 我国矿产工业发展的沉重负担。据有关资料显示,我国矿业固体废物如金属尾矿已堆积近 百亿吨,且每年还在以超过1X IO8吨的速度增长,严重污染着工业生产区和周边地区环境。 目前我国尾矿废弃物利用率还不到10%,国家正加大力度研究和开发尾矿应用途径,利用 尾矿开发新型建材是国家“十二五”规划提出的重点攻关课题之一。目前用工业废渣为主 要原料制砖的方法中,基本上是以粉煤灰为主要原料。虽然也有用尾矿制砖的方法,但由于 制作方法自身的缺陷,制砖效果并不理想,制品松散层裂且水泥用量多,尺寸偏差大,生产 效率低,劳动强度大,需要投资昂贵的蒸汽锅炉、蒸压釜、养护窑等,工艺复杂,生产成本高, 至今未能推广应用。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于:本发明提供了一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及其制备方 法,重点解决免烧制品质量差成本高、水泥掺量大和工艺复杂必须蒸压四大现存技术问题。 该方法采用矿业加工过程中产生的尾矿及废石粉为基本原料,配合其他活性工业废渣,运 用多种合成机理,制成一种复合增强型免烧免蒸建筑用砖,其制作方法简便可靠易于掌握, 配方灵活,生产成本低,砖的复合强度与成型性更好,用来替代粘土烧结砖保护耕地资源, 使尾矿等工业废渣化害为利,变废为宝,减少工业废料对环境的污染。
[0004] 为实现以上目的,本发明采用以下技术方案:一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及 制备方法,其特征在于,它选用下述重量或体积份数的原料配比:尾矿50-300,水泥3-30, 活性工业废渣粉煤灰、镁还原渣、炉渣、燃后煤矸石、硫酸渣、磷渣、矿渣、钢渣、铁合金渣、铜 渣、镍渣、赤泥、油页岩渣中至少一种或一种以上50-700,加入以下至少一种或一种以上的 废渣:碱渣0-300,电石渣0-200,化学石膏0-200,还可加入以下至少一种或一种以上物料: 石粉0-300,粗骨料0-300,废砂0-300,作为复合反应级配原料。
[0005] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其制备方法是,将选用的物料经制配,送 入搅拌机或轮碾混合搅拌机强制搅拌2-10分钟,加适量利于成型的水再搅拌2-10分钟,送 入振压型或液压振动型砌块砖成型机中振压成型,脱模后在常温常压保湿条件下自然养护 或铺盖塑膜接受太阳能光热加温保湿养护一段时间即得成品,更换不同模机具,可制备不 同规格型号的免烧免蒸复合型尾矿实心砖、多孔砖、空心砌块、地面砖、植草砖、路沿砖、艺 术栏杆。
[0006] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖制备方法,其中所述的物料制配是指对大
4颗粒块状物料进行破碎或筛分至粒径小于20mm以下或对选用的部分活性物料进行轮碾或 球磨以增强其胶凝活性。
[0007] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的尾矿是指在金属或非金属矿 业开采加工时,由选矿厂将矿石通过机械加工将目的精矿选出后所排放的固体废矿砂。
[0008] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的石粉是指石材加工厂用机器 切割石材时产生的石屑细石粉。
[0009] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的粗骨料是粒径小于20mm以 下的砂石料和/或粒径小于20mm以下的工业废渣中的至少一种。
[0010] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的镁还原渣是指炼镁厂煅烧白 云石提取镁成分后经还原炉排出的废渣,它在使用前需用水浸湿堆放8小时以上。
[0011] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的化学石膏是指化工企业排放 的磷石膏或工业排烟脱硫石膏。
[0012] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述燃后煤矸石是指煅烧或自燃后 的煤矸石。
[0013] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的电石渣是指用电石乙炔法生 产时排放的电石渣。
[0014] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的碱渣是指纯碱生产中煅烧石 灰石提取灰乳后排放的石灰渣返砂返石、精制盐废砂、盐泥及蒸馏废液渣。
[0015] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的废砂是指风沙、山沙、河沙或 铸造废弃型砂。
[0016] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的矿渣是指炼铁高炉用铁矿石 炼生铁时排放的残渣。
[0017] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的钢渣是指炼钢过程中排放的废渣。
[0018] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的铜渣是指火法炼铜或电解铜 所形成的废渣。
[0019] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的镍渣是指炼镍或炼镍铁合金 时所形成的废渣。
[0020] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的磷渣是指用电炉法生产黄磷 时产生的电炉黄磷废渣。
[0021] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的铁合金渣是指铁合金厂冶炼 各种铁合金时排放的废渣。
[0022] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的硫酸渣是指用硫铁矿制酸时 产生的硫铁矿烧渣。
[0023] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的赤泥是指铝厂在炼铝过程中 排放的废渣。
[0024] 根据所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的油页岩渣是指石油化工生产 中用低温干馏法加工油母页岩时从中提取油成分后排放的页岩废渣。
[0025] 与现有技术相比,本发明提供了 一种选用多种活性工业废渣与尾矿进行级配和复合反应型的高强度免蒸免烧尾矿砌块砖及其制备方法,解决了水泥掺量多、生产成本高、制 品必须蒸压、工序复杂等现存技术问题。本发明利用矿业生产过程中产生的大量尾矿为基 本原料,加入其它活性工业废渣,采用免烧免蒸压的简便制备方法,以复合材料增强方式制 成建筑用砖,既减轻了尾矿及其他废渣对环境的污染,又为建筑工程增加了新型材料。本发 明配方原料广泛,选料灵活机动,制出的复合型砖强度可达到国家建筑用砖标准。具有易于 生产、利废率高,生产成本低,产品效果好的特点。
[0026] 本发明所述的复合型尾矿砌块砖的复合增强与免烧免蒸压原理是:
[0027] 1、本发明运用了复合材料相互反应增强原理,并将硅酸盐混凝土与水泥混凝土两 大工艺和增强原理有机融合,形成了复合型尾矿砌块砖免烧免蒸压的工艺理论基础,使本 发明更具有了显著的技术进步。尾矿废料是一种砂状物料,平时是一盘散沙,如果仅用水泥 作胶凝剂,要想达到一定强度,其水泥用量必然很大,成本加高,且物料级配不好,在立即脱 模成型时极易产生松散层裂、缺棱掉角和尺寸偏差,严重影响制品质量,这是单纯使用水泥 混凝土工艺的缺陷。而硅酸盐混凝土虽然不用水泥作胶凝剂,但它必须要使用生石灰、石 膏、多种外加剂等商品资源,并在工艺上必须对物料进行多次轮碾、球磨、静停、加温消化、 预搅拌、终搅拌、使用大吨位压力成型机并送入蒸压釜进行蒸压,方可达到一定强度。这种 复杂的工艺成本和昂贵的设备投资及维护费用又是硅酸盐混凝土工艺的缺陷。
[0028] 2、本发明的技术方案是在水泥混凝土和硅酸盐混凝土两大工艺基础上,融其优 点,去其缺陷,充分选用多种活性工业废渣与尾矿进行复合,以其特性在常温常压下进行水 化反应,并掺加少量水泥加速复合物料的水硬性化合反应,既避免了水泥混凝土工艺的高 掺量水泥及制品缺陷,又避免了硅酸盐混凝土工艺的复杂程序及蒸压投资运行成本,实现 了复合型尾矿砌块砖制品的复合增强技术和免蒸压技术,使制品质量因复合材料的多种特 性复合相互反应与级配结合,具有了更好的整体综合性能,使其可塑性、易和性、成型性、耐 久性等更加优化,极大地改善了单种物料性能的不足,并在利用工业废渣的种类上有了更 广的可选范围。
[0029] 3、要实现尾矿砖免蒸压、免烧,必须以其原料在常温下形成硅酸盐、铝酸盐及水化 硫铝酸盐等水化物为前提。本技术方案选用的镁还原渣、钢渣、矿渣、磷渣、铁合金渣、铜渣、 赤泥等均含有大量硅酸二钙C2S或硅酸三钙C3S,与水泥熟料成分相同,选用它们与尾矿加 水复合可直接水化成水化硅酸盐和水化铝酸盐而形成坚固的物质,其水化反应如下:
[0030] 硅酸二钙水化生成水化硅酸钙:
[0031] 2Ca0 · Si02+H20 — 2Ca0 · SiO2 · H2O
[0032] 硅酸三钙水化生成水化硅酸钙和氢氧化钙:
[0033] 3Ca0 · Si02+2H20 — 2Ca0 · SiO2 · H2CHCa(OH)2
[0034] 铝酸三钙水化生成水化铝酸钙:
[0035] 3Ca0 · A1203+H20 — 3Ca0 · Al2O3 · H2O
[0036] 4、本技术方案选用的所有废渣,除风沙与砂石料外,均含有一定量的活性SiO2、活 性Al2O3以及CaO,要使这些活性废渣的硅铝钙成分形成水化硅酸钙和水化铝酸钙坚硬的物 质,必须有一个先决反应条件,那就是Ca(OH)2的存在。有了 Ca(OH)2的存在,活性废渣中的 SiO2才能和其形成水化硅酸钙,Al2O3才能和其形成水化铝酸钙。本发明中氢氧化钙Ca (OH) 2 有两个来源,一是来自配方中少量的硅酸盐水泥,二是来自配方中可选用的含有CaO的工业废渣如碱渣、电石渣、化学石膏以及其它多种可选用的高碱性废渣,其生成的Ca(OH)2反 应如下:
[0037] 水泥水化形成Ca (OH) 2 :
[0038] 3Ca0 · Si02+nH20 — xCaO · SiO2 · yH20+ (3_x) Ca (OH) 2
[0039] 含有CaO的高碱性工业废渣水化形成Ca (OH) 2 :
[0040] Ca0+2H20 — Ca (OH) 2+2H20
[0041] 在Ca(OH)2形成,并达到一定浓度后,活性废渣溶出的硅铝成分就开始与Ca(OH)2 反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,其反应如下:
[0042] SiO2 (活性)+mCa (OH) 2+aq — mCaO · SiO2 · aq
[0043] Al2O3 (活性)+nCa (OH) 2+aq — nCaO · Al2O3 · aq
[0044] 上述两个反应的生成物水化硅酸钙mCaO · SiO2 · aq和水化铝酸钙nCaO · Al2O3 · aq 均为胶凝物质,和水泥的水化反应相同,它们可将各种物料颗料粘结成为一体生成坚硬的 新物质,从而产生复合强度。
[0045] 5、尾矿通常以硅质岩型尾矿、碳酸盐型尾矿和复杂的硅酸盐矿物混合体方式存 在,它们的主要化学成分为Si02。硅质岩型尾矿在碱性水环境中,可自发地与碱性金属离 子发生化合,生成沸石或水化硅酸钙等不溶性矿物,碳酸盐型尾矿主要化学成分为CaCO3和 CaMg (CO3)2,如石灰岩和白云岩,它们煅烧后分解为活性石灰CaO和苛性白云石(如镁渣), 本技术方案中选用了这些碱性化合物遇水时可水化成碱性氢氧化物,具有气硬性胶凝特 性,当尾矿中富含Si02、Al203、Fe203等杂质时,又可与之反应而具有水硬性凝胶特性。而绝 大多数尾矿属于复杂的硅酸盐矿物混合体,它们由于在破碎磨细过程中形成了很好的比表 面积,在有水参与的情况下,这些新生的颗料表面置于碱性环境中也将具有水化反应能力, 形成含水矿物结晶体。水化合成尾矿建材,决不仅仅限定于狭义的水化合成硅酸钙,凡是水 化合成产物达到使用要求,且在工艺上能够实现的反应,均应纳入水化合成的范畴。水化合 成尾矿建材比普通的硅酸盐制品,所涵盖的范围更广,机理更加复杂。
[0046] 6、本发明技术方案的显著进步性在于,所述的复合型尾矿砌块砖,在免烧免蒸压 条件下所形成的制品复合强度至少来源于5个方面:一是掺入的少量水泥与多种活性物料 之间产生的水化反应强度;二是活性工业废渣中C2S或C3S产生的气硬性与水硬性化合反应 强度;三是所有被掺入的活性废渣物料中含有的活性Si02、Al203等,与水泥及含有CaO的碱 性物料遇水生成的Ca(OH)2产生的水化反应;四是物料复合级配后固相分子结合产生的综 合性能改善强度;五是尾矿中含有的Si02、A1203、Fe2O3等物质在碱性等物料环境激发下产 生的水硬性化合反应强度。这些复合型的增强机理,比单一的水合产物能获得更多的高强 耐久的水合产物,使制品的综合品质与整体性能得到显著优化。
具体实施方式
[0047] 实施例1
[0048] 尾矿150,水泥5,石粉100,镁还原渣100,碱渣100,废砂50,磨细铁合金渣50,粉 煤灰100,经制配送入搅拌机干拌3分钟,加适量利于成型的水湿拌3分钟,入振压砌块砖成 型机中振压成型,脱模后在摄氏0°C以上常温常压保湿条件下自然养护或铺盖塑料薄膜接 受太阳能光热加温保湿养护28天即得成品。[0049] 实施例2
[0050] 尾矿150,水泥3,镁还原渣50,碱渣50,磷渣50,磷石膏30,页岩渣50,炉渣50,磨 细钢渣或矿渣50,经制配送入轮碾混合机干碾搅拌5分钟,入搅拌机加适量易成型的水湿 拌5分钟,入砌块砖成型机中振压成型,脱模后在摄氏0°C以上常温常压保湿条件下自然养 护或铺盖塑料薄膜利用太阳能光热加温保湿养护28天以上即得成品。
[0051] 实施例3
[0052] 尾矿200,赤泥150,水泥6,燃后煤矸石100,磨细铜渣100,电石渣50,硫酸渣50, 镍渣50,粗骨料60,经制配送入搅拌机或轮碾混合机干拌5分钟,加适量利于成型的水湿拌 5分钟,入砌块砖成型机中振压成型,脱模后在摄氏0°C以上常温常压保湿条件下自然养护 或铺盖塑料薄膜接受太阳能光热加温保湿养护28天以上即得成品。
[0053] 实施例4
[0054] 尾矿150,水泥8,油页岩100,磨细矿渣50,炉渣50,石粉100,废砂50,经制配送入 搅拌机或轮碾混合机干拌5分钟,加适量利于成型的水湿拌5分钟,送入艺术栏杆成型机模 具中旋转离心成型,脱模后在摄氏0°C以上常温常压保湿条件下自然养护或铺盖塑料薄膜 接受太阳能光热加温保湿养护28天以上即得艺术围墙栏杆制品。
[0055] 本发明配方科学合理,所需废料种类有利于各地因地制宜、就地灵活选材实施生 产,其工艺简便,免烧免蒸,成本低廉,制作方法易于掌握,制出的复合型尾矿砌块砖改变了 单种材料性能的不足,具有强度高,成型好,尺寸偏差小,水泥胶凝材料用量少、利废率高等 特点,符合国家“十二五”规划今后五年对尾矿等工业废渣开发利用研究的重点攻关方向, 具有节能环保利废可持续发展等多种社会综合经济效益。

Claims (21)

1. 一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖及制备方法,其特征是,它选用下述重量或体积份 数的原料配比:尾矿50-300,水泥3-30,活性工业废渣粉煤灰、镁还原渣、炉渣、燃后煤矸 石、硫酸渣、磷渣、矿渣、钢渣、铁合金渣、铜渣、镍渣、赤泥、油页岩渣中至少一种或一种以上 50-700,加入以下至少一种或一种以上的废渣:碱渣0-300,电石渣0-200,化学石膏0-200, 还可加入以下至少一种或一种以上物料:石粉0-300,粗骨料0-300,废砂0-300,作为复合 反应级配原料。
2.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的尾矿是指在金属或 非金属矿业开采加工时,由选矿厂将矿石通过机械加工将目的精矿选出后所形成的固体废 矿砂。
3.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的石粉是指石材加工 厂用机器切割石材时产生的石屑细石粉。
4.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的煤矸石是指煅烧或 自燃后煤矸石。
5.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的粗骨料是粒径小于 20mm以下的砂石料和/或粒径小于20mm以下的粒状工业废渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的镁还原渣是指炼镁 厂煅烧白云石提取镁成分后经还原炉排出的废渣,使用前用水浸湿堆放8小时以上。
7.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的化学石膏是指化工 企业排放的磷石膏或工业排烟脱硫石膏。
8.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的电石渣是指用电石 乙炔法生产时排放的电石废渣。
9.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的碱渣是指纯碱生产 中煅烧石灰石提取灰乳后排放的石灰渣返砂返石,精制盐废砂、盐泥及蒸馏废液渣。
10.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的废砂是指风沙、山 沙、河沙或铸造废弃型沙。
11.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的矿渣是指炼铁高 炉用铁矿石炼生铁时排放的残渣。
12.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的钢渣是指炼钢过 程中排放的废渣。
13.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的铜渣是指火法炼 铜或电解铜所形成的废渣。
14.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的镍渣是指炼镍或 炼镍铁合金时所形成的废渣。
15.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的磷渣是指用电炉 法生产黄磷时产生的电炉黄磷废渣。
16.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的铁合金渣是指铁 合金厂冶炼各种铁合金时排放的废渣。
17.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的硫酸渣是指用硫 铁矿制酸时产生的硫铁矿烧渣。
18.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的赤泥是指铝厂在 炼铝过程中排放的废渣。
19.根据权利要求1所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其中所述的油页岩渣是指石 油化工生产中用低温干馏法加工油母页岩时从中提取油成分后排放的页岩废渣。
20.根据权利要求1所述的一种复合型尾矿免烧免蒸砌块砖,其制备方法是,将选用的 物料经制配,送入搅拌机或轮碾混合搅拌机强制搅拌2-10分钟,加适量利于成型的水再搅 拌2-10分钟,送入振压型或液压振动型砌块砖成型机中振压成型,脱模后在常温常压保湿 条件下自然养护或铺盖塑料膜接受太阳能光热加温保湿养护一段时间即得成品,更换不同 模机具,可制备不同规格型号的免烧免蒸实心砖、多孔砖、空心砌块、地面砖、路沿砖、植草 砖、艺术栏杆。
21.根据权利要求1至20所述的复合型尾矿免烧免蒸砌块砖制备方法,其中所述的物 料制配是指对大颗粒块状物料进行破碎或筛分至粒径小于20mm以下或对选用的部分活性 物料进行轮碾或球磨以增强其胶凝活性。
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