CN102390964A - 一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖及其制造方法，其特征在于它采用煤矸石废渣粉料、垃圾焚烧炉渣粉料、飞灰粉料、硅酸盐水泥、生石灰粉料、硫酸钙、氯化钠、松香热聚物、聚羧酸盐、硫酸钠、铝酸钠和水等原料，采用双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在25～30MPa的压力下制造成煤矸石废渣蒸压环保砖坯，再将成型后的煤矸石废渣环保砖送进蒸压釜，经蒸汽养护，自然降温，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品，用本发明原料还可制成不同规格的空心砌块和多孔砖，该产品具有重量轻，強度高，无污染，成本低，效益好的优点及效果，符合国家节能减排保护环境发展低碳经济要求。

Description

一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，具体地说它是以煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣、飞灰，经过破碎、分选、粉碎、磁选、干燥、磨粉、筛分后的粉料为主要原料生产的蒸压环保砖，属废物处理领域。

本发明还涉及该煤矸石废渣蒸压环保砖的制造方法。

背景技术

煤炭是人类赖以生存的主要能源之一，我国是世界上第一产煤大国，同时也是煤炭消费大国。在煤炭的开采及生产过程中排放出大量的煤矸石等固体废弃物，据统计资料显示，历年来累积堆存的煤矸石达45.6亿吨，而且还正在以每年0.8x10⁸～1.0x10⁸吨的速度增加。对人类的生存环境，社会和经济的可持续发展带来严重的危害。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排出的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。一般每采出1吨原煤将排出煤矸石0.2～0.5吨。因此，煤矸石是一类数量较大的一种固体废弃物。其矿物组成：煤矸石是一种与煤系地层共生，由多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。其岩石种类主要有粘土岩类、砂岩类、碳酸盐类、铝质岩类。粘土岩中主要矿物组分为粘土矿物，其次为石英、长石、云母、黄铁矿、碳酸盐等自生矿物，此外还含有丰富的植物化石、有机质、碳质等。粘土矿物是非常细小的，一般不超过1～2um，多是板状、层状或纤维状结构。粘土岩类在煤矸石中占有相当大的比例。砂岩类矿物多为石英、长石、云母、植物化石和菱铁矿结核等，并含有碳酸盐的粘土矿物或其他化学沉积物。在采煤掘进巷道选出的煤矸石，大多以砂岩为主。碳酸盐类的矿物组成为方解石、白云石、菱铁矿，并混有较多的粘土矿物、陆源碎屑矿物、有机物、黄铁矿等。铝质岩类均含有三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石等高铝矿物，此外还含有石英、玉髓、褐铁矿、白云母、方解石等矿物。在自然条件下，有时煤矸石会发生自燃。经过自燃的煤矸石，矿物组分会发生变化。如果自燃温度较高，燃烧比较充分，矿物中便不再有高岭土、水云母等矿物存在，而主要是一些性质稳定的晶体，如石英、赤铁矿、莫来石等矿物。但一般自燃温度都偏低，部分煤矸石完全不燃烧，矿物中还残留有高岭土、水云母等，并有少量赤铁矿。但此时高岭土、水云母已大部分失去结晶水而使晶格遭到了破坏，形成了玻璃体类物质。自燃后的煤矸石中可燃物大大减少，SiO₂、Al₂O₃等含量相对增加，与火山灰比，化学成分相似。经研究分析：其中含SiO₂：55～65％、Al₂O₃：18～35％、CaO：2～7％、MgO：1～2％、Fe₂O₃：2～6％、TiO₂：1～3％、P₂O₅：0.06～0.2％、V₂O₅：0.005～0.01％、烧失量：2～16％，还含有：Ga、Be、Co、Cu、Mn、Mo、Ti、Pb、V、Zn、In、Bi、Ge等微量稀有金属元素以及磷、硫氧化物等。受日晒、雨淋、风吹，氧化等将产生大量的细粒微粉和颗粒物，遇大风而进入大气，使空气受到污染，产生灰霾天气，造成新的二次空气环境污染，其中的有害成分可通过土壤、地表或地下水体等直接或间接导致水资源受污染，对人体健康造成极大的危害。煤矸石的长期堆放还需要占用大量的土地资源，随着我国经济社会和科学技术的发展，为了贯彻落实国务院关于节能减排、发展低碳经济、保护环境的有关规定，如何科学地对煤矸石废渣进行处理处置，使其达到无害化和资源化。已成为各级政府及环保科学专家们共同关注的问题。

发明内容

本发明的目的正是为了解决上述存在的问题而提供一种用煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和飞灰为主要原料生产的蒸压环保砖，从而解决了煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和飞灰对环境产生的污染，又解决了煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣的资源化再生利用，变废为宝，化害为益，实现了固体废弃物的资源良性循环利用。

本发明还提供该煤矸石废渣蒸压环保砖的制造方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实現的；

一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，其特征在于它由下述重量配比的原料制成：

所述的煤矸石废渣是煤矿在建井与岩巷掘进过程中排出的废岩石、采煤过程中产生的煤矸石废渣、原煤在洗选过程中排出的尾矿混合固体废弃物，经过煅烧、破碎、分选、粉碎、磁选、干燥、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的垃圾焚烧炉渣粉料是生活垃圾经过焚烧发电后排出的炉底废渣，经过分选、粉碎、磁选去除废金属后、再经干燥、轮碾磨粉、分筛后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的垃圾焚烧飞灰是生活垃圾在焚烧发电过程中通过烟气除尘系统在除尘过程中产生的一种细灰，经过分选、磁选、干燥、筛分后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的生石灰是石灰石经过煅烧、破碎、粉碎、分选、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-0.2mm的粉料。

所述的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖的制造方法，其特征在于它按下述步骤进行：

(a)将55～70重量份的煤矸石废渣粉料、30～40重量份的垃圾焚烧炉渣粉料、15～25重量份的垃圾焚烧飞灰、13～23重量份的硅酸盐水泥、12～18重量份的生石灰粉料、3～6重量份的硫酸钙粉料、0.5～0.8重量份的氯化钠、0.006～0.01重量份的松香热聚物、0.6～1.0重量份的聚羧酸盐、0.03～0.06重量份的硫酸钠、0.03～0.06重量份的铝酸钠和14～26重量份的水为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在25～30Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，

(b)再将成型后的煤矸石废渣环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热2～3小时，在95～100度再恒温5～8小时，然后自然降温1～2小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品。

所述的硫酸钙其粉碎粒径为-0.2mm的粉料。

本发明采用煤矸石废渣粉料、垃圾焚烧炉渣粉料和飞灰粉料为蒸压环保砖的主要原料，是因为煤矸石废渣中的活性SiO₂和Al₂O₃的含量都很高，一般高达55％～80％，如砂岩质煤矸石的二氧化硅和三氧化二铝的总含量均在80％以上。反映了煤矸石的无机成分特征，是煤矸石的资源化利用的重要质量指标。参与水化后，所生成的托勃莫来石比较多；而托勃莫来石的生成对蒸压环保砖的强度具有一定的增强作用，生成量越大，形成环保砖的强度就越高。另外，由于煤矸石废渣中所含活性二氧化硅和三氧化二铝的含量特别高，其中SiO₂含量70.38％，Al₂O₃含量22.27％，还含有铁、钙、镁等多种元素，均有利于提高煤矸石废渣蒸压环保砖的各项性能，而煤矸石废渣与氧化钙结合体系中所生成的托勃莫来石更多，其蒸压环保砖的强度就更高。选用硅酸盐水泥、生石灰粉料和硫酸钙粉料为煤矸石环保砖的胶凝材料；选用聚羧酸盐为高效减水剂，氯化钠为防冻剂，松香热聚物为引气剂，铝酸钠为速凝剂和硫酸钠为早强剂来提高和改善煤矸石废渣蒸压环保砖的抗冻融性等耐久性指标大幅度提高。这些综合性能可控制建筑材料的质量要求。上述多种添加剂具有分散性强、减水率高、掺量少、高效、工艺稳定等优点。便于生产和具有良好的耐热与长期稳定性；能够增强煤矸石废渣生产的蒸压环保砖的抗压强度。

本发明选用垃圾焚烧炉渣粉料和垃圾焚烧飞灰为煤矸石废渣蒸压环保砖的辅助原料，是垃圾炉渣和飞灰中含有大量的二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙等化学成分，在蒸汽养护过程中具有潜在的水化活性，它能与氢氧化钙在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。在垃圾炉渣粉料和煤矸石废渣粉料及其他掺料表面形成的一层水化产物将垃圾炉渣粉料和其他掺料胶结起来，形成具有一定物理力学性能强度材料。

本发明的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖的制造方法，是将煤矸石废渣粉料、垃圾焚烧炉渣粉料、垃圾焚烧飞灰粉料、硅酸盐水泥、生石灰粉料、硫酸钙粉料、氯化钠防冻剂、松香热聚物引气剂、聚羧酸盐高效减水剂、硫酸钠早强剂、铝酸钠速凝剂和水等原料，采用双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在25～30Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，再将成型后的煤矸石废渣环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热2～3小时，在95～100度再恒温5～8小时，然后自然降温1～2小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品，从而解决了煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和焚烧飞灰的处理难题，实现了煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和飞灰的资源化循环利用，以减少对自然环境的污染。

用本发明的原料还可制成不同规格型号的空心砌块和多孔砖。

按照本发明技术生产的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，经國家规定的有关建筑材料质量检测部门检验，各项技术指标均达到GB13545-2003标准要求。

经广东省建材科学研究院建材产品质量检验中心检测结果如下：

一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖的检测：依据广州市建委文件：穗建筑(2002)15号文件和GB13545-2003标准。规格：240x115x53mm。

a)抗压强度：10块平均值：15.3Mpa，单块最小值：11.5Mpa。

b)抗折強度：平均值：3.3Mpa，单块最小值：2.8Mpa。

C)吸水率16.6％。

d)体积密度为：1662Kg/m³。

e)放射性：内照射：0.5、外照射：0.8，优于国家标准。检验依据：GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》

煤矸石废渣轻质空心砌块的检验依据：GB/T15229-2002，规格为：390X190X190mm，抗压强度平均值为：8.0Mpa，单块最小值为：6.8Mpa，干燥表观密度为：1050Kg/m³，干缩率为：0.023％，均优于國家规定的5.0级的标准。

由于采取上述技术方案本发明技术具有如下优点及效果：

a)本发明的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，是以煤矸石废渣粉料、垃圾焚烧炉渣粉料和垃圾焚烧飞灰粉料为主要原料制成的一种蒸压环保砖，为固体废弃物的资源综合利用，有利于环境保护；

b)生产工艺简单，无三废排放，符合国家节能减排、发展低碳经济和循环经济政策及國务院66号文“关于大力发展节能、节地、节水、节材、利废、保温、隔热等新型建筑材料”要求精神，且投资少、見效快、成本低、效益好；

c)利用煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和垃圾焚烧飞灰为原料生产的蒸压环保砖，替代传统的实心粘土砖，为绿色、环保、节能建材，有广泛的发展前景；

d)解决了煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和垃圾焚烧飞灰在填埋过程中需要占用大量的土地资源和容易造成二次环境污染的难题，既保护了环境，又节约了土地，使煤矸石废渣、垃圾焚烧炉渣和垃圾焚烧飞灰的资源综合利用率达到95％以上。

具体实施方式

实施例1

将煤矿在建井与岩巷掘进过程中排出的废岩石、采煤过程中产生的煤矸石废渣、原煤在洗选过程中排出的尾矿混合固体废弃物，经过煅烧、破碎、分选、粉碎、磁选、干燥、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-1mm的煤矸石废渣粉料待用；

将生活垃圾经过焚烧发电后排出的炉底废渣，经过分选、粉碎、磁选去除废金属后、再经干燥、轮碾磨粉、分筛后制成粒径为-1mm的垃圾焚烧炉渣粉料待用；

将生活垃圾在焚烧发电过程中通过烟气除尘系统在除尘过程中产生的一种细灰，经过分选、磁选、干燥、筛分后制成粒径为-1mm的垃圾焚烧飞灰粉料待用；

将生石灰是石灰石经过煅烧、破碎、粉碎、分选、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-0.2mm的粉料待用；

取上述制备的煤矸石废渣粉料55kg、垃圾焚烧炉渣粉料30kg、垃圾焚烧飞灰粉料15kg、硅酸盐水泥13kg、生石灰粉料12kg、硫酸钙粉料3kg、氯化钠0.5kg、松香热聚物0.006kg、聚羧酸盐0.6kg、硫酸钠0.03kg、铝酸钠0.03kg和水14kg为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在28Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，再将成型后的环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热.2.5小时，在98度再恒温6小时，然后自然降温1.5小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品。经检测平均抗压強度为：15.3Mpa，单块最小值：11.5Mpa，抗折强度为：平均值：3.3Mpa，单块最小值：2.8Mpa，吸水率为：16.6％，体积密度为：1662kg/m3，放射性：内照射0.5，外照射0.8，均达到《中华人民共和国建材标准》要求。为合格产品。

实施例2

取实施例1的煤矸石废渣粉料70kg、垃圾焚烧炉渣粉料40kg、垃圾焚烧飞灰粉料25kg、硅酸盐水泥23kg、生石灰粉料18kg、硫酸钙粉料6kg、氯化钠0.8kg、松香热聚物0.01kg、聚羧酸盐1.0kg、硫酸钠0.06kg、铝酸钠0.06kg和水26kg为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在30Mpa的压力下制造成煤矸石废渣轻质空心砌块，再将成型后的空心砌块送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热2.0小时，在100度再恒温5小时，然后自然降温2小时，制成煤矸石废渣蒸压空心砌块产品。经检测平均抗压強度为：8.0Mpa，单块最小值：6.8Mpa，干燥表观密度为：1050Kg/m³，干缩率为：0.023％，均达到《中华人民共和国建材标准》要求。为合格产品。

实施例3

取实施例1的煤矸石废渣粉料58kg、垃圾焚烧炉渣粉料32kg、垃圾焚烧飞灰粉料18kg、硅酸盐水泥15kg、生石灰粉料13kg、硫酸钙粉料4kg、氯化钠0.6kg、松香热聚物0.008kg、聚羧酸盐0.7kg、硫酸钠0.04kg、铝酸钠0.04kg和水16kg为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在26Mpa的压力下制造成煤矸石废渣多孔轻质空心砖，再将成型后的多孔轻质空心砖送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热2小时，在99度再恒温7小时，然后自然降温1小时，制成煤矸石废渣蒸压多孔轻质空心砖产品。经检测平均抗压強度为：10.8Mpa，单块最小值：7.8Mpa，干燥表观密度为：1010kg/m³，吸水率为：15.5％，干缩率为：0.023％，均达到《中华人民共和国建材标准》要求。为合格产品。

实施例4

取实施例1的煤矸石废渣粉料63kg、垃圾焚烧炉渣粉料35kg、垃圾焚烧飞灰粉料20kg、硅酸盐水泥18kg、生石灰粉料14kg、硫酸钙粉料5kg、氯化钠0.7kg、松香热聚物0.007kg、聚羧酸盐0.8kg、硫酸钠0.05kg、铝酸钠0.05kg和水20kg为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在29Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，再将成型后的环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热3小时，在96度再恒温7小时，然后自然降温2小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品。经检测平均抗压強度为：15.6Mpa，抗折强度为：平均值：3.5Mpa，均达到《中华人民共和国建材标准》要求。为合格产品。

实施例5

取实施例1的煤矸石废渣粉料68kg、垃圾焚烧炉渣粉料38kg、垃圾焚烧飞灰粉料23kg、硅酸盐水泥20kg、生石灰粉料16kg、硫酸钙粉料6kg、氯化钠0.8kg、松香热聚物0.009kg、聚羧酸盐0.9kg、硫酸钠0.06kg、铝酸钠0.06kg和水22kg为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在25Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，再将成型后的环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热3小时，在95度再恒温8小时，然后自然降温1.5小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品。经检测平均抗压強度为：12.6Mpa，抗折强度为：平均值：3.0Mpa，均达到《中华人民共和国建材标准》要求。为合格产品。

Claims (3)

1.一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，其特征在于它由下述重量配比的原料制成：

所述的煤矸石废渣是煤矿在建井与岩巷掘进过程中排出的废岩石、采煤过程中产生的煤矸石废渣、原煤在洗选过程中排出的尾矿混合固体废弃物，经过煅烧、破碎、分选、粉碎、磁选、干燥、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的垃圾焚烧炉渣粉料是生活垃圾经过焚烧发电后排出的炉底废渣，经过分选、粉碎、磁选去除废金属后、再经干燥、轮碾磨粉、分筛后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的垃圾焚烧飞灰是生活垃圾在焚烧发电过程中通过烟气除尘系统在除尘过程中产生的一种细灰，经过分选、磁选、干燥、筛分后制成粒径为-1mm的粉料；

所述的生石灰是石灰石经过煅烧、破碎、粉碎、分选、轮碾磨粉、筛分后制成粒径为-0.2mm的粉料。

2.根据权利要求1所述的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖的制造方法，其特征在于它按下述步骤进行：

(a)将55～70重量份的煤矸石废渣粉料、30～40重量份的垃圾焚烧炉渣粉料、15～25重量份的垃圾焚烧飞灰、13～23重量份的硅酸盐水泥、12～18重量份的生石灰粉料、3～6重量份的硫酸钙粉料、0.5～0.8重量份的氯化钠、0.006～0.01重量份的松香热聚物、0.6～1.0重量份的聚羧酸盐、0.03～0.06重量份的硫酸钠、0.03～0.06重量份的铝酸钠和14～26重量份的水为原料加入双轴混合搅拌机搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型，在25～30Mpa的压力下制造成煤矸石废渣环保砖坯，

(b)再将成型后的煤矸石废渣环保砖坯送进蒸压釜进行蒸汽养护，先升温加热2～3小时，在95～100度再恒温5～8小时，然后自然降温1～2小时，制成煤矸石废渣蒸压环保砖产品。

3.根据权利要求1或2所述的一种用煤矸石废渣生产的蒸压环保砖，其特征在于它所述的硫酸钙其粉碎粒径为-0.2mm的粉料。