CN102503263B

CN102503263B - 一种利用工业尾矿的建筑空心砖及其制备方法

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Publication number: CN102503263B
Application number: CN201110319557.8A
Authority: CN
Inventors: 丁向群; 龚威
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102503263A

Abstract

本发明涉及建筑空心砖领域，具体为一种利用工业尾矿的建筑空心砖及其制备方法，特别涉及利用工业铁尾矿、铜尾矿、硼泥等工业废弃物制备免烧、免蒸建筑空心砖及其制备方法。按重量百分比计，其原料组成为：工业尾矿30-80％；水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种5-30％；骨料0-50％；无机胶粘剂0-35％；其他外加剂0-5％；水占水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种与工业尾矿重量之和的3-20％。利用工业尾矿加入水泥、粉煤灰、矿渣中的至少一种混合，通过振捣或在压力下成型，养护后脱模，继续在室温下养护至28天或者强度达到5MPa以上后，获得空心砖。本发明制得的空心砖具有强度高，抗冻性好等特点，并能够实现工业尾矿的资源化。

Description

一种利用工业尾矿的建筑空心砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑空心砖领域，具体为一种利用工业尾矿的建筑空心砖及其制备方法，特别涉及利用工业铁尾矿、铜尾矿、硼泥等工业废弃物制备免烧、免蒸建筑空心砖及其制备方法。

背景技术

现有的空心砖是采用粘土或水泥经过烧制而成，随着建筑业的发展，空心砖的需求量日益增加，制造空心砖耗费大量的资源、成本高，并且在烧制的过程中存在污染环境的问题。

工业铁尾矿、铜尾矿等是选矿后的废弃物，是常见的工业固体废弃物。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿吨以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近100亿吨，年排出尾矿量高达5亿吨以上，其中黑色冶金矿山年排放尾矿量达1.5亿吨。目前，我国的尾矿综合利用率不足10％，铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3。因此，铁尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。

如表1所示，铁尾矿的主要化学成分请参见：鞍本地区选铁尾矿资源现状与利用前景，岳铁兵，矿产保护与利用，2011年12月第6期。

表1 铁尾矿多元素主要化学成分(wt％)

如表2所示，铜尾矿多元素的主要化学成分请参见：赤峰铜矿尾矿的综合利用，王苹，董风芝，金属矿山，2010年第3期。

表2 铜尾矿多元素主要化学成分(wt％)

硼泥是生产硼酸、硼砂等产品产生的废渣，为灰白色、黄白色粉状固体，呈碱性，含氧化硼和氧化镁等组分，俗称“硼泥”。硼泥的堆存处置不仅占用大量土地，而且会使堆场附近的土壤碱化并引起硼的迁移转化，造成环境污染。由于硼是植物生长需要的微量元素，因此可利用硼泥生产硼镁磷肥和硼镁钙肥等复合肥料。按重量百分比计，硼泥成分：TFe(全铁)：5～15％；B₂O₃：2～3％；MgO：32～40％；SiO₂：15～25％；Na₂O：0.2％；烧失率：20～25％。

利用工业废弃物(如粉煤灰、矿渣等)制备建筑空心砖已经广泛使用，但以工业铁尾矿、铜尾矿、硼泥为原料(重量比在30％以上)直接制备免烧、免蒸空心砖未见之专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业尾矿(如铁尾矿、铜尾矿或硼泥等)直接制备的建筑空心砖及方法，实现建筑物自重的降低以及提高建筑物的保温节能性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：工业尾矿30-80％；水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种5-30％；骨料0-50％；无机胶粘剂0-35％；其他外加剂0-5％；水占水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种与工业尾矿重量之和的3-20％。

按重量百分比计，优选原料组成包括：工业尾矿40-60％；水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种10-20％；骨料5-30％；无机胶粘剂5-20％；其他外加剂1-3％；水占水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种与工业尾矿重量之和的10-20％。

所述工业尾矿为铜尾矿、铁尾矿、硼泥等类似的工业废弃物中的至少一种，工业尾矿的粒度范围为80-300目，其中大于180目的颗粒至少为15wt％(一般为15-35wt％)，不符合粒度要求的工业尾矿需要通过粉磨处理实现粒度要求。

粉煤灰是从煤燃烧后烟气中的细灰，掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性，减少了混凝土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，增加混凝土地修饰性。

矿渣为矿石经过选矿或冶炼后的残余物，建筑材料中的矿渣呈细粒状，矿渣经磨细后，是水泥的活性混合材料。矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能，可以改善易和性、提高早强、减少水化热等。

水泥呈粉末状，与适量水拌合成塑性浆体，经过物理化学过程浆体能变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。另外，水泥是一种良好的胶凝材料，作为无机粘结剂能把砂、石等材料牢固地胶结在一起，水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。

骨料为粗砂、碎石、卵石、陶粒、建筑垃圾中的一种或多种。粗砂是砂土中砾粒含量不大于25wt％，而粒径大于0.5毫米的含量超过总质量50％的砂。碎石指的是符合工程要求的岩石，经开采并按一定尺寸加工而成的有棱角的粒料，一般混凝土使用5-25mm粒径的碎石。卵石指的是风化岩石经水流长期搬运而成的粒径为60～200mm的无棱角的天然粒料。陶粒的粒径一般为5-20mm，如：粉煤灰陶粒、黏土陶粒、页岩陶粒或垃圾陶粒等。建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生得渣土、弃土、弃料、余泥及其他废弃物。

所述无机胶粘剂为水玻璃、水泥、磷酸盐、硼酸盐中的一种或一种以上。如果选用水玻璃，水玻璃的模数应大于2.5。如果选用水玻璃，需要加入固化剂为含有钠离子的盐(如硫酸钠或碳酸钠等)、磷酸盐(如聚合磷酸铝、磷酸铝或磷酸硅等)中的至少一种，其掺量为水玻璃重量的1-10％，优选3-5％。

采用无机胶粘剂既能耐高温又能耐低温，成本低，不易老化，结构简单，粘结度高。

所述其他外加剂为减水剂和/或早强剂。

所述减水剂为木质素类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸类减水剂等水泥混凝土常用减水剂中的一种或两种以上，其掺量为0-1wt％，优选0.1-0.75wt％。

减水剂是一种能减少必要的单位用水量，并能满足规定的稠度要求，提高和易性的外加剂。减水剂的主要作用有以下几个方面：增加水化效率，减少单位用水量，增加强度，节省水泥用量；改善和易性，防止成分的离析；提高抗渗性，减水透水性，避免建筑结构漏水，增加耐久性，增加耐化学腐蚀性能；减少混凝土凝固的收缩率，防止混凝土构件产生裂纹；提高抗冻性，有利于冬季施工。

所述早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、硫酸钠、氯化钠、氯化钙、硫代硫酸钠、硫酸铝、碳酸钠、硝酸钠中的一种或一种以上，其掺量为0-5wt％，优选0.9-2.5wt％。

早强剂是指能提高早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝上早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能的外加剂。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将工业尾矿30-80％，水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种5-30％，骨料0-50％，无机胶粘剂0-35％，其他外加剂0-5％，占水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种与工业尾矿重量之和的3-20％的水，经过充分混合后，通过振捣或压力成型(在不大于10MPa压力下成型，一般为0-5MPa)，养护后脱模，继续在室温下养护至28天或者强度达到5MPa以上后，获得空心砖。

所述脱模前的养护是指在室温下养护1-3天，或在30-80℃下养护8-24小时，尤其是在40-70℃下养护10-20小时。

本发明的有益效果是：

1、本发明以铁尾矿、铜尾矿、硼泥等等类似含有较多氧化硅成分的工业尾矿为主要原料，直接与水泥、粉煤灰、矿渣、骨料、水、水玻璃、固化剂等按照一定比例共同混合，振捣或在一定压力下成型、养护(或在一定温度下养护)，制备建筑空心砖产品，产品具有良好的抗压强度、软化性能、抗冻性等性能，抗压强度可达到5-25MPa，孔隙率为40-50％。

2、本发明利用工业尾矿制备建筑空心砖可以消耗大量尾矿，保护环境，实现工业尾矿资源化。

具体实施方式

下面参照实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：铁尾矿(粒度大于180目的颗粒重量占总重量的20％)40％，粉煤灰10％，陶粒30％，水玻璃13％(水玻璃模数2.8)，聚合磷酸铝占水玻璃重量的3％，硫酸钠占水玻璃重量的1％，常用聚羧酸类减水剂(固含量为40wt％)0.5％，水余量。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将上述原料经过充分混合后，将混合物装入空心砖模具内，并振捣密实，在20℃条件下养护24小时，养护后脱模，继续在室温下养护至28天，获得成品，其孔隙率为45％，其抗压强度为12.5MPa。

实施例2

本实施例利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：铜尾矿(粒度大于180目的颗粒重量占总重量的25％)40％，粉煤灰15％，粗砂25％，水玻璃9％(水玻璃模数2.6)，硫酸钠占水玻璃重量的2％，常用木质素类减水剂0.5％，水余量。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将上述原料经过充分混合后，将混合物装入空心砖模具内，并振捣密实，在20℃条件下养护2天，养护后脱模，继续在室温下养护至28天，获得成品，其孔隙率为45％，其抗压强度为11.8MPa。

实施例3

本实施例利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：铁尾矿(粒度大于180目的颗粒重量占总重量的30％)45％，矿渣18％，卵石20％，硼酸钠5％，常用萘系减水剂0.3％，硫酸铝1％，水余量。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将上述原料经过充分混合后，将混合物装入空心砖模具内，并振捣密实，在50℃条件下养护10小时，养护后脱模，继续在室温下养护至28天，获得成品，其孔隙率为50％，其抗压强度为11.5MPa。

实施例4

本实施例利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：铜尾矿(粒度大于180目的颗粒重量占总重量的35％)50％，水泥20％，碎石15％，水玻璃5％(水玻璃模数3.0)，硫酸钠占水玻璃重量的5％，常用聚羧酸类减水剂0.25％，三乙醇胺0.5％，水余量。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将上述原料经过充分混合后，将混合物装入空心砖模具内，在3MPa压力下成型，在50℃条件下养护12小时，养护后脱模，继续在室温下养护至28天，获得成品，其孔隙率为42％，其抗压强度为14.5MPa。

实施例5

本实施例利用工业尾矿的建筑空心砖，按重量百分比计，其原料组成包括：硼泥(粒度大于180目的颗粒重量占总重量的18％)57％，水泥10％，粗砂5％，磷酸硅20％，常用聚羧酸类减水剂1％，甲酸钙2％，水余量。

所述利用工业尾矿制备建筑空心砖的方法，该方法的工艺步骤是：原料计量混合-振捣(或压力)成型-养护-脱模-养护-成品；将上述原料经过充分混合后，将混合物装入空心砖模具内，并在5MPa下压力成型，在30℃条件下养护24小时，养护后脱模，继续在室温下养护至28天，获得成品，其孔隙率为43％，其抗压强度为13.2MPa。

实施例结果表明，本发明利用工业尾矿制备建筑空心砖产品，产品具有良好的抗压强度、软化性能、抗冻性等性能，可以消耗大量尾矿，保护环境，实现工业尾矿资源化。

Claims

1.一种利用工业尾矿的建筑空心砖，其特征在于，按重量百分比计，其原料组成为：工业尾矿45-60%；水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种10-20%；骨料5-30%；无机胶粘剂5-20%；水占水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种与工业尾矿重量之和的10-20%；以及其他外加剂；

其他外加剂为减水剂，或者其他外加剂为减水剂和早强剂；

所述减水剂为木质素类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸类减水剂中的一种或两种以上，其掺量为0.25-0.75wt%；

所述早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、硫酸钠、氯化钠、氯化钙、硫代硫酸钠、硫酸铝、碳酸钠、硝酸钠中的一种或一种以上，其掺量为0.9-2.5wt%；

工业尾矿为铜尾矿、铁尾矿或硼泥中的至少一种，工业尾矿的粒度范围为80-300目，其中大于180目的颗粒为15-35wt％；

无机胶粘剂为水玻璃、磷酸盐、硼酸盐中的一种或一种以上，选用水玻璃时，水玻璃的模数大于2.5，并加入固化剂为含有钠离子的盐、磷酸盐中的至少一种，其掺量为水玻璃重量的1-10%。

2.按照权利要求1所述的利用工业尾矿的建筑空心砖，其特征在于，骨料为粗砂、碎石、卵石、陶粒、建筑垃圾中的一种或多种。

3.一种如权利要求1所述的利用工业尾矿的建筑空心砖的制备方法，其特征在于，该方法的工艺步骤是：原料计量混合、振捣或压力成型、养护、脱模、养护、成品；按所述原料组成，将工业尾矿，水泥、粉煤灰、矿渣中至少一种，骨料，无机胶粘剂，其他外加剂，水，经过充分混合后，通过振捣或压力成型，养护后脱模，继续在室温下养护至28天或者强度达到5MPa以上后，获得空心砖。

4.按照权利要求3所述的利用工业尾矿的建筑空心砖的制备方法，其特征在于，脱模前的养护是指在室温下养护1-3天，或在30-80℃下养护8-24小时。