CN103193443B - 一种矿渣免烧砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿渣免烧砖的制备方法，其采用下列步骤：按比例向酸浸锰矿渣中加入生石灰，对酸浸锰矿渣进行预处理，将经过预处理的酸浸锰矿渣、水泥和骨料按一定比例混合后得混合物，按一定水固比向所述混合物中加入水，并搅拌，得到泥浆状混合料，将所述泥浆状混合料压制成型得到砖坯，将所述砖坯在自然条件下养护，采取洒水常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖；本发明避免了硫对环境的二次污染，减少二氧化碳排放量，解决了含锰废渣堆放，占用土地资源，对环境破坏的难治理问题，变废为宝为企业和社会创造经济价值。

Description

一种矿渣免烧砖的制备方法
技术领域
本发明涉及一种砖的制备方法，具体为一种矿渣免烧砖的制备方法。
背景技术
目前世界上大部分国家仍然是以烧结粘土砖作为最主要的墙体材料，在发展中国家，粘土砖占墙体材料的比例就高达70%以上。全球在建筑行业出现能源缺乏方面的压力增长以及公众环保意识的提高，对建筑材料生产商带来了很大的压力。因为各国政府不断出台新的政策和立法，规定建筑物的能源使用限度和二氧化碳排放量。我国传统的墙体建筑材料红砖，用土量大，烧制一百万块要破坏一亩土地，对于我国这样一个人口众多，耕地资源有限的国家而言，保护和节约每一寸田地意义重大。于是，对免烧砌筑墙体砖的需求显的更加强烈。
同时作为世界锰深加工产品的最主要生产国，我国近年来电解锰产量近百万吨，现在的情况是废渣并没有被重视，而是做为废弃物被白白扔掉，简单将其堆放，其堆放占用大量土地资源，增加企业处置费用；其次，电解锰渣含有一定量的有害元素，任其排放将严重污染环境。于是，将锰矿渣用于制作免烧砖使锰矿渣得到合理、有效的利用这一技术难题愈加凸显。目前已有相关人员利用钢渣等工业废渣为原料生产免烧砖，但是产品效果并不是很理想，质量问题比较严重，主要表现在:1.冻融实验问题最为突出；2.抗压强度问题严重；3.吸水率问题不容忽视；4.耐久性差、易老化。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种工艺简单、成本低廉，利用锰矿渣制备免烧砖的方法。
本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种矿渣免烧砖的制备方法，其采用下列步骤：
（1）按比例向酸浸锰矿渣中加入生石灰，对酸浸锰矿渣进行预处理；
（2）将经过预处理的酸浸锰矿渣、水泥和骨料按一定比例混合后得到混合物；
（3）按一定水固比向所述混合物中加入水，并搅拌，得到泥浆状混合料；
（4）将所述泥浆状混合料压制成型得到砖坯；
（5）将所述砖坯在自然条件下养护，采取洒水常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖。
进一步地，步骤（1）中生石灰与酸浸锰矿渣的质量比例为1:3～5。
进一步地，步骤（2）中所述骨料为经过20目筛子筛之后的天然河砂。
进一步地，步骤（2）中所述水泥为普通硅酸盐水泥。
进一步地，步骤（2）中所述水泥和经过预处理的酸浸锰矿渣混合质量比例为1:3.5～8。
进一步地，经过预处理的酸浸锰矿渣和水泥的质量总和与河砂混合的质量比例为1:0.67～1.2。
进一步地，步骤（3）中所述水固比为2.5～3.5:10。
作为优选，步骤（4）中所述压制成型分为先采用自制模具初步成型和后采用电动油压机从上至下单面压头垂直加压成型，并保压一段时间。
作为优选，所述垂直加压为20～40MPa，保压时间为120秒。
进一步地，所述自制模具包括上模板、框架和下模板，所述下模板上设置有螺杆，上模板上设置有压力传感器，一螺母通过旋合在穿过上模板和压力传感器的所述螺杆上将免烧砖原料压紧在上模板、框架和下模板围成的空间内，所述压力传感器将压力信号传递至控制器，控制器根据信号控制螺母与螺杆的旋合长度，所述下模板上设有方型凸起块。
本发明与现有技术相比具有如下优点：一、制备建筑用免烧砖，摈弃了传统的高温焙烧工艺，不仅避免了硫对环境的二次污染，减少二氧化碳排放量，而且保护耕地，避免毁田，节约能源，降低能耗，对于我国这样一个人口众多、耕地资源有限的国家而言意义重大；二、以酸浸锰矿废渣为原料不仅解决了锰矿加工企业在生产过程中产生大量的含锰废渣因直接将矿渣堆放，占用大量的土地资源的同时对环境造成了破坏的难治理问题，而且变废为宝，为企业和社会创造经济价值；三、生石灰的加入可以与锰矿渣中的水分迅速反应并放出大量的热，除去过多的水分可以破坏其原来胶体状，达到分散的效果；四、采用普通硅酸盐水泥使砖组织更加细密，强度更高；五、采用天然河砂充当骨料不仅工业应用简单而且经济成本低；六、合适的配料比有益于免烧砖的成型、强度增加等非常重要的作用；七、合适的压力和持续时间有利于被压缩的空气排出和物料粒子的继续移位、错动和填充空隙，从而使塑性变形增加，保证了物料颗粒之间的物理化学作用能够高效进行，为后期高强度免烧砖的形成提供了条件；八、采用自然养护是在自然条件下，采取基本的常温保湿等措施进行的养护，其施工操作方便，工艺成本低廉，省时省力；九、采用自制模具初步成型，可以使料浆长时间恒压压制，初步成型的砖坯的边角部位坚实，有利于后续高强度压制使其抗压强度显著提高，同时在后期养护时有利于加快水化反应的速度，生成较多的水化产物，且改善水化产物的结晶度，砖的质量得到进一步提高。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明自制模具的结构示意图；
图3是本发明的成型压力对免烧砖抗压强度的影响图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明的一种矿渣免烧砖的制备方法，其采用下列步骤：按比例向酸浸锰矿渣中加入生石灰，对酸浸锰矿渣进行预处理；将经过预处理的酸浸锰矿渣、水泥和骨料按一定比例混合后得混合物；按一定水固比向所述混合物中加入水，并搅拌，得到泥浆状混合料；将所述泥浆状混合料压制成型得到砖坯；将所述砖坯在自然条件下养护，采取洒水常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖。
参考图2，本发明采用的自制模具，包括上模板1、框架2和下模板3，所述下模板3上设置有螺杆31，上模板上设置有压力传感器12，一螺母11通过旋合在穿过上模板和压力传感器的所述螺杆上将免烧砖原料压紧在上模板、框架和下模板围成的空间内，所述压力传感器12将压力信号传递至控制器4，控制器根据信号控制螺母与螺杆的旋合长度。向模具中加入料浆时，由于下模板上设有方型凸起块，使得料浆成型出对应的空心，螺母通过旋合在穿过上模板和压力传感器的所述螺杆上将免烧砖料浆压紧在上模板、框架和下模板围成的空间内，所述压力传感器将压力信号传递至控制器，先在控制器上设定好预期的较小压力值，控制器根据信号控制螺母与螺杆的旋合长度，增加压力，使得料浆向四周流动，填充满模具，使料浆更加致密，当控制器接收到压力信号与预期的较小压力值相同时，控制器控制螺母停止旋合，便可保持长时间对料浆的恒压压制，有利于砖坯更好的初步成型，为最终制成合格的砖坯奠定基础，有利于砖坯后续高压压制增加抗压强度，有利于养护加快水化反应的速度，生成较多的水化产物，且改善水化产物的结晶度，使制品在短时间内具有较高的强。
实验1.设计正交实验方案寻找最佳配合比：
为了确定酸浸锰渣制备免烧砖原料的最佳配合比，按L16（43）的正交表进行正交实验，并根据基础实验结果确定因素与水平。由于各原料在一定程度上存在相互影响的作用，本次设计方案以添加酸浸锰渣4kg为参照。
因素A为骨料，其水平A1=3kg，A2=4.2kg，A3=6.6kg，A4=7kg；
因素B为水泥，其水平B1=1.8kg，B2=1.4kg，B3=0.7kg，B4=0.5kg；
因素C为生石灰，其水平C1=1.4kg，C2=1kg，C3=0.8kg，C4=0.6kg；
正交表的实验安排及实验结果见表1及表2：
表1正交设计因素水平
表2正交实验方案与结果
Ⅰ行为1水平下各因素抗压强度数值之和；Ⅱ行为2水平下个因素抗压强度之和；Ⅲ行为3水平下各因素抗压强度数值之和；Ⅵ行为4水平下各因素抗压强度之和；R为极差，代表各因子对指标的影响大小。
根据国家建筑材料国标的免烧砖GB（5348）标准和正交实验可得生石灰与酸浸锰矿渣的质量比例为1:3～5，水泥和经过预处理的酸浸锰渣混合质量比例为1:3.5～8，酸浸锰矿渣和水泥质量总和与河砂混合的质量比例为1:0.67～1.2，同时经实验获得所述水固比为2.5～3.5:10。
实验2.成型压力对免烧砖强度的影响实验:
酸浸锰矿渣的初期强度是在砖坯压力成型过程中获得的，成型不仅使砖坯具有一定的强度，同时由于原材料颗粒间紧密接触，保证了物料颗粒之间的物理化学作用能够高效进行，为后期强度的形成提供了条件。本发明的免烧砖生产中采用的是电动油压机成型，成型的压力的大小与增压和退压的速度直接由手动控制。一般情况下，在其他条件相同时，成型压力越高免烧砖的抗压强度也随着增长。经实验表明，采用20～40MPa的成型压力制备的免烧砖都能满足抗压强度的标准。而继续增加成型压力，强度的提高并不是十分明显，根据现实工业条件以及生产经济效益出发，试样的成型压力也不可能无限的增大。因此，在保证试样强度的前提下，可选用30MPa的成型压力。成型压力的大小对免烧砖抗压强度的影响见图3。
实施例1：
称取3kg酸浸锰矿废渣，向锰矿废渣中加入1kg生石灰，生石灰与酸浸锰矿渣的比例为1:3，由于酸浸锰矿废渣含水率达34.10％左右并且呈弱酸性、含有少量MnSO4和(NH4)2SO4，加入一定量的生石灰对其进行预处理，可获得碱性环境及固化残留的Mn2+离子，同时消除在制品过程中NH4+的释放对环境的影响，向经过预处理的酸浸锰渣中加入普通硅酸盐水泥1.4kg，水泥和经过预处理的酸浸锰渣混合比例为1:3.5，混合得到初步混合物，考虑到工业应用及经济成本，再加入经过20目筛子筛之后天然河砂3.6kg作为骨料，骨料在砖制品中起到骨架和填充作用，骨料较好的颗粒级配以适宜的添加量可以产生较高的成型性能。骨料的掺入可以改善混合料的颗粒级配，减少收缩，提高免烧砖强度及耐久性能，初步混合物和骨料混合比例为1:0.67，混合得到最终混合物，按固水比为10:2.5的比例向所述最终混合物中加入水2.3kg，再进行充分搅拌得到泥浆状混合料，加入水的量过大或者过小对产品性能都不利，物料的含水率直接影响到其压制成型性能，混合物料中的水分除参与化学反应外，在成型过时还起润滑剂的作用，能使混合料中的颗粒在压力作用下易于移动并重新排列，所以一定的含水率对成型是有利的，当物料的含水率高于一定值时，压制成型过程中容易粘模，而当物料的含水率低于适当值，又难以得到密实的坯体，坯体物料水分不均匀，出现局部过湿或过干，对压制成型坯体的质量影响也很大。将所述泥浆状混合料放入自制模具中初步成型，将初步成型的砖坯再采用电动油压机压头垂直加压，从上至下单面加压20MPa，保压120秒后得到高强度砖坯，压制成型的过程实质上是将分散的固体颗粒通过外力将其最大限度地推近，并通过含有一定水分和其他粘结剂的表面，使物料颗粒间能形成一定的键合（分子键、氢键），物料之间密实填充、物理咬合、紧密接触作用而使砖坯产生了颗粒分子间内聚力、颗粒间机械咬合以及砖坯内毛细管网作用的液体张力并具有了一定的强度，为制出高质量的砖坯，加压速度应在压制前期稍快一些，后期慢一些，总的来说应该缓慢平稳，压力达到规定的最高值后，恒压一段时间，再移去外力，以利被压缩的空气排出和物料粒子的继续移位、错动和填充空隙使塑性变形增加。将所述砖坯在自然条件下，在自然通风室内采用洒水养护基本的常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖，为节省产品生产过程中的人力物力等资源消耗，本发明采用的是自然养护，即在自然条件下，采取基本的常温保湿等措施进行的养护，其施工操作方便，工艺成本低廉，省时省力。养护的目的是使砖体在一定湿热的条件下加快水化反应的速度，生成较多的水化产物，且改善水化产物的结晶度，使制品在短时间内具有较高的强度。免烧砖在成型之后，逐步硬化并在经过一段时间后形成其内部结构，使密实成型的砖坯能正常完成水泥等胶凝材料的水化反应，获得所需的力学性能及耐久性指标。将得到的矿渣免烧砖参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》检测样品抗压强度，测得抗压强度为15.28MPa，根据国家建筑材料国标的免烧砖GB（5348）标准可知本发明制备的矿渣免烧砖强度等级超过了国家免烧砖MU15级的标准。
实施例2：
称取4kg酸浸锰矿废渣，向锰矿废渣中加入1kg生石灰，生石灰与酸浸锰矿渣的比例为1:4，向经过预处理的酸浸锰渣中加入普通硅酸盐水泥0.8kg，水泥和经过预处理的酸浸锰渣混合比例为1:6，混合得到初步混合物，再加入经过20目筛子筛之后天然河砂5.2kg作为骨料，初步混合物和骨料的比例为1:0.9，混合得到最终混合物，按固水比为10:3的比例向所述最终混合物中加入水3.3kg，再进行充分搅拌得到泥浆状混合料，将所述泥浆状混合料放入自制模具中初步成型，将初步成型的砖坯再采用电动油压机压头垂直加压，从上至下单面加压30MPa，保压120秒后得到高强度砖坯，将所述砖坯在自然条件下，在自然通风室内采用洒水养护基本的常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖，将得到的矿渣免烧砖参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》检测样品抗压强度，测得抗压强度为17.89MPa，根据国家建筑材料国标的免烧砖GB（5348）标准可知本发明制备的矿渣免烧砖强度等级超过了国家免烧砖MU15级的标准。
实施例3：
称取4kg酸浸锰矿废渣，向锰矿废渣中加入0.8kg生石灰，生石灰与酸浸锰矿渣的比例为1:5，向经过预处理的酸浸锰渣中加入普通硅酸盐水泥0.6kg，水泥和经过预处理的酸浸锰渣混合比例为1:8，混合得到初步混合物，再加入经过20目筛子筛之后天然河砂6.5kg作为骨料，初步混合物和骨料的比为1:1.2，混合得到最终混合物，按固水比为10:3.5的比例向所述最终混合物中加入水4.2kg，再进行充分搅拌得到泥浆状混合料，将所述泥浆状混合料放入自制模具中初步成型，将初步成型的砖坯采用电动油压机压头垂直加压，从上至下单面加压40MPa，保压120秒后得到高强度砖坯，将所述砖坯在自然条件下，在自然通风室内采用洒水养护基本的常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖，将得到的矿渣免烧砖参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》检测样品抗压强度，测得抗压强度为19.01MPa，根据国家建筑材料国标的免烧砖GB（5348）标准可知本发明制备的矿渣免烧砖强度等级超过了国家免烧砖MU15级的标准。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种矿渣免烧砖的制备方法，其采用下列步骤：
（1）按比例向酸浸锰矿渣中加入生石灰，对酸浸锰矿渣进行预处理；生石灰与酸浸锰矿渣的质量比例为1:3～5；
（2）将经过预处理的酸浸锰矿渣、水泥和骨料按一定比例混合后得到混合物；骨料为经过20目筛子筛之后的天然河砂；水泥为普通硅酸盐水泥；水泥和经过预处理的酸浸锰矿渣混合质量比例为1:3.5～8；经过预处理的酸浸锰矿渣和水泥的质量总和与河砂混合的质量比例为1:0.67～1.2；
（3）按一定水固比向所述混合物中加入水，并搅拌，得到泥浆状混合料；水固比为2.5～3.5:10；
（4）将所述泥浆状混合料压制成型得到砖坯；
（5）将所述砖坯在自然条件下养护，采取洒水常温保湿措施进行自然养护28天得到矿渣免烧砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述压制成型分为先采用自制模具初步成型和后采用电动油压机从上至下单面压头垂直加压成型，并保压一段时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述垂直加压为20～40MPa，保压时间为120秒。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述自制模具包括上模板、框架和下模板，所述下模板上设置有螺杆，上模板上设置有压力传感器，一螺母通过旋合在穿过上模板和压力传感器的所述螺杆上将免烧砖原料压紧在上模板、框架和下模板围成的空间内，所述压力传感器将压力信号传递至控制器，控制器根据信号控制螺母与螺杆的旋合长度，所述下模板上设有方型凸起块。
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Granted publication date: 20160113

Termination date: 20210426