CN103396080B

CN103396080B - 一种利用工业废渣制成的墙体砖及其制备方法

Info

Publication number: CN103396080B
Application number: CN201310373074.5A
Authority: CN
Inventors: 张清
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103396080A

Abstract

本发明公开了一种利用工业废渣制成的墙体砖，属于工业废渣回收利用技术领域，由按质量百分比计的以下组分组成：氟石膏61-70%、硅质废料18-28%、骨料类废料10-20%、盐类激发剂0.4-0.8%；本发明还公开了一种上述墙体砖的制备方法。本发明99%以上的原料为工业废弃物如氟石膏、粉煤灰、炉渣、矸石渣等，原料成本较低，且制备过程短，人力成本低，所制得的产品安全、舒适，具有隔音、“暖性”和“呼吸”功能；具有更高的抗震、隔热、防火等性能，具有更高的强度，本发明为保护环境、消化工业废弃物、实现可持续发展做贡献，具有明显的社会效益和经济效益。

Description

一种利用工业废渣制成的墙体砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业废渣再利用领域，具体而言，涉及一种利用工业废渣制成的墙体砖及其制备方法。

背景技术

我国建材生产能耗和落后的建筑能耗在我国总能耗中占的比重很大，要实现“京都议定书”规定的碳排放目标，建材产业涉及到的节能减排占有举足轻重的地位。而节能环保建材大规模取代传统建材正是实现这一目标的最有效途径。按照循环经济、低碳经济、产学研一体化原则，立足本地实际，最大限度开展资源综合化利用，利用科学技术和先进的生产工艺配方改造传统的建材生产，积极推进墙体材料的革新和建筑节能工作，切实解决制约本地工业发展的瓶颈。

宁夏石嘴山经济开发区内金和化工厂产生的工业固体废弃物-氟石膏，是用硫酸与萤石制取氟化氢的副产品，即CaF₂+H₂SO₄-2HF+CaSO₄，该地区每年可产生约27万多吨的氟石膏，这些氟石膏目前30%左右用于水泥厂代替天然石膏做水泥缓凝剂，剩下70%尚未充分再利用，缺口很大，同时造成了严重了环境污染。另外该地区电厂的粉煤灰、炉渣等，消耗缺口也很大，也急需采用各种方法扩大综合再利用范围。

目前，对于这些工业废渣的规模化再利用的报道较少，中国专利申请公布号为CN10250339A的文献，公开了一种利用氟石膏和尾矿废渣制造的新型墙体砖及其制备方法，该技术氟石膏的占比为20-60%，且这个砖体中工业废物的占比仅在80%左右，而且该墙体砖中加入了重量百分比为5-10%的碱性材料；

该方案一方面造成工业废渣尤其是氟石膏的利用率降低，对于环保节能造成影响；

该方案另一方面原料成本增高；

该方案再一方面，该墙体砖整个制备工艺过程长，需要洒水养护10天再自然养护至28天，造成生产效率低，也就增加了人力成本。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种工业废渣利用率高、生产成本低的墙体砖，以解决上述的问题。

采用的技术方案为，一种利用工业废渣制成的墙体砖，由按质量百分比计的以下组分组成：

本发明中所述的硅质废料，指含有化学成分-二氧化硅含量较高的废料，比如粉煤灰、炉渣、矿渣等；

所述骨料类废料可以采用炉渣、矸石渣、建筑废渣等，其主要目的之一在于减轻产品的重量及对废料的回收再利用；

盐类激发剂主要是用于激发氟石膏的活性，缩短氟石膏凝结时间，提高硬化体的强度，主要是因为其在氟石膏颗粒的表面生成不稳定的复盐（盐.mCaSO₄.nH₂O），然后又分解为含水盐类和二水石膏，正是这种分解反应而生成的二水石膏不断结晶，才使浆体形成紧密交织的晶体结构，引起凝结硬化，产生强度。盐类激发剂择优选用硫酸盐激发剂与碱类激发剂的混合物。

作为优选方案之一，所述硅质废料为炉渣、矿渣、粉煤灰中的至少一种。其中，可以进一步优选采用炉渣与粉煤灰，炉渣除了可以发生化学反应，还可以利用其孔隙减轻所得墙体砖的重量，也对炉渣进行了有效的再利用，原料成本也较低。

作为优选技术方案之一，所述骨料类废料选用矸石渣、建筑废渣中的至少一种。可以实现对这些废料的有效再利用。如果采用其他骨料比如陶粒等，也能实现本发明，但是在成本和原料方面的优势略微差些。

作为优选方案之一，所述盐类激发剂为任意比例的明矾和纯碱的混合物。纯碱的另外一个作用是中和氟石膏里面含有的酸。而且这两种激发剂本身成本低廉，二者配合可以达到更好的激发作用。

作为进一步的优选方案，按质量百分比计，明矾占激发剂的85-95%，纯碱占激发剂的5%-15%。

上述墙体砖的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）原料准备：将原料进行粉碎、过筛后按比例称量，备用；

（2）原料混合：将步骤（1）称量后的原料进行混合，搅拌；

（3）改性处理：向步骤（2）混合后的物料中加入水，进行搅拌改性；

（4）成型养护：将步骤（3）处理后的物料进行成型处理后自然养护至少5天，即得。

现在以采用炉渣及粉煤灰为硅质废料、以明矾与纯碱作为激活剂为例，介绍本方法的改性机理：

氟石膏在激发剂作用下，使活性二氧化硅和三氧化二铝不断地从粉煤灰及炉渣中溶解出来并参与水化反应，生成水化硅酸钙凝胶（C-S-H）；激发剂在氟石膏颗粒的表面生成不稳定的复盐（盐.mCaSO₄.nH₂O），然后又分解为含水盐类和二水石膏，同时活性二氧化硅和三氧化二铝不断地同所述二水石膏反应生成水硬性钙矾石(CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O)，形成具有水泥性质的高强材料。随着水化的逐步推进，水化后期是晶体生长过程，复盐作用将减弱，盐类激发剂从氟石膏胶结料中分离出来，填充于氟石膏胶结料的孔隙中，其在提高氟石膏硬化体强度的同时，也能阻止水分的进入，从而对提高氟石膏硬化体的强度和软化系数有所帮助。

本发明优选氟石膏、粉煤灰、炉渣等工业固体废弃物为主要原料生产建筑墙体砖，切实结合当地工业废渣的情况，因地制宜，为消化当地的工业固体废弃物再闯出了一条新路。本发明因技术成熟、成本较低，可向全国大范围推广，为保护耕地、保护环境、消化工业废弃物、实现可持续发展做贡献，具有明显的社会效益和经济效益。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

一是，99%以上的原料为工业废弃物如氟石膏、粉煤灰、炉渣、矸石渣等，原料成本较低，较其它原料生产的免烧砖或烧结砖成本降低至少30%；另外，整个工艺流程时间短，仅需5天就可以出厂使用，大大提高了生产效率同时降低了人力成本；

二是，由于采用了合适的激发剂和合适的其他废料，从而可以使原料中氟石膏可占61-70%，对于氟石膏的利用率大大增加，更有利于氟石膏的回收利用，利于环保；

三是，所得产品具有石膏的特性：安全、舒适，具有隔音、“暖性”和“呼吸”功能；具有更高的抗震、隔热、防火等性能；具有更高的强度；

四是，生产工艺简单，不用烧结，因此在生产过程中不产生新的废气、废水和废渣，产品使用后仍可作原料回收重复使用，是一种与环境友好的建筑材料；

五是，所得产品使用时施工方便，可钉、可锯、可刨、可钻，是目前最具人性化的建筑材料，也是最理想的传统墙材替代材料。

具体实施方式

实施例1

一种利用工业废渣制成的墙体砖，由以下组分组成：氟石膏61.6kg，粉煤灰10kg，矸石渣10kg，炉渣18kg，纯碱0.04kg，明矾0.36kg，其制备方法为：将原料氟石膏、粉煤灰、矸石渣、炉渣粉碎后分别装入配料仓，经皮带秤按给定配比输送至强力搅拌机搅拌混合，同时将配置好的激发剂纯碱与明矾加入搅拌机，干料搅拌1分钟后，利用高压计量水泵将水喷入搅拌机，强力搅拌2分钟，再经皮带输送机送至全自动砌块成型机高压振实成型，成品砖经叠板机码垛，由叉车送至成品堆场自然蒸养，5天后即可出厂使用。

实施例2

一种利用工业废渣制成的墙体砖，由以下组分组成：氟石膏70kg，粉煤灰18kg，矸石渣3kg，建筑废渣8.2kg，纯碱0.08kg，明矾0.72kg；其制备方法为：将原料氟石膏、粉煤灰、矸石渣、炉渣粉碎后分别装入配料仓，经皮带秤按给定配比输送至强力搅拌机搅拌混合，同时将配置好的激发剂纯碱与明矾加入搅拌机，干料搅拌1分钟后，利用高压计量水泵将水喷入搅拌机，强力搅拌2分钟，再经皮带输送机送至全自动砌块成型机高压振实成型，成品砖经叠板机码垛，由叉车送至成品堆场自然蒸养，5天后即可出厂使用。

实施例3

一种利用工业废渣制成的墙体砖，由以下组分组成：氟石膏62kg，粉煤灰2kg，矸石渣4.2kg，建筑废渣15.2，炉渣16kg，纯碱0.06kg，明矾0.54kg；其制备方法与实施例1相同。

实施例4

强度试验

本试验采用抗压强度和抗折强度来评价所得的墙体砖的强度性能，本实施例采用实施例1，实施例2，实施例3的产品与对比产品（中国专利申请公布号为CN10250339A的文献中实施例4所制得的产品）为试验对象，监测器导热系数，其结果如表1所示；

表1各种产品的抗压强度和抗折强度（单位：MPa）

	实施例1	实施例2	实施例3	对比产品
					抗折强度	6.6	6.8	6.7	7.1
抗压强度	25.2	26.5	26.3	27

从表1可以看出，采用本发明的原料和工艺制得的产品，7天后的抗压强度和抗折强度即与对比产品28天后的抗压强度和抗折强度基本相当。

实施例5

隔热性能试验

本试验采用“导热系数”来评价隔热保温性能，导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米·度），即W/（m.k），我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05W/(m·K)以下的材料称为高效保温材料。

本实施例采用实施例1，实施例2，实施例3的产品与对比产品（中国专利申请公布号为CN10250339A的文献中实施例4所制得的产品）为试验对象，监测器导热系数，其结果如表2所示；

表2各种产品的导热系数（单位：W/(m·K)）

	实施例1	实施例2	实施例3	对比产品
					导热系数	0.051	0.049	0.050	0.10

从表2看出，采用本发明的原料和工艺制备的产品，其隔热性能显著强于现有技术的产品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种利用工业废渣制成的墙体砖，其特征在于：由按质量百分比计的以下组分组成：

氟石膏 61-70％

硅质废料 18-28％

骨料类废料 10-20％

盐类激发剂 0.4-0.8％；

其中，所述盐类激发剂为明矾和纯碱的混合物，所述明矾占所述盐类激发剂的85-95％，所述纯碱占所述盐类激发剂的5％-15％；

其制备方法依次包括以下步骤：

(1)原料准备：将原料进行粉碎、过筛后按比例称量，备用；

(2)原料混合：将步骤(1)称量后的原料进行混合，搅拌；

(3)改性处理：向步骤(2)混合后的物料中加入水，进行搅拌改性；

(4)成型养护：将步骤(3)处理后的物料进行成型处理后自然养护至少5天，即得。

2.根据权利要求1所述的利用工业废渣制成的墙体砖，其特征在于，所述硅质废料为炉渣、矿渣、粉煤灰中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的利用工业废渣制成的墙体砖，其特征在于，所述骨料类废料为矸石渣、建筑废渣中的至少一种。