CN103553492A - 一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法 - Google Patents

一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法，该免烧砖的原料包括赤泥，聚合氯化铝废渣，活性矿物材料，石灰，石膏，将各原料按配比关系进行混合均匀，加8～12份水搅拌混合，经压制成型、撒水养护制得。本发明以赤泥、PAC废渣为主要原料，另加粉煤灰、水泥、石灰灰和石膏，节约了激发剂的用量并提高砖的强度，既能满足免烧砖的使用性能，同时完全达到了国家标准的要求，在生产过程中无需加入胶凝材料，无需消耗热能，在更大意义上减少了赤泥和PAC废渣的堆积，解决了赤泥和PAC废渣的排放对环境的污染问题。

Description

一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖及其制备方法，属工业固体废弃物资源综合利用及新型建材技术领域。
背景技术
赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。赤泥的产出量，因矿石品位、生产方法、技术水平而异。大多数生产厂每生产lt氧化铝同时产出1.0～1.8t赤泥。据估计，全世界氧化铝工业每年产生的赤泥超过6×107t。我国氧化铝生产过程中每年产生的赤泥量超过600万t，全部露天堆存，并且大部分堆场坝体用赤泥构筑。目前，人们日益关注赤泥堆放给环境带来的危害。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。
赤泥是在从铝土矿中提炼氧化铝的过程中形成的，主要成分为SiO2,CaO,AI2O3,Fe2O3,其各组分含量又因铝土矿的产地和氧化铝的生产工艺不同而异。目前，国外关于赤泥的资源化应用主要有：（1）利用赤泥中含有较高的CaO、SiO2可生产硅酸盐水泥及一些专用水泥；（2）利用它的SiO2、AI2O3、CaO、MgO含量特征及少量的TiO2、MnO、Cr2O3，可以生产特种玻璃；（3）赤泥中含有丰富的铁、钪、钛等有用金属元素，赤泥的主要矿物是硅酸二钙，与硅酸盐水泥生料接近，因而可用其配以适当的石灰石、砂岩来制备水泥生料,；（4）将赤泥与少量的石灰和粉煤灰以适当的比例制备的新型赤泥道路基层材料，但上述均存在生产成本高、能耗大、放射性较大技术问题，因此使用效果均不理想。
聚合氯化铝废渣（简称PAC废渣）是铝矾土和铝酸钙粉在一定条件下和盐酸或混合酸反应后得到液体PAC，残余的固体形成的废渣。聚合氯化铝是水处理中的高效絮凝剂，具有吸附活性高、澄清泥沙时间短、适应pH值范围宽、不需要助凝剂和不受水温影响等特点，广泛应用于胶体、悬浮物、有机物、金属离子、磷酸盐、有毒金属、色度等的去除。国内外生产PAC的方法很多，常用方法是铝矾土、铝酸钙粉酸溶两步法，即铝矾土和铝酸钙粉在一定条件下和盐酸或混合酸反应后得到液体PAC。我国年产400kt液体PAC，每生产1t含10％氧化铝的液体PAC就会产生150kg废渣，每年将会产生60kt固体废渣。此类废渣呈黏稠状，具有弱酸性，如不处理会对环境产生极大危害。
目前，国内外对PAC废渣的主要处理方式是填埋和堆弃，不仅处理成本高，且污染环境，占用土地资源。许多学者正致力于回收废渣中有用物质或将其用于制备其他材料，均没有突破性进展，因此，如何资源化处理聚合氯化铝废渣是目前难度很大的一个问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种以赤泥、PAC废渣为主要原料，活性矿物材料、石灰、石膏为辅料生产免烧砖的方法，在综合利用赤泥和PAC废渣的同时，缓解赤泥、PAC废渣堆存处理带来的环境污染问题，并且生产处的免烧砖质量好，强度高，具有良好的技术性能，成本低。
原料说明：
本发明采用的原料赤泥为烧结法、拜耳法或混联法氧化铝生产过程中的工业废渣，赤泥中主要成分为SiO2、CaO、AI2O3、Fe2O3，本发明优选拜耳法氧化铝生产过程中的工业废渣。
PAC废渣：为铝矾土与酸反应得到液体PAC后，残余的固体废渣。
粉煤灰：为从燃煤电厂废气中收集的粉煤灰或燃煤电厂与废气中收集的飞灰的混合物。
本发明的技术方案是：
一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖，所述免烧砖的原料重量份如下：赤泥25～35份，聚合氯化铝废渣35～45份，活性矿物材料15～25份，石灰4～6份，石膏4～6份，所述的活性矿物材料选自水泥、粉煤灰中的一种或两种的混合物；所述的免烧砖是以赤泥和聚合氯化铝废渣为主料，活性矿物材料、石灰、石膏为辅料，加8～12份水搅拌混合，经压制成型、撒水养护制得。
本发明优选的，所述的活性矿物材料中，水泥0～5份，粉煤灰15～20份，所述的水泥为硅酸盐水泥。本发明的水泥、粉煤灰可以单独使用，也可以两种搭配使用。
进一步优选的，所述免烧砖的原料重量份如下：赤泥28～32份，聚合氯化铝废渣38～40份，粉煤灰18～20份，石灰5～6份，石膏5～6份。
本发明优选的，所述的免烧砖的原料重量份如下：赤泥28～32份，聚合氯化铝废渣38～40份，水泥5份，粉煤灰18～20份，石灰5～6份，石膏5～6份。
本发明优选的，所述石灰为生石灰，其活性氧化钙成分含量≥75wt%；所述石膏为生石膏，其活性氧化钙成分含量≥80wt%。
聚合氯化铝废渣以下简称PAC废渣。
本发明采用生石灰有利于提高免烧砖的强度，生石膏是为了提高产品质量并降低生产成本。
本发明还提供一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主要原料进行生产免烧砖的方法，包括以下步骤：
（1）物料预处理：将赤泥、PAC废渣、石灰和石膏分别进行干燥、粉碎，制成赤泥粉、PAC废渣粉、石灰粉和石膏粉；
（2）物料混合：按照免烧砖各原料配比关系称取赤泥粉、PAC废渣粉、活性矿物材料、石灰粉和石膏粉，搅拌混合均匀，然后加入水，再经搅拌混合均匀，得混合料，
（3）步骤（2）制得的混合料输送至压制磨具内，通过加压压制成型，制成生坯；
（4）将生坯进行撒水养护3～5天，制得免烧砖。
步骤（1）所述赤泥的干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，所述PAC废渣干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉。
所述石灰、石膏的干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
所述的步骤（2）物料混合包括两个过程，原材料在未加水前进行混合为初混，初混混合时间为3～5min；混合后的原材料在加水后进行混合味二次混合，二次混合的混合时间为3～5min。初混可以使原料在加水之前就能够充分的接触，并混合在一起，然后加水进行二次混合，可以使原料能够充分的接触，并完全的反应。
优选的，步骤（3）所述的压制成型，是用压砖机在15～20Mpa压力下压制40～60s，压制成型制成生坯。
所述步骤（2）中，加水进行二次混合，加入的水可以为自来水，回收的中水或冷凝水。
优选的，步骤（4）所述的养护是将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔3～4h向生坯表面撒水一次，保持砖体湿润，在常温下养护3～5d。
本发明的免烧砖作为绿色节能环保建材，可以作为非承重砖，用在框架结构或框剪结构的填充墙砌筑；可以作为路面砖，也可以用于铺设路面。
本发明的特点及有益效果：
1、本发明本发明结合我国赤泥、聚合氯化铝废渣量大、利用率低的实际情况，充分利用赤泥、聚合氯化铝废渣组成结构和化学特性，以达到赤泥和PAC废渣的最大利用量和节约成本为目的，通过长期研究试验，以赤泥、PAC废渣为主要原料，外加粉煤灰和水泥活性矿物材料，节约了激发剂的用量并提高砖的强度，外加石灰和石膏来提高生坯的塑性以及制品的抗压强度，使其既能满足制品的使用性能，同时完全达到了国家标准的要求，在生产过程中无需加入胶凝材料，无需消耗热能，在更大意义上减少了赤泥和PAC废渣的堆积，解决了赤泥和PAC废渣的排放对环境的污染问题。
2、本发明生产出的免烧砖完全替代粘土烧结砖，对赤泥、PAC废渣等工业废渣进行了综合利用，其环境效益突出，由于主要是赤泥、PAC废渣为原料，成本低，经济效益明显，完全可以实现工业化生产，同时开辟了赤泥、PAC废渣利用的新途径，是以废治废的新突破。
3、本发明产品通过合适的原料配比，所得的免烧砖烧砖质量好，强度高，具有良好的技术性能，成本低。
附图说明
附图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
1、将赤泥、PAC废渣分别在105℃下烘干3h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉。
2、将石灰、石膏分别在105℃下烘干3h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎制，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
3、称取赤泥粉25份，聚合氯化铝废渣粉45份，粉煤灰20份，石灰6份，石膏4份，将上述各原料搅拌混合均匀进行初混，初混混合时间为3min，然后加入8份水，再经搅拌进行二次混合，二次混合的混合时间为5min，得混合料。加入的水可以为自来水，回收的中水或冷凝水。
4、将制得的混合料输送至压制磨具内，用压砖机在15Mpa压力下压制60s，制成生坯；
5、然将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔3h向生坯表面撒水一次，每次的撒水量只要能使砖体达到全面湿润即可，在常温下养护3d，制得免烧砖。本发明的免烧砖制备工艺流程图见图1.
将所得的免烧砖进行性能测定，本实施例制得的免烧砖平均抗压强度11.6Mpa，抗压强度最高可以达到12.8MPa；平均抗折强度2.7，抗折强度最高可以达到3.0MPa；平均保水强度7.9MPa，保水强度最高可以达到8.9MPa；吸水率为15.2%，无范霜现象，放射性符合建筑主体材料要求（IMa=0.561,Ir=0.859）。
实施例2：
1、将赤泥、PAC废渣分别在105℃下烘干4h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉。
2、将石灰、石膏分别在105℃下烘干4h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎制，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
3、称取赤泥粉35份，聚合氯化铝废渣粉35份，水泥2份，粉煤灰18份，石灰5份，石膏5份，将上述各原料搅拌均匀进行初混，初混混合时间为4min，然后加入10份水，再经搅拌进行二次混合，二次混合的混合时间为4min，得混合料。加入的水可以为自来水，回收的中水或冷凝水。
4、将制得的混合料输送至压制磨具内，用压砖机在18Mpa压力下压制50s，制成生坯；
5、然将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔4h向生坯表面撒水一次，每次的撒水量只要能使砖体达到全面湿润即可，在常温下养护4d，制得免烧砖。
将所得的免烧砖进行性能测定，本实施例制得的免烧砖平均抗压强度13.2Mpa，抗压强度最高可以达到15.2MPa；平均抗折强度3.2，抗折强度最高可以达到3.8MPa；平均保水强度8.4MPa，保水强度最高可以达到9.3MPa；吸水率为17.3%，无范霜现象，放射性符合建筑主体材料要求（IMa=0.5452,Ir=0.934）。
实施例3：
1、将赤泥、PAC废渣分别在105℃下烘干3h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉。
2、将石灰、石膏分别在105℃下烘干3h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎制，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
3、称取赤泥粉35份，聚合氯化铝废渣粉35份，水泥5份，粉煤灰15份，石灰4份，石膏6份，将上述各原料搅拌均匀进行初混，初混混合时间为5min，然后加入12份水，再经搅拌进行二次混合，二次混合的混合时间为5min，得混合料。加入的水可以为自来水，回收的中水或冷凝水。
4、将制得的混合料输送至压制磨具内，用压砖机在20Mpa压力下压制40s，制成生坯；
5、然将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔4h向生坯表面撒水一次，每次的撒水量只要能使砖体达到全面湿润即可，在常温下养护5d，制得免烧砖。
将所得的免烧砖进行性能测定，本实施例制得的免烧砖平均抗压强度14.5Mpa，抗压强度最高可以达到16.0MPa；平均抗折强度3.5，抗折强度最高可以达到4.2MPa；平均保水强度9.5MPa，保水强度最高可以达到10.5MPa；吸水率为18.6%，无范霜现象，放射性符合建筑主体材料要求（IMa=0.470,Ir=0.854）。
实施例4：
1、将赤泥、PAC废渣分别在100℃下烘干4h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉。
2、将石灰、石膏分别在105℃下烘干3h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎制，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
3、称取赤泥粉30份，聚合氯化铝废渣粉30份，水泥5份，粉煤灰20份，石灰5份，石膏5份，将上述各原料搅拌均匀进行初混，初混混合时间为5min，然后加入10份水，再经搅拌进行二次混合，二次混合的混合时间为5min，得混合料。加入的水可以为自来水，回收的中水或冷凝水。
4、将制得的混合料输送至压制磨具内，用压砖机在18Mpa压力下压制55s，制成生坯；
5、然将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔4h向生坯表面撒水一次，每次的撒水量只要能使砖体达到全面湿润即可，在常温下养护4d，制得免烧砖。
将所得的免烧砖进行性能测定，本实施例制得的免烧砖平均抗压强度14.8Mpa，抗压强度最高可以达到18.0MPa；平均抗折强度3.0，抗折强度最高可以达到4.8MPa；平均保水强度9.5MPa，保水强度最高可以达到10.5MPa；吸水率为18.6%，无范霜现象，放射性符合建筑主体材料要求（IMa=0.470,Ir=0.854）。

Claims (10)

1.一种以聚合氯化铝废渣和赤泥为主料的免烧砖，所述免烧砖的原料重量份如下：赤泥25～35份，聚合氯化铝废渣35～45份，活性矿物材料15～25份，石灰4～6份，石膏4～6份，所述的活性矿物材料选自水泥、粉煤灰中的一种或两种的混合物；所述的免烧砖是以赤泥和聚合氯化铝废渣为主料，活性矿物材料、石灰、石膏为辅料，加8～12份水搅拌混合，经压制成型、撒水养护制得。
2.根据权利要求1所述的免烧砖，其特征在于，所述的活性矿物材料中，水泥0～5份，粉煤灰15～20份，所述的水泥为硅酸盐水泥。
3.根据权利要求2所述的免烧砖，其特征在于，所述免烧砖的原料重量份如下：赤泥28～32份，聚合氯化铝废渣38～40份，粉煤灰18～20份，石灰5～6份，石膏5～6份。
4.根据权利要求2所述的免烧砖，其特征在于，所述的免烧砖的原料重量份如下：赤泥28～32份，聚合氯化铝废渣38～40份，水泥5份，粉煤灰18～20份，石灰5～6份，石膏5～6份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的免烧砖，其特征在于，所述石灰为生石灰，其活性氧化钙成分含量≥75wt%，所述石膏为生石膏，其活性氧化钙成分含量≥80wt%。
6.一种权利要求1所述的以聚合氯化铝废渣和赤泥为主要原料的免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）物料预处理：将赤泥、PAC废渣、石灰和石膏分别进行预处理，制成赤泥粉、PAC废渣粉、石灰粉和石膏粉；
（2）物料混合：按照免烧砖各原料配比关系称取赤泥粉、PAC废渣粉、活性矿物材料、石灰粉和石膏粉，搅拌混合均匀，然后加入水，再经搅拌混合均匀，得混合料，
（3）步骤（2）制得的混合料输送至压制磨具内，通过加压压制成型，制成生坯；
（4）将生坯进行撒水养护3～5天，制得免烧砖。
7.根据权利要求6所述的免烧砖的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述赤泥的干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将烘干后的赤泥粉碎，过80目筛，得赤泥粉，所述PAC废渣干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将干燥后的PAC废渣粉碎，过40目筛，得PAC废渣粉，所述石灰、石膏的干燥、粉碎是在100～105℃下烘干3～5h，自然冷却后，将烘干后的石灰、石膏分别粉碎，过100目筛，分别得石灰粉、石膏粉。
8.根据权利要求6所述的免烧砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）物料混合包括两个过程，原材料在未加水前进行混合为初混，初混混合时间为3～5min；混合后的原材料在加水后进行混合味二次混合，二次混合的混合时间为3～5min。
9.根据权利要求6所述的免烧砖的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的压制成型，是用压砖机在15～20Mpa压力下压制40～60s，压制成型制成生坯。
10.根据权利要求6所述的免烧砖的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述的养护是将压制成的生坯在自然条件下放置24h后，每隔3～4h向生坯表面撒水一次，保持砖体湿润，在常温下养护3～5d。
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