CN103896554B - 一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖及其制备方法，采用白云石尾矿、菱镁矿尾矿、铁尾矿、粉煤灰、硫酸铵、水，经配料、混合搅拌、陈化、轮碾、压制成型、蒸压养护等工序可制成蒸压砖，其中各原料的重量组成为：白云石尾矿粉30‑40%，菱镁矿尾矿10‑20%，铁尾矿粉30‑40%，粉煤灰5‑10%，硫酸铵0.01‑1%，水8‑12%。本发明以白云石尾矿、菱镁矿尾矿和铁尾矿等废弃物来制备蒸压砖，不需要使用高能耗的氧化钙或氧化镁，且利废率达到99%，制得的蒸压砖强度高，密实度好，保温性能优异，可广泛应用于工业、民用建筑。

Description

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖及其制备方法。

背景技术

随着建材工业和钢铁工业的迅速发展，白云石尾矿、菱镁矿尾矿、铁矿石尾矿在工业固体废弃物中占的比例也越来越大，据不完全统计，目前我国发现的矿产有150多种，开发建立了8000多座矿山，累计生产尾矿59.7亿t，其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3。伴随人类的大规模开发利用矿产资源，尾矿的排放量正与日俱增。尾矿的堆积不仅需要占用大量土地，给周围的生态环境造成很大的伤害，而且要投入巨额的处理和维护费用。而进行尾矿资源的综合回收与利用，不仅可以充分利用矿产资源，扩大矿产资源利用范围，延长矿山服务年限；也是治理污染、保护生态的重要手段；还可以节省大量的土地和资金，解决就业问题，造福于人类社会，实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一。

经过多年研究，尾矿已逐步被应用各种领域，特别是用于生产建筑材料方面，如铁尾矿、白云石尾矿、粉煤灰、磷石膏、矿渣等被广泛利用，作为制作水泥、硅酸盐尾砂砖、瓦、加气混凝土、铸石、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃等的主要原料。

白云石尾矿是碳酸钙和碳酸镁复盐为主要成分的矿石（化学式为CaMg(CO₃)₂），其中含有足够Ca、Mg元素；菱镁矿是一种碳酸镁矿物，它是镁的主要来源。菱镁矿的化学组成为MgCO₃，是晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。而部分铁尾矿含Si量高，同时含有Al、Fe等元素。

目前分别利用白云石尾矿、菱镁矿尾矿、铁尾矿生产建筑材料制品已经取得一定成果。例如武汉钢铁（集团）公司专利公开号CN102060505B的中国专利公开了一种白云石尾矿砖的制备方法，其利用固化剂和白云石尾矿等，经混合-压制-养护而成型，生产出白云石尾矿砖。安徽大昌矿业集团有限公司专利公开号CN101725206A的中国专利公开了一种铁矿尾砂墙体蒸压砖及其制备方法，其利用铁矿尾砂、生石灰、水泥、骨料等制备出蒸压砖。在白云石尾矿或铁尾矿单一利用率不超过80%的前提下，还引入其他如固化剂、水泥等工业产品，增加了成本，不利于大规模应用。

与此同时，中国科学院青海盐湖研究所的肖学英的专利公开号CN102060503A的中国专利公开了一种轻质白云石镁水泥砌块和免烧砖及其制造方法，其利用苛性白云石粉、氯化镁、轻质填料、惰性填料、水和保温材料，经拌浆-成型-养护制得砌块和免烧蒸砖。中国科学院青海盐湖研究所的余红发的专利公开号CN102060490A的中国专利公开了一种轻烧白云石免烧砖和砌块，其利用轻烧白云石粉、调和剂、骨料、外加剂等制成免烧免蒸砖。这两个专利同样外加了氯化镁、填料、骨料、增稠剂、减水剂等其它工业产品，增加了成本，而且在制造工艺上，其所利用的白云石粉是经过高温煅烧的产品，大大增加了能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用白云石尾矿与铁尾矿制备蒸压砖的方法，该方法的白云石尾矿、菱镁矿尾矿和铁尾矿利用率高，制得的蒸压砖强度高，密实度好，保温性能优异。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，其中各原料的重量组成为：白云石尾矿粉30-40%，菱镁矿尾矿10-20%，铁尾矿粉30-40%，粉煤灰5-10%，硫酸铵0.01-1%，水8-12%。

按上述方案，所述白云石尾矿是以碳酸钙和碳酸镁复盐为主要成分的矿石（化学式为CaMg(CO₃)₂），其镁含量大于8%，其细度小于0.35mm，所述白云石尾矿提供了部分的蒸压砖成型反应所需的基本反应物MgCO₃，在蒸压时有Mg²⁺的溶出。

按上述方案，所述菱镁矿尾矿是碳酸镁矿物，其镁含量大于40%，它是镁的主要来源，也提供了蒸压砖成型反应所需的基本反应物MgCO₃；其细度小于0.35mm，有利于蒸压时Mg²⁺的溶出。

按上述方案，所述铁尾矿含Si量高，提供了蒸压砖成型反应所需的基本反应物SiO₂，铁尾矿粉为铁尾矿筛分而得，其细度级配分布为：细度大于0.5mm，占30%； 0.35mm＜细度＜0.5mm，占40%；细度小于0.35mm，占30%。

按上述方案，所述粉煤灰应符合JC409-91《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》的规定，其为蒸压反应提供活性氧化铝、氧化铁。

按上述方案，所述硫酸铵为纯度大于80%，其提供的NH₄ ⁺，形成了碱环境，有利于蒸压时MgCO₃的转化，促进Mg²⁺的溶出，为蒸压反应的进行打下了基础。同时硫酸铵中SO₄ ^2-的引入，可一定程度上防止蒸压砖后期受外部酸雨侵蚀。

上述以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖的制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉30-40%，菱镁矿尾矿10-20%，铁尾矿粉30-40%，粉煤灰5-10%，硫酸铵0.01-1%，水8-12%，将全部原料混合搅拌均匀，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2-3h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料进行轮碾3-5min，充分压实、均化；

（4） 经过轮碾的陈化物料压制成型砖坯，成型压力为30-50MPa，静置养护2-4h；

（5）将砖坯置于175-210℃的蒸汽温度和0.8-1.2 MPa的蒸汽压力条件下，养护8-10h，制成蒸压砖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，传统蒸压墙体材料是以SiO₂、CaO质原料在水热反应（蒸汽温度≥174.5℃和工作压力≥0.8MPa）条件下获得力学、耐久性能的墙体材料；而本发明打破了以往传统的CaO-SiO₂-H₂O为主体的三元体系的蒸压制品原理，而是以MgCO₃ 和SiO₂进行蒸压水热反应为原理来制取蒸压砖，其机理借助于：在NH₄ ⁺所形成的碱环境下，激发MgCO₃转化为Mg²⁺，又在蒸压条件的作用下，氧化镁与SiO₂的亲和力比氧化钙与SiO₂的亲和力更大，促使MgCO₃ 和SiO₂蒸压水热反应的进行。

第二，本发明改变了以往单一利用白云石尾矿/菱镁矿尾矿/铁尾矿等制备蒸压砖的传统思维，突破了利用单一尾矿制备蒸压墙体材料而利废率不高的困难。本发明以白云石尾矿、菱镁矿尾矿、铁尾矿和粉煤灰来制备蒸压砖，只有硫酸铵需及其少量的成本，其固体原料利废率达到99%以上，综合利用率大幅提升。

第三，本发明舍去了由煅烧白云石、菱镁矿提取氧化镁的过程。众所周知，煅烧白云石、菱镁矿晶体的过程要消耗大量的能量，而利用引入的硫酸铵所创造的碱环境与原有的蒸压环境的双重作用，使得这一高耗能环节得以缩减，从而有效的节约了能源、资源，降低了能耗。

综上所述，本发明所提供的这种利用白云石尾矿与铁尾矿制备的蒸压砖及其蒸压工艺，打破了传统蒸压制品仅用Ca-Si体系制备的单一化问题，提出了以MgCO₃ 和SiO₂为主体的蒸压水热反应体系来制备蒸压砖。本发明所提供的新型蒸压工艺体系具有高利废、低耗能的特点，使各种废物的利用方式趋于多元化，所制得的蒸压砖可广泛应用于工业、民用建筑。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。

下列实施例中采用的白云石尾矿粉，其镁含量大于8%，细度小于0.35mm；菱镁矿尾矿，镁含量大于40%，其细度小于0.35mm；铁尾矿粉含Si量高，为铁尾矿筛分而得，其细度级配分布为：细度大于0.5mm，占30%， 0.35mm＜细度＜0.5mm，占40%，细度小于0.35mm，占30%；硫酸铵纯度大于80%；水为蒸馏水。

实施例 1

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉40%，菱镁矿尾矿15%，铁尾矿粉30%，粉煤灰5%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌均匀，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾4min，充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在204℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖。

本实施例制备的蒸压砖强度可达12.8MPa，固体基础原料白云石尾矿粉40%，菱镁矿尾矿15%，铁尾矿粉30%，粉煤灰5%，均为工业固体废弃物，只有硫酸铵0.5%为非工业固体废弃物，本实施例的固体原料利废率为99.4%。

实施例 2

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉30%，菱镁矿尾矿20%，铁尾矿粉30%，粉煤灰10%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌均匀，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制3h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾5min，充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在204℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖。

本实施例制备的蒸压砖强度可达12.5MPa，固体原料利废率为99.4%。

,实施例 3

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉35%，菱镁矿尾矿15%，铁尾矿粉35%，粉煤灰5%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2.5h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾3min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在204℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖强度可达12.9MPa。

实施例 4

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉40%，菱镁矿尾矿12%，铁尾矿粉30%，粉煤灰10%，硫酸铵0.5 %，水7.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2.5h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾4min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在204℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖。

本实施例制备的蒸压砖强度可达13.2MPa，固体原料利废率为99.5%。

实施例 5

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉32%，菱镁矿尾矿18%，铁尾矿粉30%，粉煤灰10%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2.5h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾4min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在175℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间10h，制成蒸压砖强度可达10.3MPa。

实施例 6

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉36%，菱镁矿尾矿14%，铁尾矿粉35%，粉煤灰5%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾5min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在175℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间10h，制成蒸压砖强度可达12.6MPa。

实施例 7

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉35%，菱镁矿尾矿20%，铁尾矿粉30%，粉煤灰5%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制3h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾3min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在175℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间10h，制成蒸压砖强度可达11.0MPa。

实施例 8

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉30%，菱镁矿尾矿18%，铁尾矿粉32%，粉煤灰10%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2.5h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾4min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在195℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖强度可达14.4MPa。

实施例 9

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉35%，菱镁矿尾矿16%，铁尾矿粉34%，粉煤灰5%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2.5h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾5min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在195℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间8h，制成蒸压砖强度可达13.5MPa。

实施例 10

一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其制备方法，包括如下步骤：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉40%，菱镁矿尾矿12%，铁尾矿粉32%，粉煤灰6%，硫酸铵0.5%，水9.5%，将全部原料混合搅拌，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制3h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料用轮碾机进行轮碾5min，对拌和料充分压实、均化；

（4）经过轮碾的拌和料送入压砖机的料仓，经布料压制成型砖坯，成型压力为40MPa；将成型好的砖坯码放在养护小车上，送至静停线编组静停，静置养护3h；

（5）将砖坯置于蒸压釜内，在195℃的蒸汽温度和1 MPa的蒸汽压力条件下，养护时间10h，制成蒸压砖强度可达10.8MPa。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，它所包括基础原料的重量组成为：白云石尾矿粉30-40%，菱镁矿尾矿10-20%，铁尾矿粉30-40%，粉煤灰5-10%，硫酸铵0.01-1%，水8-12%。

2.根据权利要求1所述的一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，所述白云石尾矿镁含量大于8%，细度小于0.35mm。

3.根据权利要求1所述的一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，所述菱镁矿尾矿镁含量大于40%，细度小于0.35mm。

4.根据权利要求1所述的一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，所述铁尾矿粉为铁尾矿筛分而得，其细度级配分布为：细度大于0.5mm，占30%；0.35mm＜细度＜0.5mm，占40%；细度小于0.35mm，占30%。

5.根据权利要求1所述的一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖，其特征在于，所述硫酸铵纯度大于80%。

6.根据权利要求1-5中任意一种以白云石尾矿与铁尾矿为主要原料的蒸压砖的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）准备各原料，按重量百分比称取白云石尾矿粉30-40%，菱镁矿尾矿10-20%，铁尾矿粉30-40%，粉煤灰5-10%，硫酸铵0.01-1%，水8-12%，将全部原料混合搅拌均匀，获得混合物料；

（2）将混合物料静置陈化，陈化时间控制2-3h，待陈化完全获得陈化物料；

（3）将陈化物料进行轮碾3-5min，充分压实、均化；

（4） 经过轮碾的陈化物料压制成型砖坯，成型压力为30-50MPa，静置养护2-4h；

（5）将砖坯置于175-210℃的蒸汽温度和0.8-1.2 MPa的蒸汽压力条件下，养护8-10h，制成蒸压砖。