CN104944922A - 一种烧结砖及其制备方法 - Google Patents

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罗立群
董毅
张明宇
姚宝军
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Abstract

本发明提供了一种烧结砖及其生产方法，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：铁尾矿40～80份；煤矸石20～60份；助剂1～10份；水7～25份；其中，所述铁尾矿和煤矸石的重量份数之和为100份，所述助剂为污泥和/或尾矿泥。本发明提供的烧结砖抗压强度大，多孔，抗风化性能，放射性核素含量均符合国标要求，可大宗利用冶金矿山固废，充分利用工业废渣，制得新型尾矿建材产品，有利于节约燃料，充分利用资源，发展循环经济，保护环境。

Description

一种烧结砖及其制备方法
技术领域
本发明属于资源环境和建筑材料技术领域，涉及一种烧结砖及其制备方法，尤其涉及一种以铁尾矿为原料的烧结砖及其制备方法。
背景技术
粘土砖是一种传统的建筑材料，具有较长的使用历史，深受民众喜爱，但国家为了保护珍贵的土地资源，要求切实做好节能减排，保护我们的生存环境，我国在建筑行业施工中禁止使用普通黏土烧结砖，大力提倡发展粘土烧结砖替代产品和新型墙体材料。
矿产资源发展过程中产生了大量的尾矿，如：在冶金矿山矿物加工过程中产出的铁尾矿量占其总量的70％以上，对这些尾矿砂的处理主要是采取尾矿充填、干排干堆和制备新型建材等方式，尾矿充填、干排干堆在占用大量土地的同时，需耗用大量人力、物力对尾砂进行转移、处置，同时还因为存在尾砂库溃坝的危险而给环境和安全带来了极大的隐患。而制备新型建材有的存在诸多目前难以解决的问题，如尾矿比重较大、粒度较粗、可塑性差，制备出的产品强度低、能耗高，有时不能满足节能建材产品的需要等等。
CN 1126721C公开了一种微晶玻璃装饰砖的制备方法及其产品，其特点是利用粉煤灰、钒钛铁尾矿、铁尾石、金红石、铬渣、高炉渣、铜矿尾渣和黄金尾矿等工业废渣为原料，通过熔融、浇铸成型、核化和晶化等步骤制得主晶相为β-CaSiO3、CA(Mg.Fe)Si2O6、CaO.Al2O3.2SiO2、Ca.Mg.2SiO2、2MgO和2Al2O3.5SiO2的微晶玻璃装饰砖。该装饰砖原料来源广泛，产品质量优越、成本低廉，能够充分利用工业废渣二次资源，减少环境污染，具有重要的社会效益和经济效益。刘露等人在“铁尾矿制砖研究与利用现状”中简述了铁尾矿的资源状况，在对其成分性质分析的基础上介绍了利用铁尾矿制作各种砖的研究现状与成果，说明了利用铁尾矿制砖是实现资源二次开发利用，生产高附加值产品的有效途径(矿业快报，2008年10月第10期，14-17)；CN 101786859A公开了一种铁尾矿烧结砖及其制备方法，该铁尾矿烧结砖由按重量份计算的铁尾矿44～85份、塑性原料1～56份为原料并加水混合后制备成烧结砖，能有效地利用SiO2含量高于45％、CaO含量低于12％的铁尾矿作为烧结砖的主原料，并能有效地利用粘土、煤矸石、高岭土、膨润土、伊利石、硅藻土、绿泥石作为塑性原料。
但是，目前利用铁尾矿制得的砖，其性能如抗压强度、抗风化性能等还不能满足需要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种烧结砖及其制备方法，所述烧结砖以冶金矿山固废为原料，可充分利用工业废渣，节约资源，保护环境，并且其抗压强度高，抗风化性能、放射性核素含量、尺寸偏差、平面弯曲和表面条面情况均符合国标要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种烧结砖，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述铁尾矿和煤矸石的重量份数之和为100份，所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
所述烧结砖的原料中含有40～80份的铁尾矿，如42、45、48、50、52、55、60、65、70、75或78份等；含有20～60份的煤矸石，如22、25、30、35、40、45、50、55或58份等；含有1～10份的助剂，如2、3、4、5、6、7、8或9份等；含有7～25份的水，如10、12、15、17、19、20、22或24份等；所述铁尾矿和所述煤矸石的重量份数之和为100份。
本发明提供的烧结砖主要以铁尾矿、煤矸石、污泥和/尾矿泥以及水为原料制备得到，所述污泥和/或尾矿泥的加入，一是有助于提高铁尾矿坯料的可塑性或坯料的塑性指数；二是有助于污泥或尾矿泥的循环高效利用，即固体废弃物的资源化利用；三是在制备烧结砖过程中，煤矸石中的残炭以及污泥和/或尾矿泥均可提供一定的热量，该热量能用于烧结砖的烧结，因此能够大大减少燃料的消耗。
本发明提供的烧结砖可大宗利用冶金矿山固废，充分利用工业废渣，制得新型尾矿建材产品，有利于充分利用资源，发展循环经济，保护环境。
作为优选的技术方案，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述铁尾矿和煤矸石的重量份数之和为100份，所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
作为更优选的技术方案，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
所述铁尾矿为磁铁矿尾矿、超贫钒钛磁铁矿或赤铁矿尾矿中的一种或至少两种的组合物，典型但非限制性的组合物如：磁铁矿尾矿与超贫钒钛磁铁矿的组合物，磁铁矿尾矿与赤铁矿尾矿的组合物，超贫钒钛磁铁矿与赤铁矿尾矿的组合物，磁铁矿尾矿、超贫钒钛磁铁矿与赤铁矿尾矿的组合物等。
优选地，所述铁尾矿的粒度不大于10.0mm，如粒度为1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm、9.0mm或10.0mm等，优选为不大于6.0mm。
优选地，所述煤矸石的粒度不大于5.0mm，如粒度为1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm或5.0mm等，优选为不大于3.0mm。
所述污泥为生活污泥和/或细泥。
优选地，所述生活污泥为污水处理厂产生的污泥。
优选地，所述细泥为铁矿选矿厂产生的细泥。
优选地，所述尾矿泥为铁矿选矿厂沉淀池中的尾矿泥。
优选地，所述助剂为污泥和尾矿泥的混合物，且污泥在所述混合物中的质量百分数为20～70％，如30％、40％、50％、60％或65％等。
本发明的目的之二在于提供一种如上所述烧结砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的铁尾矿和煤矸石混合，向其中加入配方量的污泥和/或尾矿泥以及水，得到混合料，混合料经处理，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料制成坯体，再烘干，得到干坯体；
(3)将干坯体烧结，得到烧结砖，烧结产生的尾气用于步骤(2)中坯体的烘干。
步骤(1)所述铁尾矿和煤矸石在混合前进行粉碎。
优选地，步骤(1)所述铁尾矿的粒度不大于10.0mm，如粒度为1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm、9.0mm或10.0mm等，优选为不大于6.0mm。
优选地，步骤(1)所述煤矸石的粒度不大于5.0mm，如粒度为1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm或5.0mm等，优选为不大于3.0mm。
优选地，步骤(1)所述处理为将混合料润湿，预混后，再混匀，搅拌，练泥。
优选地，步骤(1)所述混匀，搅拌和练泥在练泥机中进行。
步骤(2)所述坯体在制砖机中经真空挤压制成。
优选地，所述真空挤压的真空度度小于0.15MPa，如真空度为0.14MPa、0.12MPa、0.1MPa、0.09MPa或0.05MPa等，挤出压力为1.0～4.0MPa，如1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa或4.0MPa等。
优选地，所述坯体的外形为长方体，内部含有或不含有空心，所述空心可为不同的形状。
优选地，步骤(2)所述烘干的温度为180～200℃，如182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃或198℃等。
优选地，步骤(2)所述烘干的时间为2h以上，如2h、3h、4h、5h、6h、8h或10h等，优选为4～6h。
优选地，步骤(2)所述坯体经剪切和堆码后再烘干。
优选地，步骤(2)所述烘干产生的尾气经净化后排空。所述尾气的净化方式选择常规的废气净化方式即可。
优选地，步骤(2)所述烘干在轨道窑中进行。
步骤(3)所述烧结的温度为1000～1150℃，如1010℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃或1140℃等，优选为1050～1100℃。
优选地，步骤(3)所述烧结的时间为6～10h，6h、7h、8h、9h或10h等。所述烧结时间的长短对烧结砖的性能有很大的影响，烧结时间短，制得的烧结砖容易开裂，砖坯烧不透，产生黑心砖，抗压强度低；烧结时间长，烧结砖液相过多，容易引起砖坯变形或造成砖坯坍塌，酿成塌窑事故，并且浪费燃料，降低生产能力。
优选地，步骤(3)所述烧结在轮窑中进行。
步骤(3)所述烧结过程中，煤矸石中的残炭以及污泥和/或尾矿泥也会燃烧，其产生的热量也能用于烧结砖的烧结，能够大大减少燃料的消耗。烧结产生的尾气用于步骤(2)中坯体的烘干，使用烧结尾气烘干坯体有利于节约燃料，充分利用资源，发展循环经济，保护环境。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的粒度不大于10.0mm的铁尾矿和粒度不大于5.0mm的煤矸石混合，向其中加入配方量的污泥和/或尾矿泥以及水，得到混合料，混合料经处理，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料制成坯体，再在180～200℃条件下烘干4～6h，得到干坯体；
(3)将干坯体在1000～1150℃烧结6～10h，得到烧结砖，烧结产生的尾气用于步骤(2)中坯体的烘干。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的烧结砖的抗压强度为15.0MPa以上，密度等级为1100～1200级(多孔)，抗风化性能、放射性核素含量均符合GB13544-2011的质量等级要求，并且所述烧结砖的尺寸偏差、平面弯曲和表面条面情况均符合国标要求，可用于建筑行业中的工业与民用建筑的低层建筑承重或高层非承重墙体的建筑材料。
2、本发明提供的烧结砖可大宗利用冶金矿山固废，充分利用工业废渣，制得新型尾矿建材产品，有利于节约燃料，充分利用资源，发展循环经济，保护环境。
附图说明
图1是本发明一种实施方式提供的利用超贫钒钛铁尾矿生产烧结砖的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
所述铁尾矿来源于平泉县铁矿选矿厂，煤矸石来源于承德或内蒙赤峰煤矿厂，助剂来源于平泉县污水处理厂或平泉县铁矿选矿厂的沉淀细泥。
图1是本发明提供的一种实施方式中提供的利用超贫钒钛铁尾矿生产烧结砖的工艺流程图，所述工艺包括如下步骤：
(1)称取40～80份粒度为不大于10.0mm的铁尾矿砂和20～60份粒度不大于5.0mm的煤矸石粉混合，向其中加入1～10份的助剂和7～25份的水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料。
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体经剪切，堆码后，送入轨道窑，由轮窑尾气低温烘干成干坯体，烘干的时间为2h以上，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1050～1100℃烧结6～10h，然后自然冷却，得到烧结砖。
实施例1
烧结砖的原料如下：
所述烧结砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将60份粒度小于7.0mm的磁铁矿尾矿和40份粒度小于3.0mm的煤矸石粉混合，再向其中加入3份污泥和13份水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体形貌为长方体，将坯体剪切，堆码后，送入轨道窑，经180℃的轮窑尾气烘干5h，得到干坯体，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1060℃烧结6h，自然冷却后，得到烧结砖成品。
实施例2
烧结砖的原料如下：
所述烧结砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将75份粒度小于10.0mm的超贫钒钛磁铁矿砂和25份粒度小于2.0mm的煤矸石粉混合，再向其中加入2份污泥，2份尾矿泥和10份水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体形貌为圆形，将坯体剪切，堆码后，送入轨道窑，经190℃的轮窑尾气烘干4h，得到干坯体，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1100℃烧结10h，自然冷却后，得到烧结砖成品。
实施例3
烧结砖的原料如下：
所述烧结砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将80份粒度小于8.0mm的赤铁矿尾矿和20份粒度小于5.0mm的煤矸石粉混合，再向其中加入1.2份污泥，4.8份尾矿泥和15份水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体形貌为圆形，将坯体剪切，堆码后，送入轨道窑，经200℃的轮窑尾气烘干2h，得到干坯体，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1150℃烧结8h，自然冷却后，得到烧结砖成品。
实施例4
烧结砖的原料如下：
所述烧结砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将40份粒度小于8.0mm的超贫钒钛磁铁矿砂和60份粒度小于5.0mm的煤矸石粉混合，再向其中加入7份污泥和3份尾矿泥，并加入25份水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体形貌为圆形，将坯体剪切，堆码后，送入轨道窑，经185℃的轮窑尾气烘干3h，得到干坯体，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1000℃烧结7h，自然冷却后，得到烧结砖成品。
实施例5
烧结砖的原料如下：
所述烧结砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将50份粒度小于8.0mm的磁铁矿尾矿和赤铁矿尾矿与50份粒度小于5.0mm的煤矸石粉混合，再向其中加入1份尾矿泥和7份水，经润湿，预混后，送入练泥机中混匀、搅拌、练泥，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料送入制砖机中真空挤压成为坯体，坯体外形为长方体，内部的空心形状为圆形，将坯体剪切，堆码后，送入轨道窑，经185℃的轮窑尾气烘干10h，得到干坯体，烘干过程中产生的尾气经净化后排空；
(3)将干坯体装入轮窑中，在1100℃烧结9h，自然冷却后，得到烧结砖成品。
对比例1
烧结砖的原料和制备方法与实施例2相同，唯一的不同点在于，原料中不含有污泥。
对比例2
烧结砖的原料和制备方法与实施例2相同，唯一的不同点在于：原料中的污泥和尾矿泥替换成粘土。
按照GB13544-2011测试实施例1～5及对比例1和2制得的烧结砖的性能。结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，利用本发明提供的方法制备得到的烧结砖其密度等级为1100～1200kg/m3(多孔)，抗压强度为15.0MPa以上，尺寸偏差，缺棱掉角情况及条面平整情况均符合国标要求；配方中含有污泥和尾矿泥的烧结砖性能更好。而对比例1的配方中因不含污泥，导致烧结砖原料的可塑性能较差，坯体干燥时易出现裂纹，致使烧结砖成品率低，成品率降低15～25％，烧结砖抗压强度降低20～30％；对比例2的配方中因将污泥和尾矿泥替换成粘土，在烧结时，由于热量较低，烧成温度降低40～60℃，导致干坯体的烧结不充分，制得的烧结砖中黑心率增加，影响烧结砖的抗压强度，抗压强度降低15～25％。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种烧结砖，其特征在于，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述铁尾矿和煤矸石的重量份数之和为100份，所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
2.根据权利要求1所述的烧结砖，其特征在于，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述铁尾矿和煤矸石的重量份数之和为100份，所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
3.根据权利要求1或2所述的烧结砖，其特征在于，所述烧结砖按重量份数主要由如下原料制备得到：
所述助剂为污泥和/或尾矿泥。
4.根据权利要求1-3之一所述的烧结砖，其特征在于，所述铁尾矿为磁铁矿尾矿、超贫钒钛磁铁矿或赤铁矿尾矿中的一种或至少两种的组合物；
优选地，所述铁尾矿的粒度不大于10.0mm，优选为不大于6.0mm；
优选地，所述煤矸石的粒度不大于5.0mm，优选为不大于3.0mm。
5.根据权利要求1-4之一所述的烧结砖，其特征在于，所述污泥为生活污泥和/或细泥；
优选地，所述生活污泥为污水处理厂产生的污泥；
优选地，所述细泥为铁矿选矿厂产生的细泥；
优选地，所述尾矿泥为铁矿选矿厂沉淀池中的尾矿泥；
优选地，所述助剂为污泥和尾矿泥的混合物，且污泥在所述混合物中的质量百分数为20～70％。
6.根据权利要求1-5之一所述的烧结砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的铁尾矿和煤矸石混合，向其中加入配方量的污泥和/或尾矿泥以及水，得到混合料，混合料经处理，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料制成坯体，再烘干，得到干坯体；
(3)将干坯体烧结，得到烧结砖，烧结产生的尾气用于步骤(2)中坯体的烘干。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁尾矿和煤矸石在混合前分别进行分级和粉碎；
优选地，步骤(1)所述铁尾矿的粒度不大于10.0mm，优选为不大于6.0mm；
优选地，步骤(1)所述煤矸石的粒度不大于5.0mm，优选为不大于3.0mm；
优选地，步骤(1)所述处理为将混合料润湿，预混后，再混匀，搅拌，练泥；
优选地，所述混匀，搅拌和练泥在练泥机中进行。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述坯体在制砖机中经真空挤压制成；
优选地，所述真空挤压的真空度小于0.15MPa，挤出压力为1.0～4.0MPa；
优选地，所述坯体的外形为长方体，内部含有或不含有空心；
优选地，步骤(2)所述烘干的温度为180～200℃；
优选地，步骤(2)所述烘干的时间为2h以上，优选为4～6h；
优选地，步骤(2)所述坯体经剪切和堆码后再烘干；
优选地，步骤(2)所述烘干产生的尾气经净化后排空；
优选地，步骤(2)所述烘干在轨道窑中进行。
9.根据权利要求6-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烧结的温度为1000～1150℃，优选为1050～1100℃；
优选地，步骤(3)所述烧结的时间为6～10h；
优选地，步骤(3)所述烧结在轮窑中进行。
10.根据权利要求6-9之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的粒度不大于10.0mm的铁尾矿和粒度不大于5.0mm的煤矸石混合，向其中加入配方量的污泥和/或尾矿泥以及水，得到混合料，混合料经处理，得到烧结砖原料；
(2)将烧结砖原料制成坯体，再在180～200℃条件下烘干4～6h，得到干坯体；
(3)将干坯体在1000～1150℃烧结6～10h，得到烧结砖，烧结产生的尾气用于步骤(2)中坯体的烘干。
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