CN105254313A - 一种工业固体废弃物制耐火砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种工业固体废弃物制耐火砖及其制备方法，以工业废弃料铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉、糊精、淀粉、亚硫酸盐纸浆废液为原料，制备出了使用性能优良、生产成本低的耐火砖，达到综合回收利用工业固体废弃物并降低生产成本的目的。所制备的耐火砖具备优良的性能指标：显气孔率14-20％、体积密度3.0-3.5g/cm³、常温耐压强度150-230MPa、高温抗折强度50-70MPa，具有较好的抗热震性和耐腐蚀的能力。

Description

一种工业固体废弃物制耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种工业固体废弃物制耐火砖，还涉及该耐火砖的制备方法。

背景技术

耐火材料是指耐火温度不低于1580℃的材料，一般为由无机非金属材料构成的材料和制品，被广泛的应用在冶金、化工、石油、机械制造等领域。耐火材料的种类繁多，通常按耐火度的高低分为普通耐火材料（1580-1770℃）、高级耐火材料（1770-2000℃）和特级耐火材料（2000-3000℃）、超级耐火材料（3000℃以上）。

冶金废渣(高炉渣、有色金属渣、铁矿渣、钢渣)、燃料废渣(煤渣、煤矸石、粉煤灰、页岩灰)、化工废渣(硫酸渣、炼油碱渣、磷渣、盐泥、橡胶碎屑)、工业尾矿等工业固体废弃物中含有大量的SiO₂、AI₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO、SO₃、K₂O、Na₂O等成分，还含有重金属元素，如铬、铜、银、砷、镉等有毒物。工业固体废弃物流动性不大，但数量大，种类多，成分复杂，处理起来相当困难；一方面，它占用大量土地，浪费土地资源，国家每年都要花巨额资金修建排渣场地和专用铁路线排渣，耗费了大量的人力物力；另一方面，由于工业固体废弃物中含有铬、铜、银、砷、镉等重金属，堆放于露天且经日晒、风吹和雨淋等腐蚀风化，有害成分溶解后进入地表水或者渗入土壤，甚至通过土壤进入地下水，对土壤环境和水环境造成二次污染，对生物产生很强的影响，能抑制或消灭水中微生物的生长，妨碍水体自净。而造纸工业使用木材、稻草、芦苇、破布等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。在生产过程中，最后排出原料中的非纤维素部分成为造纸黑液。黑液中含有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有臭味，污染性很强；亚硫酸盐纸浆废液中含有大量的木素磺酸盐、糖类及其降解的产物、无机物等，具有很高的BOD、COD，如何回收和利用亚硫酸盐纸浆废液以减少其对环境的危害也是目前急待解决的问题。

目前，耐火原料、燃料等资源的涨价、人工、运费等成本的增加及国家对环境问题的日益重视，给我国耐火材料行业以及耐火砖生产企业带来了前所未有的挑战。工业固体废弃物的处理及资源化利用问题得到了社会各界的广泛关注，如何探索工业固体废弃物资源化利用的新途径，解决工业固体废弃物堆存所引发的环境污染问题，化害为利，是一项利国利民的大事，而且势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业固体废弃料，变废为宝，生产使用性能优良、生产成本低的耐火砖及其制备方法，以达到综合回收利用工业固体废弃物并降低生产成本的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种工业固体废弃物制耐火砖，该耐火砖由以下原料组成：铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉、糊精、淀粉、亚硫酸盐纸浆废液；

所述各原料按重量份数计，铬渣17~28份、煤矸石18~30份、粉煤灰10~15份、废石膏2~7份、石英尾砂3~8份、刚玉渣2~7份、铝型材厂工业污泥2~6份、高磷尾矿2~5份、工业铁尾矿2~5份、橄榄石2~4份、云母粉1~3份、糊精1~5份、淀粉1~5份、亚硫酸盐纸浆废液3~12份。

其中，所述各原料的颗粒度为，铬渣0.03~0.28mm、煤矸石0.02~0.4mm、粉煤灰0.1~0.5mm、废石膏0.1~0.8mm、石英尾砂0.5~1.2mm、刚玉渣0.6~1.2mm、铝型材厂工业污泥0.6~1.5mm、高磷尾矿1~2.3mm、工业铁尾矿1.3~3mm、橄榄石1.2~1.9mm、云母粉0.6~1mm。

上述工业固体废弃物制耐火砖的制备方法，步骤如下，

步骤1，取所述规定粒度和份数的铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

步骤2，取所述规定份数的亚硫酸盐型纸浆废液、糊精、淀粉进行混合，得到混合浆液；

步骤3，将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物中，继续混合搅拌10-15min，得到混合物料；

步骤4，将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯；将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1200-1700℃下保温2-4小时，即得耐火砖。

本发明与现有技术相比，其一，本发明揭示的耐火砖制备方法生产工艺简单，可以大规模地利用铬渣、煤矸石等工业固体废弃物，大大降低了耐火砖的制造成本，减少了环境污染，经济环保，废料可以重复利用。

其二，反应过程中加入的煤矸石、粉煤灰中含有一定量的C，充当结合剂的亚硫酸盐型纸浆废液、糊精、淀粉中有机物也可以在高温条件下碳化，这些C在高温加热过程中可以将铬渣中的有毒的六价铬离子还原为三价铬，无需向窑炉中通入还原性气体对铬渣进行还原。

其三，本发明制备的耐火砖具备优良的性能指标：显气孔率14-20％、体积密度3.0-3.5g/cm³、常温耐压强度150-230MPa、高温抗折强度50-70MPa，具有较好的抗热震性和耐腐蚀的能力。

具体实施方式

本发明给示了一种工业固体废弃物制耐火砖的基本配料。该耐火砖由以下原料组成：铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉、糊精、淀粉、亚硫酸盐纸浆废液；

所述各原料按重量份数计，铬渣17~28份、煤矸石18~30份、粉煤灰10~15份、废石膏2~7份、石英尾砂3~8份、刚玉渣2~7份、铝型材厂工业污泥2~6份、高磷尾矿2~5份、工业铁尾矿2~5份、橄榄石2~4份、云母粉1~3份、糊精1~5份、淀粉1~5份、亚硫酸盐纸浆废液3~12份。

其中，所述各原料的颗粒度为，铬渣0.03~0.28mm、煤矸石0.02~0.4mm、粉煤灰0.1~0.5mm、废石膏0.1~0.8mm、石英尾砂0.5~1.2mm、刚玉渣0.6~1.2mm、铝型材厂工业污泥0.6~1.5mm、高磷尾矿1~2.3mm、工业铁尾矿1.3~3mm、橄榄石1.2~1.9mm、云母粉0.6~1mm。

所述各原料中，铬渣的化学成分为CaO26~30wt%，Cr₂O₃2~3wt%，Fe₂O₃8~10wt%，SiO26~10wt%，Al₂O₃4~8wt%，MgO24~30wt%，CrO₃0.3~1.5wt%，Cr₂O₆0.3~.8wt%，重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）0.5~1wt%；

煤矸石的化学成分为SiO₂50~55wt%，Al₂O₃8~14wt%，CaO0.4~0.6wt%，Fe₂O₃2~3wt%，MgO1~3wt%，C8-25wt%；

粉煤灰的化学成分SiO₂50.41wt%，Al₂O₃27.86wt%，FeO6.88wt%，CaO3.14wt%，MgO0.86wt%，K₂O1.24wt%，Na₂O0.43wt%，SO₃0.57wt%；

废石膏中CaSO₄50-60wt%；

石英尾砂的化学成分为SiO₂86.10wt%，Al₂O₃8wt%，CaO1.8wt%，Fe₂O₃0.7wt%，MgO0.5wt%；

刚玉渣的化学成分为Al₂O₃65-85wt%，CaO5-10wt%，MgO8-15wt%；

铝型材厂工业污泥的化学成分为SiO₂2.54wt%，Al₂O₃58.6wt%，CaO0.48wt%，Fe₂O₃0.27wt%，MgO0.37wt%，K₂O0.04wt%，Na₂O0.34wt%；

高磷尾矿的化学成分为SiO₂10.86wt%，Al₂O₃0.53wt%，CaO38.85wt%，MgO7.84wt%，P₂O₅19.85wt%，Fe₂O₃0.25wt%；

工业铁尾矿的化学成分为SiO₂28wt%，Al₂O₃4.28wt%，CaO21wt%，Fe₂O₃16wt%，MgO7.84wt%，K₂O0.4wt%，Na₂O0.34wt%。

上述工业固体废弃物制耐火砖的制备方法，步骤如下，

步骤1，取所述规定粒度和份数的铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

步骤2，取所述规定份数的亚硫酸盐型纸浆废液、糊精、淀粉进行混合，得到混合浆液；

步骤3，将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物中，继续混合搅拌10-15min，得到混合物料；

步骤4，将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯；将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1200-1700℃下保温2-4小时，即得耐火砖。

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详述。

实施例1

所述耐火砖由以下重量份的原料组成：铬渣—粒度为0.28mm—18，煤矸石—粒度为0.4mm—20，粉煤灰—粒度为0.5mm—10，废石膏—粒度为0.8mm—6，石英尾砂—粒度为1.2mm—7，刚玉渣—粒度为1.2mm—6，铝型材厂工业污泥—粒度为1.5mm—5，高磷尾矿—粒度为2.3mm—4，工业铁尾矿—粒度为3mm—3，橄榄石—粒度为1.9mm—3，云母粉—粒度为1mm—3，糊精—2，淀粉—1，亚硫酸盐纸浆废液—12；

该耐火砖的制备步骤如下：

（1）将18重量份、粒度为0.28mm的铬渣，20重量份、粒度为0.4mm的煤矸石，10重量份、粒度为0.5mm为粉煤灰，6重量份、粒度为0.8mm的废石膏，7重量份、粒度为1.2mm的石英尾砂，6重量份、粒度为1.2mm的刚玉渣，5重量份、粒度为1.5mm的铝型材厂工业污泥，4重量份、粒度为2.3mm的高磷尾矿，3重量份、粒度为3mm的工业铁尾矿，3重量份、粒度为1.9mm的橄榄石，3重量份、粒度为1mm的云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

（2）将12重量份亚硫酸盐型纸浆废液、2重量份糊精、1重量份淀粉进行混合，得到混合浆液；

（3）将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物料中，继续混合搅拌10min，得到混合物料；

（4）将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯，将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1200℃下保温4小时，即得耐火砖。

所得产品的性能指标：显气孔率14％、体积密度3.1g/cm³、常温耐压强度160MPa、高温抗折强度52MPa，具有较好的抗热震性和耐腐蚀的能力。

实施例2

所述耐火砖由以下重量份的原料组成：铬渣—粒度为0.2mm—22，煤矸石—粒度为0.3mm—23，粉煤灰—粒度为0.4mm—15，废石膏—粒度为0.5mm—3，石英尾砂—粒度为1.0mm—5，刚玉渣—粒度为1.0mm—2，铝型材厂工业污泥—粒度为1.0mm—2，高磷尾矿—粒度为2.0mm—2，工业铁尾矿—粒度为2mm—2，橄榄石—粒度为1.4mm—2，云母粉—粒度为0.8mm—1，糊精—5，淀粉—4，亚硫酸盐纸浆废液—9；

该耐火砖的制备步骤如下：

（1）将22重量份、粒度为0.2mm的铬渣，23重量份、粒度为0.3mm的煤矸石，15重量份、粒度为0.4mm的粉煤灰，3重量份、粒度为0.5mm的废石膏，5重量份、粒度为1.0mm的石英尾砂，2重量份、粒度为1.0mm的刚玉渣，2重量份、粒度为1.0mm的铝型材厂工业污泥，2重量份、粒度为2.0mm的高磷尾矿，2重量份、粒度为2mm的工业铁尾矿，2重量份、粒度为1.4mm的橄榄石，1重量份、粒度为0.8mm的云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

（2）将9重量份亚硫酸盐型纸浆废液、5重量份糊精、4重量份淀粉进行混合，得到混合浆液；

（3）将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物料中，继续混合搅拌13min，得到混合物料；

（4）将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯，将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1500℃下保温3小时，即得耐火砖。

所得产品的性能指标：显气孔率16％、体积密度3.3g/cm³、常温耐压强度220MPa、高温抗折强度65MPa，具有较好的抗热震性和耐腐蚀的能力。

实施例3

所述耐火砖由以下重量份的原料组成：铬渣—粒度为0.05mm—26，煤矸石—粒度为0.03mm—25，粉煤灰—粒度为0.1mm—13，废石膏—粒度为0.1mm—4，石英尾砂—粒度为0.8mm—6，刚玉渣—粒度为0.6mm—4，铝型材厂工业污泥—粒度为0.6mm—3，高磷尾矿—粒度为1.0mm—3，工业铁尾矿—粒度为1.3mm—3，橄榄石—粒度为1.2mm—3，云母粉—粒度为0.6mm—2，糊精—1，淀粉—1，亚硫酸盐纸浆废液—6；

该耐火砖的制备步骤如下：

（1）将26重量份、粒度为0.05mm的铬渣，25重量份、粒度为0.03mm的煤矸石，13重量份、粒度为0.1mm为粉煤灰，4重量份、粒度为0.1mm的废石膏，6重量份、粒度为0.8mm的石英尾砂，4重量份、粒度为0.6mm的刚玉渣，3重量份、粒度为0.6mm的铝型材厂工业污泥，3重量份、粒度为1.0mm的高磷尾矿，3重量份、粒度为1.3mm的工业铁尾矿，3重量份、粒度为1.2mm的橄榄石，2重量份、粒度为0.6mm的云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

（2）将6重量份亚硫酸盐型纸浆废液、1重量份糊精、1重量份淀粉进行混合，得到混合浆液；

（3）将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物料中，继续混合搅拌15min，得到混合物料；

（4）将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯，将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1700℃下保温4小时，即得耐火砖。

所得产品的性能指标：显气孔率20％、体积密度3.5g/cm³、常温耐压强度230MPa、高温抗折强度68MPa，具有较好的抗热震性和耐腐蚀的能力。

上述实施例仅是对本发明人思路的列举，并不对本发明做形式上的限定，因工业固体废料的成份在不同的地域和不同的来源下虽基本上为常数，但差异变化是肯定的。任何人在本发明思路基础上的模仿行为，均形成对本发明的侵犯。

Claims (4)

1.一种工业固体废弃物制耐火砖，该耐火砖由以下原料组成：

铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉、糊精、淀粉、亚硫酸盐纸浆废液；

所述各原料按重量份数计，铬渣17~28份、煤矸石18~30份、粉煤灰10~15份、废石膏2~7份、石英尾砂3~8份、刚玉渣2~7份、铝型材厂工业污泥2~6份、高磷尾矿2~5份、工业铁尾矿2~5份、橄榄石2~4份、云母粉1~3份、糊精1~5份、淀粉1~5份、亚硫酸盐纸浆废液3~12份。

2.根据权利要求1所述的工业固体废弃物制耐火砖，其特征是，所述各原料的颗粒度为，铬渣0.03~0.28mm、煤矸石0.02~0.4mm、粉煤灰0.1~0.5mm、废石膏0.1~0.8mm、石英尾砂0.5~1.2mm、刚玉渣0.6~1.2mm、铝型材厂工业污泥0.6~1.5mm、高磷尾矿1~2.3mm、工业铁尾矿1.3~3mm、橄榄石1.2~1.9mm、云母粉0.6~1mm。

3.根据权利要求1或2所述的工业固体废弃物制耐火砖，其特征是，所述各原料中，铬渣的化学成分为CaO26~30wt%，Cr₂O₃2~3wt%，Fe₂O₃8~10wt%，SiO26~10wt%，Al₂O₃4~8wt%，MgO24~30wt%，CrO₃0.3~1.5wt%，Cr₂O₆0.3~.8wt%，重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）0.5~1wt%；

煤矸石的化学成分为SiO₂50~55wt%，Al₂O₃8~14wt%，CaO0.4~0.6wt%，Fe₂O₃2~3wt%，MgO1~3wt%，C8-25wt%；

粉煤灰的化学成分SiO₂50.41wt%，Al₂O₃27.86wt%，FeO6.88wt%，CaO3.14wt%，MgO0.86wt%，K₂O1.24wt%，Na₂O0.43wt%，SO₃0.57wt%；

废石膏中CaSO₄50-60wt%；

石英尾砂的化学成分为SiO₂86.10wt%，Al₂O₃8wt%，CaO1.8wt%，Fe₂O₃0.7wt%，MgO0.5wt%；

刚玉渣的化学成分为Al₂O₃65-85wt%，CaO5-10wt%，MgO8-15wt%；

铝型材厂工业污泥的化学成分为SiO₂2.54wt%，Al₂O₃58.6wt%，CaO0.48wt%，Fe₂O₃0.27wt%，MgO0.37wt%，K₂O0.04wt%，Na₂O0.34wt%；

高磷尾矿的化学成分为SiO₂10.86wt%，Al₂O₃0.53wt%，CaO38.85wt%，MgO7.84wt%，P₂O₅19.85wt%，Fe₂O₃0.25wt%；

工业铁尾矿的化学成分为SiO₂28wt%，Al₂O₃4.28wt%，CaO21wt%，Fe₂O₃16wt%，MgO7.84wt%，K₂O0.4wt%，Na₂O0.34wt%。

4.根据权利要求1或2所述的工业固体废弃物制耐火砖的制备方法，步骤如下，

步骤1，取所述规定粒度和份数的铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、刚玉渣、铝型材厂工业污泥、高磷尾矿、工业铁尾矿、橄榄石、云母粉放入搅拌机中进行混合，得到预混物料；

步骤2，取所述规定份数的亚硫酸盐型纸浆废液、糊精、淀粉进行混合，得到混合浆液；

步骤3，将步骤（2）中的混合浆液加入到步骤（1）中的预混物中，继续混合搅拌10-15min，得到混合物料；

步骤4，将步骤（3）得到的混合物料放入压砖机中压制成砖坯；将所得砖坯放入干燥窑中，在110℃温度下干燥1天；将干燥后的砖坯在1200-1700℃下保温2-4小时，即得耐火砖。