CN105924223A - 一种电解锰渣烧结多孔砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烧结砖制备技术领域技术领域，具体涉及一种电解锰渣烧结多孔砖及其制备方法。本发明电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣45‑65份、粘土15‑25份、粉煤灰10‑15份、煤15‑25份、糖渣10‑20份、黑滑石15‑25份、聚乙烯醇3‑8份、羧甲基纤维素钠3‑8份、交联聚丙烯酸树脂2‑5份和水适量；同时提供了电解锰渣烧结多孔砖的制备方法。本发明提供一种解决了电解锰渣堆积而造成环境污染的解决办法，本发明制备方法制备出来的多孔砖具有成品合格率高、透气性好、吸水率低的特点。

Description

一种电解锰渣烧结多孔砖及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及烧结砖制备技术领域技术领域，具体涉及一种电解锰渣烧结多孔砖及其制备方法。

【背景技术】

电解锰渣是由以碳酸锰矿为主的菱锰矿，经过磨细后和硫酸反应得到硫酸锰溶液，提取金属锰后弱酸性工业废渣，具有颗粒粒度细小、含水率高达16％—40％、粘稠并极易成块等特点。金属锰是国民经济中重要的战略资源之一，我国是电解锰生产大国，但同时作为典型的湿法冶金的电解锰行业，在促进经济发展同时也带来如电解锰渣堆放和污染的严重的环境问题。一般采用电解提取金属锰法，每提取1t电解金属锰所排放的酸浸废渣量约为8～9t。

锰渣化学成分复杂，除含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等成分外，同时还含有氨氮、氟化物以及Mn、Cd、Cu、Ni、Pb等金属成分，按照目前国家相关标准，锰渣为一般工业固体废弃物，这些化学成分再次使用前如果不进行金属成分固化处理，易释放出来造成二次污染。

我国不少学者也开展电解锰渣资源化利用的研究和应用。大多集中在有价元素回收、作为水泥生产中缓凝剂、高温烧制硫铝酸盐水泥和制备低等级胶凝材料方面，在电解锰渣制砖研究较少，且多为添加水泥和其他材料、采用蒸养方式制备蒸压砖的研究，电解锰渣消耗量小而水泥用量大，造成成本太高，很难推广应用；有的用来制造水泥，废渣耗用量不多，不能有效消耗掉电解锰行业产生的大量废渣。

烧结多孔砖孔主要用于建筑墙体承重部位，孔洞多与承压面垂直，它的单孔尺寸小，孔洞分布合理，非孔洞部分砖体较密实，具有较高的强度。普通烧结砖有自重大、体积小、生产能耗高、施工效率低等缺点，用烧结多孔砖和烧结空心砖代替烧结普通砖，可使建筑物自重减轻30％左右，节约粘土20％～30％，节省燃料10％～20％，墙体施工功效提高40％，所以推广使用多孔砖是加快我国墙体材料改革，促进墙体材料工业技术进步的重要措施之一。目前国内缺少运用电解锰渣制备多孔砖和其制备方法的研究。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对国内缺少运用电解锰渣制备多孔砖和其制备方法研究的问题，提供一种利用电解锰渣为主要原料来烧结多孔砖，另外还提供了电解锰渣烧结多孔砖的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣45-65份、粘土15-25份、粉煤灰10-15份、煤15-25份、糖渣10-20份、黑滑石15-25份、聚乙烯醇3-8份、羧甲基纤维素钠3-8份、交联聚丙烯酸树脂2-5份和水适量。

优化的一种电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣55份、粘土30份、粉煤灰12份、煤20份、糖渣15份、黑滑石18份、聚乙烯醇4份、羧甲基纤维素钠5份、交联聚丙烯酸树脂3份和水适量。

其中改性电解锰渣由以下份比的原料制成：电解锰渣70-80份、生石灰10-20份、硫酸钡适量和水适量。改性电解锰渣由以下步骤制得：按重量份比，取电解锰渣、生石灰，将上述原料一起送入球磨机，按固液比1：1-2加水，接着在球磨机中粉碎成浆液，浆液不时搅拌60-90min；然后加入碳酸钡，继续搅拌35-60min，随后静置2-3h；最后除去水分、干燥，使含水量不大于8％，得改性电解锰渣。

一种电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按照重量份比，取改性电解锰渣、粘土、粉煤灰、煤、糖渣、黑滑石，以上原料分别于105-115℃干燥至含水量低于5％，分别粉碎，分别粉碎至改性电解锰渣最大粒径不超过1.5mm、粘土和黑滑石最大粒径不超过1.8mm、粉煤灰和煤最大粒径不超过2.2mm、糖渣最大不超过粒径2.8mm，最后得改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，以上粉末备用；

b.按照重量份比，取聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、交联聚丙烯酸树脂，步骤a中改性改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，将以上所有原料一起送入搅拌机，加水适量，搅拌混合均匀，水含量保持在15-20％，用保鲜膜覆盖表面，密闭保存12-24h，得混合物料，备用；

c.取步骤b中混合物料，送入真空压制制砖机，经机械压制成砖块，接着将砖块放入温度105-115℃、湿度55-65％的环境中，鼓风干燥12-22h，得到砖坯，备用；

d.将步骤c中砖坯送入烧烤窑，烧烤窑温度先以70℃/h的速率升温、并于350-500℃保持40-60min，再以100℃/h的速率升温、于800-950℃保持3-5h，然后随炉冷却，即得。

优化的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，步骤c所述的砖坯上有多个双向交错排列的圆形孔洞，砖坯孔洞率为20-32％，所述圆形孔洞的直径8-10mm。

进一步优化的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，步骤d所述的随炉冷却过程中喷淋细水雾30-45min，所述细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。

更进一步优化的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，所述喷淋细水雾是随炉冷却过程中烧烤窑温度下降200-300℃时喷淋。

部分原料功效介绍如下：

黑滑石：主要矿物为滑石，其含量为92％以上，此外含有5％左右的石英及2％左右的有机质。我国黑滑石资源十分丰富。主要成分有氧化镁、氧化硅，以及氧化铝、氧化铁、氧化钛、氧化钠和氧化钾等。硬度为1-1.5，干粉有滑感，黑滑石粉体可用作防水油毡的撤铺原料，减少吸水性。

聚乙烯醇：有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味。具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性，可用于多个行业。

羧甲基纤维素钠：具有粘合、增稠、增强、乳化、保水、悬浮等作用。工业中用作上浆剂、印染浆的增稠剂，由于其优异的性能和广泛的用途，还在不断地开拓新的应用领域。

交联聚丙烯酸树脂：一种交联剂，能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质。促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。

本发明技术方案效果如下：

1.本发明在利用电解锰渣前对其进行改性，通过先添加生石灰进行化学处理，生石灰遇水生成氢氧化钙，氢氧根与电解锰渣中的铵根离子产生氨气排出，有效避免制砖过程中产生刺激性气体，损害仪器设备和影响员工身体健康；再通过添加碳酸钡，碳酸根与大部分金属离子生成碳酸盐沉淀、钡离子与硫酸生成硫酸钡沉淀，可以起到将金属离子固定的效果，有效避免砖体使用过程中释放金属离子而对环境和人体有害。

2.在利用电解锰渣烧结制备多孔砖，由于坯体有孔洞，增加了成型的难度，因而对原料的可塑性要求很高。本发明通过不断尝试，通过以下措施可以有效的提高物料的可塑性：通过加入黑滑石可以有效的增加物料间的流动性能，可以使各物料间混合更均匀，可提高物料均一性和可塑性；第二，细磨原料可使物料中粘性质成分有足够数量分离出来，大大提高了整体原料的可塑性；第三，通过添加聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和交联聚丙烯酸树脂，作为混合原料的稳定剂、增粘剂，几种交联剂混合使用，可获得最佳的综合效果，可以使物料可塑性和韧性显著提升；最后，原料中夹杂的空气会降低其可塑性能，使成型后的坯体起泡、分层和裂缝，本发明采用真空压制成型不但可以克服上述缺陷，提高泥料的可塑性能，还可增加坯体的强度和密实度；原料制好后，用保鲜膜覆盖表面，保持12-24h，得混合物料，用保鲜膜覆盖表面进行闷料一段时间，保鲜膜覆盖可以防止水分蒸发、物料温度会升高2-3℃，这个温度更利于让物料间相互作用、互相渗透，达到更好韧性。

3.本发明通过加入煤粉、糖渣对复合物料进行改性，使得多孔砖在烧结过程中产生丰富的气孔，可以提高砖体的保温隔热性能。

4.通过真空压制制砖机，如果直接烧制容易形成变形、开裂、断裂、机械强度低等残次品，本发明通过先将陶瓷坯放入温度105-115℃、湿度55-65％的环境下，鼓风干燥12-22h，可以先除去大部分表面水分和浅表水分，控制湿度避免温度突然变高表面水分蒸发过快结痂、从而影响里面水分散出，通过这样设置，砖坯成品合格率显著提高。

5.多孔砖孔洞如果设置不合理，容易影响其机械强度，本发明通过设置多个双向交错排列的圆形孔洞，圆形孔洞的直径8-10mm，砖坯孔洞率为20％-32％，可以有效减轻砖体重量的同时还可以拥有良好的机械强度；同时砖体因为加入煤、糖渣进行改性，在高温烧制时碳化，可以形成无数非常细小、均匀的小气孔，对增加砖体透气性能有很好的帮忙，可以达到砖体保湿透气功能，同时符合国家相关多孔砖行业标准。

6.本发明制备电解锰渣烧结多孔砖随炉冷却过程中，当温度下降200-300℃左右时，通过喷淋30-45min的细水雾，细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。如果温度太高喷洒会使砖体强烈遇冷脆性增加，当温度下降200-300℃左右时，对其机械强度影响不大，同时可以加快冷却节约时间和经济成本；更为重要的是，此时喷洒细水雾，与砖体中的黑滑石发生化学和物理反应，在砖体表面形成一层细膜，可以减少砖体的吸水性，使砖体的吸水性下降到21％左右，达到透气但不吸水的特性。

7.本发明因加入了改性电解锰渣、黑滑石、糖渣粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等，砖原料得到改性，可以在900℃左右烧制完成，与目前常用1000-1100℃相比，可以有效的减少原料中物质高温燃烧时发生分解的机率，同时温度降低可以节约能源。

8.本发明在烧制过程中，采用逐渐升温、分段烧制的方法。先采用缓慢的升温，当温度达到350-500℃保持40-60min，因为刚开始烧制时，砖体内水分相当较多，缓慢升温可以避免砖体水分急剧丢失而产生开裂和不平整；350-500℃保持40-60min，此时煤、糖渣等可以在此温度逐渐燃烧、碳化，有利于小气孔的产生，同时煤粉、糖渣从内部燃烧，有利于砖体从内部产生温度利于烧制过程，其他化学成分也可在此温度产生化学反应；然后快速升温，于高温烧制成型。分段烧制相较于直接高温烧制，成品合格率和质量有提高。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明利用电解锰渣制备多孔砖，提供一种解决了电解锰渣堆积而造成环境污染的解决办法，同时提供一种电解锰渣烧结多孔砖的制备方法。在制备多孔砖前通过对电解锰渣进行改性，有效的避免电解锰渣在使用过程中放出氨气和释放金属离子的问题；其他物质的添加，综合起效对物料的整体可塑性有很大提高；本发明制备方法制备出来的多孔砖具有成品合格率高、透气性好、吸水率低的特点，并且符合国家对多孔砖的行业标准。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

一、配方实施例

实施例1

一种电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣45份、粘土15份、粉煤灰10份、煤15份、糖渣10份、黑滑石15份、聚乙烯醇3份、羧甲基纤维素钠3份、交联聚丙烯酸树脂2份和水适量。

实施例2

一种电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣65份、粘土25份、粉煤灰15份、煤25份、糖渣20份、黑滑石25份、聚乙烯醇8份、羧甲基纤维素钠8份、交联聚丙烯酸树脂5份和水适量。

实施例3

一种电解锰渣烧结多孔砖，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣55份、粘土30份、粉煤灰12份、煤20份、糖渣15份、黑滑石18份、聚乙烯醇4份、羧甲基纤维素钠5份、交联聚丙烯酸树脂3份和水适量。

二、制备改性电解锰渣实施例

实施例4

改性电解锰渣由以下份比的原料制成：电解锰渣70份、生石灰10份、硫酸钡适量和水适量。

改性电解锰渣由以下步骤制得：按重量份比，取电解锰渣、生石灰，将上述原料一起送入球磨机，按固液比1：1加水，接着在球磨机中粉碎成浆液，浆液不时搅拌60min；然后加入碳酸钡，继续搅拌35min，随后静置2h；最后除去水分、干燥，使含水量不大于8％，得改性电解锰渣。

实施例5

改性电解锰渣由以下份比的原料制成：电解锰渣80份、生石灰20份、硫酸钡适量和水适量。

改性电解锰渣由以下步骤制得：按重量份比，取电解锰渣、生石灰，将上述原料一起送入球磨机，按固液比1：2加水，接着在球磨机中粉碎成浆液，浆液不时搅拌90min；然后加入碳酸钡，继续搅拌60min，随后静置3h；最后除去水分、干燥，使含水量不大于8％，得改性电解锰渣。

三、制备电解锰渣烧结多孔砖方法的实施例

实施例6

依据实施例1和实施例4的配方，制备电解锰渣烧结多孔砖，包括以下步骤：

a.按照重量份比，取改性电解锰渣、粘土、粉煤灰、煤、糖渣、黑滑石，以上原料分别于105℃干燥至含水量低于5％，分别粉碎，分别粉碎至改性电解锰渣最大粒径不超过1.5mm、粘土和黑滑石最大粒径不超过1.8mm、粉煤灰和煤最大粒径不超过2.2mm、糖渣最大不超过粒径2.8mm，最后得改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，以上粉末备用；

b.按照重量份比，取聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、交联聚丙烯酸树脂，步骤a中改性改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，将以上所有原料一起送入搅拌机，加水适量，搅拌混合均匀，水含量保持在15％，用保鲜膜覆盖表面，密闭保存12h，得混合物料，备用；

c.取步骤b中混合物料，送入真空压制制砖机，经机械压制成砖块，接着将砖块放入温度105℃、湿度55％的环境中，鼓风干燥12h，得到砖坯，所述砖坯上有多个双向交错排列的圆形孔洞，砖坯孔洞率为20％，所述圆形孔洞的直径8mm，砖坯备用；

d.将步骤c中砖坯送入烧烤窑，烧烤窑温度先以70℃/h的速率升温、并于350℃保持40min，再以100℃/h的速率升温、于800℃保持3h，然后随炉冷却，烧烤窑温度下降200℃时喷淋细水雾，喷淋细水雾时间30min，所述细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。

实施例7

依据实施例2和实施例5的配方，制备电解锰渣烧结多孔砖，包括以下步骤：

a.按照重量份比，取改性电解锰渣、粘土、粉煤灰、煤、糖渣、黑滑石，以上原料分别于115℃干燥至含水量低于5％，分别粉碎，分别粉碎至改性电解锰渣最大粒径不超过1.5mm、粘土和黑滑石最大粒径不超过1.8mm、粉煤灰和煤最大粒径不超过2.2mm、糖渣最大不超过粒径2.8mm，最后得改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，以上粉末备用；

b.按照重量份比，取聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、交联聚丙烯酸树脂，步骤a中改性改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，将以上所有原料一起送入搅拌机，加水适量，搅拌混合均匀，水含量保持在15-20％，用保鲜膜覆盖表面，密闭保存24h，得混合物料，备用；

c.取步骤b中混合物料，送入真空压制制砖机，经机械压制成砖块，接着将砖块放入温度105-115℃、湿度55-65％的环境中，鼓风干燥22h，得到砖坯，所述砖坯上有多个双向交错排列的圆形孔洞，砖坯孔洞率为32％，所述圆形孔洞的直径10mm，砖坯备用；

d.将步骤c中砖坯送入烧烤窑，烧烤窑温度先以70℃/h的速率升温、并于500℃保持60min，再以100℃/h的速率升温、于950℃保持5h，然后随炉冷却，烧烤窑温度下降300℃时喷淋细水雾，喷淋细水雾时间45min，所述细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。

实施例8

依据实施例3和实施例5的配方，制备电解锰渣烧结多孔砖，包括以下步骤：

a.按照重量份比，取改性电解锰渣、粘土、粉煤灰、煤、糖渣、黑滑石，以上原料分别于110℃干燥至含水量低于5％，分别粉碎，分别粉碎至改性电解锰渣最大粒径不超过1.5mm、粘土和黑滑石最大粒径不超过1.8mm、粉煤灰和煤最大粒径不超过2.2mm、糖渣最大不超过粒径2.8mm，最后得改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，以上粉末备用；

b.按照重量份比，取聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、交联聚丙烯酸树脂，步骤a中改性改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，将以上所有原料一起送入搅拌机，加水适量，搅拌混合均匀，水含量保持在18％，用保鲜膜覆盖表面，密闭保存20h，得混合物料，备用；

c.取步骤b中混合物料，送入真空压制制砖机，经机械压制成砖块，接着将砖块放入温度110℃、湿度60％的环境中，鼓风干燥20h，得到砖坯，所述砖坯上有多个双向交错排列的圆形孔洞，砖坯孔洞率为28％，所述圆形孔洞的直径9mm，砖坯备用；

d.将步骤c中砖坯送入烧烤窑，烧烤窑温度先以70℃/h的速率升温、并于450℃保持50min，再以100℃/h的速率升温、于900℃保持4h，然后随炉冷却，烧烤窑温度下降260℃时喷淋细水雾，喷淋细水雾时间40min，所述细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。

使用实施例9制备得到样品，取样50块进行检测，按《烧结多孔砖和多孔砌块》(GB13544-2011)标准进行检测，得到的样品检测数据如下：

表1

由上表可知：本发明制备方法确实可行，制备出来的多孔砖具有成品合格率高、并且符合国家对多孔砖的行业标准。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种电解锰渣烧结多孔砖，其特征在于，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣45-65份、粘土15-25份、粉煤灰10-15份、煤15-25份、糖渣10-20份、黑滑石15-25份、聚乙烯醇3-8份、羧甲基纤维素钠3-8份、交联聚丙烯酸树脂2-5份和水适量。

2.根据权利要求1所述的一种电解锰渣烧结多孔砖，其特征在于，由以下重量份比原料制成：改性电解锰渣55份、粘土30份、粉煤灰12份、煤20份、糖渣15份、黑滑石18份、聚乙烯醇4份、羧甲基纤维素钠5份、交联聚丙烯酸树脂3份和水适量。

3.根据权利要求1或2所述的一种电解锰渣烧结多孔砖，其特征在于，所述的改性电解锰渣由以下份比的原料制成：电解锰渣70-80份、生石灰10-20份、碳酸钡7-15份和水适量。

4.根据根据权利要求3所述的一种电解锰渣烧结多孔砖，其特征在于，所述的改性电解锰渣由以下步骤制得：按重量份比，取电解锰渣、生石灰，将上述原料一起送入球磨机，按固液比1：1-2加水，接着在球磨机中粉碎成浆液，浆液不时搅拌60-90min；然后加入碳酸钡，继续搅拌35-60min，随后静置2-3h；最后除去水分、干燥，使含水量不大于8％，得改性电解锰渣。

5.一种制备权利要求1电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按照重量份比，取改性电解锰渣、粘土、粉煤灰、煤、糖渣、和黑滑石分别于105-115℃干燥至含水量低于5％，然后分别粉碎至改性电解锰渣最大粒径不超过1.5mm、粘土和黑滑石最大粒径不超过1.8mm、粉煤灰和煤最大粒径不超过2.2mm、糖渣最大不超过粒径2.8mm，最后得改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，以上粉末备用；

b.按照重量份比，取聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、交联聚丙烯酸树脂，步骤a中改性电解锰渣粉、粘土粉、粉煤灰粉、煤粉、糖渣粉、黑滑石粉，将以上所有原料一起送入搅拌机，加水适量，搅拌混合均匀，水含量保持在15-20％，用保鲜膜覆盖表面，密闭保存12-24h，得混合物料，备用；

c.取步骤b中混合物料，送入真空压制制砖机，经机械压制成砖块，接着将砖块放入温度105-115℃、湿度55-65％的环境中，鼓风干燥12-22h，得到砖坯，备用；

d.将步骤c中砖坯送入烧烤窑，烧烤窑温度先以70℃/h的速率升温、并于350-500℃保持40-60min，再以100℃/h的速率升温、于800-950℃保持3-5h，然后随炉冷却，即得。

6.根据权利要求5所述的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，步骤c所述的砖坯上有多个双向交错排列的圆形孔洞，砖坯孔洞率为20-32％，所述圆形孔洞的直径8-10mm。

7.根据权利要求5所述的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，步骤d所述的随炉冷却过程中喷淋细水雾30-45min，所述细水雾的雾滴粒径50％小于200微米，99％小于400微米。

8.根据权利要求7所述的一种制备电解锰渣烧结多孔砖的制备方法，其特征在于，所述喷淋细水雾是随炉冷却过程中烧烤窑温度下降200-300℃时喷淋。