CN105948607A - 一种碳化植物纤维增强煤矸石砖及其生产方法 - Google Patents

一种碳化植物纤维增强煤矸石砖及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，由以下重量份数组成：煤矸石粉100份、水泥5—60份、电石渣浆料20—150份、尾矿石、5—30份碳化植物纤维0.1—15份、脱硫石膏1—12份、建筑垃圾1—30份、脱模剂0.1‑1.5份；经碳化处理的植物纤维具有良好的耐候性、韧性、抗冲击强度，作为结构补强剂，能够有效增强制成品的抗拉性能和断裂韧性；通过本发明描述的配方工艺可实现各类资源的最大化再生利用，可有效缓解国内当前环境可持续发展的压力，保护耕地资源，具有深远的社会经济效益，其市场潜力极为广泛；同时，本发明所描述的配方工艺具有原材料成本低廉、综合生产成本极低、生产工艺方法简单、产品质量稳定。

Description

-种碳化植物纤维増强煤巧石砖及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明设及新型建材技术领域，具体来说，设及一种碳化植物纤维增强煤杆石砖 及其生产方法。
背景技术
[0002] 我国是资源大国、人口大国也是建筑大国，随着适婚人口数量的快速增加带动了 我国房地产行业的快速发展，新建住房面积逐年增长，在建筑业快速发展的同时，也产生了 大量的建筑垃圾，由于房屋结构设计的不合理和业主对新房装演装饰的喜好不同，在房屋 的建设、装演改造过程中均会产生大量的砖瓦、混凝±等建筑垃圾，运类垃圾资源价值含量 低、难降解、难处理，在实际的管理过程中一般均直接填埋或露天堆放，对城市管理造成了 严重的困难，露天堆放又占据了大量的±地资源。
[0003] 我国作为一个人口大国，对能源、电力、水资源、各类工业制成品的需求巨大，导致 了国内煤矿、铁矿、憐矿、铜矿、稀上矿等矿业生产企业在采掘天然资源的同时，也产生了天 量的煤杆石、各类尾矿渣等难W处理的矿业垃圾，露天堆放造成了大量的±地资源浪费和 潜在的尾矿山塌陷等潜在的危险；能源企业在发电过程中电厂尾气脱硫产生的大量硫石 膏、电石生产厂产生的电石渣等难W资源化处理的副产品，对自然环境和人类的生存环境 均造成了严重的危害。
[0004] 另外，植物賴杆的处理一直是我国长期存在的一个重要问题，我国是农业大国，也 是产粮大国，13亿人口拥有巨大的粮食食用需求，也伴随了巨大的农业賴杆处理负担，传统 的农业模式是粮食收割后即对农作物賴杆进行焚烧还田，W补充地力，但农作物賴杆焚烧 会产生大量的烟尘、颗粒漂浮物等大气污染问题。因此，寻求賴杆再生利用，提高我国农业 的生态、环保水平具有重大意义。
[0005] 寻求一种能够更大化地利用农业、矿业和工业废弃物资源的方式，已成为我国经 济社会可持续发展的一个必然的和必须的重点任务。本发明W农业、矿业、工业的废弃物为 主要原料，经合理的配方设计和工艺设计，年可处理大量的各类农业、矿业、工业废弃资源。
[0006] 近年来，国内已经逐步发展成熟的利用粉煤灰、煤杆石、煤渣、尾矿渣、电石渣、建 筑垃圾等作为主要原料不经高溫般烧，直接诱铸养护而制备出的新型墙体填充材料称为免 烧砖，也被业内称为蒸压砖或泡沫砖。由于具有重量轻、结构强度高等优点已成为国内建筑 行业的主要墙体材料。因此，通过开发新的工艺配方将农业、工业和矿业产业的废弃资源进 行再生利用，将可有效缓解国内当前环境可持续发展的压力，保护耕地资源，具有深远的社 会经济效益，其市场潜力极为广泛。
发明内容
[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够最大限度地利用农业、工业、 矿业等传行业产生的低值副产物和废弃资源的煤杆石砖。本发明的另一个目的是提供所述 煤杆石砖的生产方法。
[0008] 本发明采用的技术方案是： 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，由如下组分和重量份数组成： 煤杆石粉 100份 水泥 5-60份 电石渣浆料 20-150份 尾矿石 5-30份 碳化植物纤维 0.1-15份 脱硫石膏 1-12份 建筑垃圾 1-30份 脱模剂 0.1-1.5份。
[0009] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的优选重量份数为： 煤杆石 100份 水泥 10-30份 电石渣浆料 20-60份 尾矿石 15-30份 碳化植物纤维 1-15份 脱硫石膏 3-9份 建筑垃圾 15-30份 脱模剂 0.1-1份。
[0010] 为了降低生产成本，本发明所述煤杆石为煤矿、电厂选煤后废弃的杆石类难燃和 不燃物。
[0011] 所述水泥为购自市场的成品水泥。
[0012] 所述电石渣浆料为购自电石厂制备乙烘后废弃的氨氧化巧固含量重量分数为 10%-40%的电石渣浆料，用于本发明所述煤杆石砖的生产过程中，可有效降低产品生产过 程中的水耗、能耗和物耗。
[0013] 所述尾矿石为铁矿、铜矿、憐矿、稀±矿选矿处理后的尾矿渣，可进一步提高本发 明的废弃物再生处理能力，并降低产品的生产成本。
[0014] 所述的碳化植物纤维主要来自于富含植物纤维的竹子、芦韦、稻草、玉米賴杆、小 麦賴杆中一种或几种的混合物，经打抛处理后去除木质素等非纤维成分，将得到的纤维素、 半纤维素组分经烘干后，在缺氧气氛下经半碳化或碳化处理制的所需的碳化植物纤维，可 有效增强产品的拉升强度和断裂初性。
[0015] 所述脱硫石膏选自电厂尾气脱硫处理后的硫石膏，用作本发明的填充物，进一步 降低产品的生产成本。
[0016] 所述建筑垃圾选自建筑业产生的含有砂子、瓦片、混凝±的无机建筑垃圾，用作本 发明的填充物，可进一步降低产生产成本和资源再生利用水平。
[0017] 所述脱模剂选自硅氧烷化合物、硅油、娃树脂甲基支链硅油、甲基硅油、乳化甲基 硅油、滑石、云母、陶±、白粘±中一种或几种的混合物，用于产品生产过程中的脱模处理， 使得产品具有良好的外观，并降低产品的脱模工作量。
[0018] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置1-4小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为ll(TC--16(rC，养护时间 为12-2地，蒸汽压力为0.6-l.SMPa。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 经碳化处理的植物纤维具有良好的耐候性、初性、抗冲击强度，作为结构补强剂，能够 有效增强制成品的抗拉性能和断裂初性;采用氨氧化巧固含量质量分数为20%--30%的电石 渣浆料为液体组分，替代了传统的煤杆石砖或蒸压砖生产过程中需要消耗大量的水资源， 并解决了电石渣浆料难W处理的技术难题，同时由于电石渣浆料为强碱性液体物料，在与 本发明中的尾矿渣、煤杆石、脱硫石膏等其他组分混合、揽拌的过程中能够对各组分物料进 行改性处理，使得产品具有更好的物理强度和制成品的快速吸水性。
[0020] 使用本发明描述的配方生产的煤杆石砖具有外观美观、断裂初性高、抗拉强度高、 不易开裂，可有效提高产品的使用寿命，并降低产品的施工难度；同时，本发明的另一个优 点是能够最大化地利用农业、矿业、建筑业、能源、工业生产过程中的各类废弃资源，实现了 各类资源的最大化再生利用；同时，本发明所描述的配方工艺具有原材料成本低廉、综合生 产成本极低、生产工艺方法简单、产品质量稳定。
[0021]
具体实施方式： 实施例1 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥10 份、电石渣浆料30份、尾矿石15份、碳化植物纤维1份、脱硫石膏3份、建筑垃圾15份、脱模剂 0.1 份。
[0022] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置1小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为11(TC，养护时间为24h，蒸 汽压力为〇.6MPa。
[0023] 实施例2 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥12 份、电石渣浆料35份、尾矿石17份、碳化植物纤维3份、脱硫石膏4份、建筑垃圾18份、脱模剂 0.3 份。
[0024] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1)按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置2小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为120°C，养护时间为20h，蒸 汽压力为O.SMPa。
[0025] 实施例3 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥15 份、电石渣浆料40份、尾矿石19份、碳化植物纤维5份、脱硫石膏4.5份、建筑垃圾20份、脱模 剂0.5份。
[0026] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置2.5小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为130°C，养护时间为1她，蒸 汽压力为〇.9MPa。
[0027] 实施例4 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥18 份、电石渣浆料45份、尾矿石22份、碳化植物纤维8份、脱硫石膏4.9份、建筑垃圾22份、脱模 剂0.6份。
[0028] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置3小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为140°C，养护时间为16h，蒸 汽压力为l.OMPa。
[0029] 实施例5 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥20 份、电石渣浆料45份、尾矿石24份、碳化植物纤维10份、脱硫石膏5.3份、建筑垃圾25份、脱模 剂0.7份。
[0030] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置3小时； (4)对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为150°C，养护时间为14h，蒸 汽压力为l.lMPa。
[0031] 实施例6 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥22 份、电石渣浆料50份、尾矿石26份、碳化植物纤维12份、脱硫石膏5.8份、建筑垃圾27份、脱模 剂0.8份。
[0032] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置3.5小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为160°C，养护时间为12h，蒸 汽压力为1.2MPa。
[0033] 实施例7 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥25 份、电石渣浆料55份、尾矿石28份、碳化植物纤维14份、脱硫石膏7份、建筑垃圾28份、脱模剂 0.9 份。
[0034] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置4小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为160°C，养护时间为12h，蒸 汽压力为1.3MPa。
[0035] 实施例8 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥30 份、电石渣浆料55份、尾矿石30份、碳化植物纤维15份、脱硫石膏9份、建筑垃圾30份、脱模剂 1份。
[0036] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置3.5小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为150°C，养护时间为14h，蒸 汽压力为1.2MPa。
[0037] 实施例9 一种碳化植物纤维增强煤杆石砖，其组分和重量份数组成为:煤杆石粉100份、水泥30 份、电石渣浆料60份、尾矿石30份、碳化植物纤维15份、脱硫石膏9份、建筑垃圾30份、脱模剂 1份。
[0038] 所述碳化植物纤维增强煤杆石砖的生产方法，主要包括如下步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤杆石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为3-15微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行揽拌混合制浆后转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料诱铸到标准的水泥搁块模型中，静置3小时； (4) 对步骤(3)诱铸后得到的搁块进行蒸压养护，养护溫度为140°C，养护时间为16h，蒸 汽压力为l.OMPa。
[0039] 对实施例1-9制备的碳化植物纤维增强煤杆石砖按《烧结多孔砖和多孔搁块KGB 13544-2011)进行性能测试，其抗压强度、抗折强度、干燥收缩率、碳化系数、导热系数进行 比对测试，测试结果如表1所示： 表1
Figure CN105948607AD00091

Claims (10)

1. 一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，按重量份数，该组合物由以下组分组 成： 煤矸石粉 100份 水泥 5-60份 电石渣浆料 20-150份 尾矿石 5-30份 碳化植物纤维 0.1-15份 脱硫石膏 1 一 12份 建筑垃圾 1一30份 脱模剂 0.1-1.5份。
2. 如权利要求1所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，各组分重量份数 为： 煤矸石 100份 水泥 10-30份 电石渣浆料 20-60份 尾矿石 15-25份 碳化植物纤维 1 一 15份 脱硫石膏 3-9份 建筑垃圾 15-30份 脱模剂 0.1-1份。
3. 如权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的煤矸 石粉为购自选煤厂、燃煤电厂选矿后的难燃和不燃的矸石类尾矿。
4. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的电 石渣浆料为购自电石厂生产乙炔过程中形成的电石渣浆料，其中氢氧化钙的固含量质量分 数为 10%-40%。
5. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的尾 矿石选自铁矿、磷矿、铜矿、稀土矿选矿后的尾矿石中一种或几种的混合物。
6. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的碳 化植物纤维主要选自于富含植物纤维的竹子、芦苇、稻草、玉米秸杆、小麦秸杆中一种或几 种的混合物，经打抛处理后去除木质素等非纤维成分，将得到的纤维素、半纤维素组分经烘 干后，在缺氧或无氧气氛下经半碳化或碳化处理制的所需的碳化植物纤维。
7. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的脱 硫石膏选自燃煤电厂尾气脱硫处理后的硫石膏。
8. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的建 筑垃圾为含有砂子、砖块、瓦片、混凝土的无机建筑垃圾。
9. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖，其特征在于，所述的脱 模剂为硅氧烷化合物、硅油、硅树脂甲基支链硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、滑石、云母、陶 土、白粘土中一种或几种的混合物。
10. 根据权利要求1或2所述的一种碳化植物纤维增强煤矸石砖的生产方法，包括如下 步骤： (1) 按组成原料的重量分数称取煤矸石、尾矿石、脱硫石膏、建筑垃圾放入破碎机中进 行破碎处理为20-100微米粒径的粉末； (2) 将步骤（1)得到的粉末状混合物与按组成原料重量分数称取的水泥、碳化植物纤 维、脱模剂混合后加入到电石渣浆料中进行搅拌混合均匀后制浆转入储浆罐； (3) 将步骤(2)得到的浆料浇铸到标准的水泥砌块模型中，静置1 一8小时； (4) 对步骤(3 )浇铸后得到的砌块进行蒸压养护，养护温度为110 °C - 160 °C，养护时间 为12-24h，蒸汽压力为0.6-1.3MPa。
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