CN106242623B - 以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法 - Google Patents

以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法。该透水砖由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿55～75份，粒度为60～100目的钾长石尾泥15～35份，造孔剂5～10份。其制备方法方法，包括如下步骤：(1)将钾长石尾矿、钾长石尾泥和造孔剂加水混合得到混合料；(2)将混合料密封，陈腐10～15h；(3)将混合料移至制砖机压制成型，得到透水砖坯体；(4)将透水砖坯体干燥；(5)将透水砖坯体移至窑炉进行烧结，然后随炉冷却即得。该透水砖，原料简单，性能优良；该制备方法简单，有效解决了钾长石尾矿综合利用效率低、污染环境的问题。

Description

以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法。
背景技术
矿产资源的开发利用是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础，在中国具有重要的战略地位。但是，矿产资源是一种不可再生的耗竭性资源。随着中国矿产资源的不断开发，有限的资源已日渐枯竭。钾长石尾矿是钾长石开采和选矿过程中产生的废石，长期堆放在钾长石尾矿库中，占据了大量的农用、林用土地，从而导致钾长石尾矿库所在地区的土地资源失衡。有些边远地区的乡镇矿山选矿厂甚至直接将钾长石尾矿排放在大自然，带来粉尘污染等环境损害。
世界上工业发达国家为保护矿产资源，维持生态平衡，实行良性循环，已把矿产资源综合利用提到了工业革命的高度，在钾长石尾矿的综合利用方面取得了显著的成效。我国钾长石尾矿利用工作起步较晚，但进展较快，20世纪80年代以来，一些矿山企业迫于资源枯竭环境保护以及解决就业问题等多种压力，开始重视对钾长石尾矿资源的开发利用，并在钾长石尾矿中回收有价金属与非金属元素、钾长石尾矿制作建筑材料、磁化钾长石尾矿做土壤改良剂、钾长石尾矿整体利用等方面已经取得了实用性成果
从国内钾长石尾矿资源的实际出发，大力开展钾长石尾矿资源综合利用，实现资源开发与节约并举，提高资源利用率，有着十分重要的经济效益和社会意义。
在我国长期城市化发展过程中，大规模的不透水地面(混凝土，水泥地面)取代了原有的森林、绿地和田野，造成不透水面积大大增加，使得城市雨水不能顺利进入土壤，造成了地下水补充涵养大量减少，洪峰流量大大增加。许多城市一遇暴雨，其路面雨水无法快速渗漏，当排水设施不畅时，很容易造成城市内涝。同时，地面硬化弱化了城市环境的呼吸功能，造成热岛效应、扬尘和噪音加剧，恶化了城市小气候，降低了城市的舒适度。相反，透水路面平衡了城市生态系统，滞洪蓄雨、涵养甘霖、透水透气、降尘减噪，增加城市居住的舒适度。因此，为了缓解因路面不透水带来的不良后果，各国开始提倡透水性铺装并进行了广泛的研究与应用，透水砖作为其中的一种透水性铺装材料应运而生。
针对钾长石尾矿利用不充分、污染环境，及烧结透水砖广泛的应用前景，利用钾长石尾矿制备烧结透水砖在增加钾长石尾矿的附加值、开拓工业固体废弃物钾长石尾矿的新用途的同时，也会降低烧结的制造成本、缓解其制备原料紧缺的现状。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖及其制备方法。该烧结透水砖，其原料组成简单，且成本低廉，具有透水性好、抗折强度高和耐磨性好的优点；该制备方法简单，有效解决了钾长石尾矿综合利用效率低、污染环境的问题，且大大降低了透水砖的生产成本。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿55～75份，粒度为60～100目的钾长石尾泥15～35份，造孔剂5～10份，所述造孔剂为锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种。
所述重量份为μg，mg，g，kg等本领域公知的重量单位，或为其倍数，如1/100，1/10，10倍，100倍等。
本发明所述以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其采用成本低廉的固体废弃物钾长石尾矿为主要原料，所采用的钾长石尾矿均为钾长石开采和选矿过程所产生的废石中除去细颗粒的尾泥后剩余的粗颗粒部分，其粒度为10～30目，优选为20目；本发明对钾长石尾矿产地要求并不严格，主要成分为硅酸盐矿物的钾长石尾矿均可，但本发明的钾长石尾矿优选为安徽岳西县某钾长石尾矿；采用成本低廉的钾长石尾泥作为高温粘结剂，所述钾长石尾泥为钾长石选矿过程中尾泥脱水后得到的干燥尾泥，其粒度为60～100目，优选为80目；本发明采用的钾长石尾泥优选为安徽岳西县钾长石尾泥；采用成本低廉的锯末、稻糠或秸秆作为造孔剂，造孔剂在烧结过程中能够发生燃烧，产生大量的微孔，提高了该透水砖的透水性能，并且能够提供部分热量来源，降低外部能量消耗。相对于现有的透水砖，其不但原料组成简单，成本低廉，而且其性能指标(包括透水性、磨坑长度和抗折强度等)完全能够达到国家标准。
本发明所述的烧结透水砖，优选由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿60～70份，粒度为60～100目的钾长石尾泥20～30份，造孔剂7～10份，所述造孔剂为锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种。
作为本发明优选的技术方案，所述烧结透水砖是由如下重量份的原料制备得到的：粒度为10～30目的钾长石尾矿55份，粒度为60～100目的钾长石尾泥35份，造孔剂10份；或者，粒度为10～30目的钾长石尾矿65份，粒度为60～100目的钾长石尾泥25份，造孔剂10份；或者，粒度为10～30目的钾长石尾矿75份，粒度为60～100目的钾长石尾泥15份，造孔剂10份；该优选方案的造孔剂选自锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种均可。
本发明所述的烧结透水砖，以质量百分比计，所述钾长石尾泥中钾钠氧化物的总含量(即钾的氧化物与钠的氧化物之和)为8％～10％，所述钾长石尾泥中钾钠氧化物等低熔点物质含量较高，有助于液相形成，提供高温下的粘结作用。
本发明所述的烧结透水砖，所述造孔剂的粒度在80目以下，造孔剂优选80目以下粒度的锯末。
本发明还提供了一种制备上述烧结透水砖的方法，包括如下步骤：
(1)将所述钾长石尾矿、钾长石尾泥和造孔剂加水混合得到混合料，混合料的含水量控制在10％～15％；
(2)将步骤(1)所得混合料密封，陈腐10～15h，使内部水分分布均匀，提高原料成型性能；
(3)将步骤(2)处理后的混合料移至制砖机，压制成型，得到透水砖坯体，优选压制成100mm*200mm*50mm的长方体透水砖坯体；
(4)将步骤(3)所得透水砖坯体自然干燥或者在90～120℃条件下干燥，优选干燥5～10h，使所述透水砖坯体的含水量在3％以下；
(5)将经步骤(4)处理后的透水砖坯体移至窑炉进行烧结，然后在所述窑炉内冷却至常温后(即随炉冷却至室温)，即得所述烧结透水砖。
本发明所述制备该烧结透水砖的方法，其工艺简单，不仅有效解决了钾长石尾矿综合利用效率低、污染环境的问题，而且大大降低了透水砖的生产成本，生产效率高，且利于推广应用。利用该制备方法得到的烧结透水砖，其性能指标(包括透水性、磨坑长度和抗折强度等)完全能够达到国家标准，具有透水性好、抗折强度高和耐磨性好的优点。
具体的，所述步骤(3)中，所述成型采用的压力为20～30MPa，优选为25MPa。
具体的，所述步骤(5)中，所述烧结采用的方式为：当炉温升至900～1350℃时，保温1～2h；
优选的，所述烧结采用的方式为：当炉温升至1150～1250℃时，保温1.5h；
更优选的，所述烧结采用的方式为：以5℃/min的升温速率将炉温升至500℃，保温0.5h，然后以3℃/min的升温速率将炉温升至1150～1250℃，保温1.5h。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
1、本发明所述的利用钾长石尾矿制备的烧结透水砖，其采用成本低廉的固体废弃物钾长石尾矿、钾长石尾泥以及锯末、稻糠或秸秆中的一种，作为原料制备而成，相对于现有的透水砖，其不但原料组成简单，成本低廉，而且其性能指标，包括透水性、磨坑长度和抗折强度等，完全能够达到国家标准。
2、本发明所述制备该烧结透水砖的方法，其工艺简单，不仅有效解决了钾长石尾矿综合利用效率低、污染环境的问题，而且大大降低了透水砖的生产成本，生产效率高，且利于推广应用；制得的透水砖具有透水性好、持久性好、抗压强度高、耐磨性好以及耐风化等优点，具有重要的经济、社会与生态环保意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
以下实施例和试验例中，钾长石尾矿均为安徽岳西县的钾长石尾矿，钾长石尾泥均为安徽岳西县的钾长石尾泥，锯末、稻糠和秸秆碎屑均来自于山西朔州。
实施例1
一种烧结透水砖，由如下原料制备得到：粒度为20目的钾长石尾矿55kg，粒度为100目的钾长石尾泥35kg，粒度为80目的锯末10kg。
该实施例同时提供了一种所述烧结透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钾长石尾矿、钾长石尾泥和造孔剂，加15kg水混合得到混合料，混合料的含水量控制在12％；
(2)将步骤(1)所得混合料用塑料布密封，陈腐12小时，使内部水分分布均匀，原料成型性能提高；
(3)将步骤(2)处理后的混合料移至液压式制砖机，在成型模具中控制成型压力25Mpa，经压制成型得透水砖坯体；
(4)将步骤(3)所得透水砖坯体在100℃条件下干燥至含水量3％；
(5)将经步骤(4)处理后的透水砖坯体送入窑炉内进行烧结，以5℃/min的升温速率将炉温升至500℃，保温0.5h，然后以3℃/min的升温速率将炉温升至最高烧结温度1200℃，保温1.5h，之后随炉冷却，即得烧结透水砖。
实施例2
一种烧结透水砖，由如下原料制备得到：粒度为20目的钾长石尾矿65kg，粒度为100目的钾长石尾泥25kg，粒度为70目的锯末10kg。
该实施例同时提供了一种所述烧结透水砖的制备方法，具体步骤同实施例1，其区别仅在于步骤(5)中：最高烧结温度为1150℃。
实施例3
一种烧结透水砖，由如下原料制备得到：粒度为20目的钾长石尾矿75kg，粒度为100目的钾长石尾泥15kg，粒度为80目的稻糠10kg。
该实施例同时提供了一种所述烧结透水砖的制备方法，具体步骤同实施例1，其区别仅在于步骤(5)中：最高烧结温度为1175℃。
实施例4
一种烧结透水砖，由如下原料制备得到：粒度为10目的钾长石尾矿65kg，粒度为100目的钾长石尾泥25kg，粒度为80目的锯末10kg。
该实施例同时提供了一种所述烧结透水砖的制备方法，具体步骤同实施例1，其区别仅在于步骤(5)中：最高烧结温度为1225℃。
实施例5
一种烧结透水砖，由如下原料制备得到：粒度为30目的钾长石尾矿65kg，粒度为100目的钾长石尾泥25kg，粒度为75目的秸秆碎屑10kg。
该实施例同时提供了一种所述烧结透水砖的制备方法，具体步骤同实施例1，其区别仅在于步骤(5)中：最高烧结温度为1250℃。
试验例
下面通过实验数据来进一步验证本发明所述透水砖的效果。为进一步突出对比本发明所述透水砖的效果，本试验例提供了以下对比例。
对比例1：其提供了一种透水砖，其原料和制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：将实施例1中的钾长石尾泥替换为石英砂尾泥，该石英砂尾泥来自于安徽省滁州市凤阳县，其主要成分为二氧化硅，其钾钠氧化物的总含量低于本发明的钾长石尾泥。
对比例2：其提供了一种透水砖，其原料和制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：将实施例1中的钾长石尾泥替换为铁矿尾泥，该铁矿尾泥来自于马鞍山南山铁矿，其主要成分为二氧化硅和氧化铁，其钾钠氧化物的总含量低于本发明的钾长石尾泥。
对比例3：其提供了一种透水砖，其原料和制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：原料中不含造孔剂。
对比例4：其提供了一种透水砖，其原料和制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于原料中：钾长石尾矿的质量为50kg。
对比例5：其提供了一种透水砖，其原料和制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于原料中：钾长石尾矿的质量为80kg。
对实施例1～5以及对比例1～5所述的烧结透水砖的透水性、密度、磨坑长度以及抗折强度进行了测试，并与《GB/T 25993-2010透水路面砖和透水路面板》的标注进行了对比，结果如表1所述：
表1实施例1～5所述烧结透水砖的性能与国家标准对比
透水性(cm/s) 密度(g/cm3) 磨坑长度(mm) 抗折强度(Mpa)
实施例1 0.013 1.45 30 3.7
实施例2 0.018 1.44 28 3.6
实施例3 0.025 1.43 28 3.5
实施例4 0.022 1.48 25 4.2
实施例5 0.032 1.51 32 3.8
对比例1 0.013 1.53 35 2.8
对比例2 0.014 1.56 36 3.1
对比例3 0.006 1.57 35 3.4
对比例4 0.010 1.56 32 3.5
对比例5 0.028 1.52 35 3.2
国家标准 ≥0.01 未规定 ≤35 ≥3.0
结果分析如下：
从表1可以得知，实施例1～5所述的透水砖，其性能指标：透水性、密度、磨坑长度和抗折强度，完全能够达到国家标准，具有透水性好、耐磨性好和抗折强度高的优点。
对于对比例1所得的透水砖，由于其中的钾钠氧化物等低熔点物质含量较低，在同样的温度下，无法产生足够的液相量，无法将骨料牢固粘结，导致其强度低于实施例1～5所述的透水砖。
对于对比例2所得的透水砖，同对比例1相似，铁矿尾泥无法提供足够的液相量，强度低于实施例1～5所述的透水砖，并且由于含铁量较高，导致透水砖颜色发红，影响美观。
对于对比例3所得的透水砖，由于不含造孔剂，导致透水砖的气孔率下降，骨料之间的孔隙不够充足，透水性能低于国家标准。
对于对比例4所得的透水砖，由于钾长石尾矿含量过低，作为骨料太少，无法提供足够的堆积孔隙，造成透水率低于实施例1～5所述的透水砖。
对于对比例5所得的透水砖，骨料钾长石尾矿添加量过大，虽然透水率足够高，但是抗折强度和磨坑长度等指标明显低于实施例1～5所述的透水砖。
通过本发明实施例1～5与对比例1～5的对比，说明本发明所述透水砖的各项性能指标显著优于对比例1～5得到的透水砖。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿55～75份，粒度为60～100目的钾长石尾泥15～35份，造孔剂5～10份，所述造孔剂为锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种。
2.根据权利要求1所述的以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿60～70份，粒度为60～100目的钾长石尾泥20～30份，造孔剂7～10份，所述造孔剂为锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种。
3.根据权利要求1所述的以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：粒度为10～30目的钾长石尾矿65份，粒度为60～100目的钾长石尾泥25份，造孔剂10份，所述造孔剂为锯末、稻糠或秸秆碎屑的任一种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其特征在于，以质量百分比计，所述钾长石尾泥中钾钠氧化物的总含量为8％～10％。
5.根据权利要求1～3任一项所述的以钾长石尾矿为主料制备的烧结透水砖，其特征在于，所述造孔剂的粒度在80目以下。
6.一种制备权利要求1～5任一项所述烧结透水砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述钾长石尾矿、钾长石尾泥和造孔剂加水混合得到混合料，混合料的含水量控制在10％～15％；
(2)将步骤(1)所得混合料密封，陈腐10～15h；
(3)将步骤(2)处理后的混合料移至制砖机，压制成型，得到透水砖坯体；
(4)将步骤(3)所得透水砖坯体自然干燥或者在90～120℃条件下干燥，使所述透水砖坯体的含水量在3％以下；
(5)将经步骤(4)处理后的透水砖坯体移至窑炉进行烧结，然后在所述窑炉内冷却至常温后，即得所述烧结透水砖。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述成型采用的压力为20～30MPa。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述烧结采用的方式为：当炉温升至900～1350℃时，保温1～2h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述烧结采用的方式为：当炉温升至1150～1250℃时，保温1.5h。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烧结采用的方式为：以5℃/min的升温速率将炉温升至500℃，保温0.5h，然后以3℃/min的升温速率将炉温升至1150～1250℃，保温1.5h。
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