CN107098683A - 烧结煤矸石保温砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结煤矸石保温砖，按以下配方烧制而成：煤矸石粉50%~70%，粉煤灰30%~50%，玻化微珠和/或膨胀珍珠岩110%~130%；所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；所述玻化微珠、膨胀珍珠岩为体积百分比，即玻化微珠和/或膨胀珍珠岩体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料体积的百分比。本发明利用煤矸石、粉煤灰中含有丰富的矿物成分，经过高温烘焙，各种矿物质全部熔融，结晶，发生晶型转变，产生大量的玻璃质凝胶，使砖块强度达到最大。结合膨胀珍珠岩、玻化微珠导热系数低以及膨胀珍珠岩经高温可转变为玻璃相并在其所在位置留下封闭的孔洞等特点，制备出保温效果好、强度高的烧结煤矸石保温砖。

Description

烧结煤矸石保温砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体来说是一种保温效果好的烧结煤矸石砖及其制备方法。

背景技术

我国有着丰富的煤炭资源，品种齐全、开采方便。然而，原煤在采掘和加工的过程中产生了大量的煤矸石，是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废弃物。目前煤矸石的累计堆存量达45亿吨，形成的煤矸石山2600多座，占地1.3万公顷。煤矸石在不合理的堆放条件下不仅影响煤矿矿区的环境质量、占压大量的土地，而且对土壤、大气、水都会造成污染，存在着很大的安全隐患。高硫煤矸石自燃所释放出的SO₂、NO₂等气体污染大气环境，雨水溶解了煤矸石中的酸性物质和金属元素，流入水体或渗透到地下，污染土壤和地下水，引起水环境的安全问题。

煤矸石呈层状结构，灰黑色，易风化，易碎易磨，是很好的制砖原料。其化学组成以SiO₂为主，其次是Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、SO₂ 等，具体成分见表1。煤矸石中的SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃的总含量在80%以上，是一种天然的黏土质原料，可以替代黏土配料烧制砖块。粉煤灰的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，占总量的90%。煤矸石、粉煤灰用于烧砖可大量节约粘土，性能则与黏土砖差不多。煤矸石、粉煤灰属于工业废弃物，利用其生产新型墙体材料是利用废渣，节约能源，变废为宝的新途径、新方法、新思路，同时也保护耕地，减少污染，改善建筑功能，具有重大的社会经济效益。

表1煤矸石化学成分

随着全球能源的日益稀缺，建筑物的墙体保温已成为建筑节能领域的重要课题。膨胀珍珠岩属于无机玻璃质溶岩矿物，是将火山岩或松脂岩矿砂经过高温焙烧膨胀后制成的一种玻璃质白色颗粒状多孔材料。膨胀珍珠岩成本低，易获得，导热系数低，利用其作为保温骨料，可以降低烧结煤矸石的导热系数，达到保温效果。当烧结温度大于1200℃时，膨胀珍珠岩全部转变成玻璃相，并在其所在位置留下封闭的孔洞，也能有效降低材料的导热系数。玻化微珠属于无机玻璃质溶岩矿物，是将火山岩或松脂岩矿砂经过技术处理加工及表面溶融，形成内部蜂窝状孔﹑表面玻化封闭的球形细颗粒，由于其优异的绝热、防火、吸音等性能，广泛的应用于建筑保温材料中。

另外，专利申请《一种保温效果好的免烧煤矸石砖及其制备方法》（申请号201510044314.6）公开了一种保温效果好的免烧煤矸石砖及其制备方法。该专利申请采用了水泥、碳化硅、氢氧化镁等作为胶凝材料，增加了制砖成本，并加入了粘土，与煤矸石的比例为1/10~1/6，使用粘土会破坏耕地和植被，恶化周围环境。

发明内容

本发明旨在提供一种烧结煤矸石保温砖及其制备方法，充分利用工业废料，节能环保，不使用粘土，不破坏耕地，砖质优于普通粘土砖，降低成本。

为了实现上述的目的本发明采用如下技术方案：

一种烧结煤矸石保温砖，以煤矸石粉、粉煤灰、膨胀珍珠岩、玻化微珠、水为原料，按以下配方烧制而成：

煤矸石粉50%~70%，

粉煤灰30%~50%，

玻化微珠和/或膨胀珍珠岩110%~130%；

所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；

所述玻化微珠、膨胀珍珠岩为体积百分比，即玻化微珠和/或膨胀珍珠岩体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料体积的百分比。

优选的，所述煤矸石粉为煤矸石原料进行破碎、磨粉、高细磨粉、高温或燃烧处理后的粉末，煤矸石粉要有合理的颗粒级配：

最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上。

所述粉煤灰为煤矸石经破碎、磨粉、高细磨粉、高温或燃烧处理时收集的粉煤灰，不足部分由煤电厂废弃物粉煤灰补充。

所述玻化微珠、膨胀珍珠岩的粒径范围5目~10目。

上述烧结煤矸石保温砖的制备方法，包括如下步骤：

（1）、对煤矸石进行粗碎，破碎后的煤矸石粒径小于50mm；

（2）、对煤矸石颗粒进行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；

（3）、对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理，形成煤矸石粉，温度为300~400℃，采用收集装置收集烟气中的细灰即粉煤灰；

（4）、对粒径为5~10目的玻化微珠/膨胀珍珠岩进行喷水预湿，使膨胀珍珠岩处于饱和但不泌水的状态；

（5）、按照配比将煤矸石粉、粉煤灰、水、玻化微珠/膨胀珍珠岩混合后进行强力搅拌；

（6）、搅拌均匀的混合物进入陈化仓进行陈化36~42小时，陈化后的物料水份保持在17%~18%之间；

（7）、物料进行二次搅拌后送入高压真空挤砖机，按照尺寸要求挤压成型，成型压力30MPa，获得砖坯；

（8）、将砖坯进行干燥，干燥温度110℃，干燥至砖坯残余水分≤6%；

（9）、将干燥后的砖坯入窑炉进行烧结，烧结温度为700~1200℃，烧结时间1h~3h，然后炉内自然降温至常温。

另外，烧结煤矸石保温砖可根据需求制成实心或空心砖。烧结煤矸石保温砖之空心砖的孔洞率、孔型及孔洞排布、孔内绝热填充等根据实际要求而定。

本发明烧结煤矸石保温砖及其制备方法的有益之处在于：

1、煤矸石中含有未燃尽的碳，对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理时会产生一部分热量，干燥或烧砖时可将这部分热量充分利用，降低生产成本。实现热量在生产内循环使用，节约能源。

2、使用烧结煤矸石保温砖可以直接减轻煤矸石长期露天堆放造成的环境污染。同时，在烧砖过程中，煤矸石粉末燃烧过程中产生的固体废弃物粉煤灰可以直接收集利用，杜绝了生产过程中对环境的二次污染。

3、使墙体具有保温隔热、吸声等功能，是一种较为理想的绿色建材产品。

4、原料粒径细，砖坯的塑性大，成型容易，同时坯体的致密性好，抗冻性和抗压强度高。并且由于粒度小，因体积膨胀而产生的应力减小，可避免产生爆裂。提高砖块的成品率。

5、采用本发明制出的砖强度高，原料的可塑性高，砖坯干燥收缩小，不易开裂。

总之，本发明利用煤矸石、粉煤灰中含有丰富的矿物成分SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，经过高温烘焙，各种矿物质全部熔融，结晶，发生晶型转变，产生大量的玻璃质凝胶，使砖块强度达到最大。结合膨胀珍珠岩、玻化微珠导热系数低以及膨胀珍珠岩经高温可转变为玻璃相并在其所在位置留下封闭的孔洞等特点，制备出保温效果好、强度高的烧结煤矸石保温砖。另外煤矸石中含有碳粉，烧砖时可将这部分热量充分利用，减少烧结砖的生产能耗。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

1、烧结煤矸石保温砖按以下配方烧制而成：

煤矸石粉 60%

粉煤灰 40%

玻化微珠 110%

膨胀珍珠岩 0%

所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；

所述玻化微珠为体积百分比，即玻化微珠体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料的110%。

2、烧结煤矸石保温砖由以下具体步骤制成：

（1）、对煤矸石进行粗碎，破碎后的煤矸石粒径小于50mm；

（2）、对煤矸石颗粒进行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；具体如下表：

（3）、对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理，形成煤矸石粉，温度为300~400℃，采用收集装置收集烟气中的细灰即粉煤灰；

（4）、对粒径为5~10目的玻化微珠进行喷水预湿，使玻化微珠处于饱和但不泌水的状态；

（5）、按照配比将煤矸石粉、粉煤灰、水、玻化微珠混合后进行强力搅拌；

（6）、搅拌均匀的混合物进入陈化仓进行陈化36~42小时，陈化后的物料水分保持在17%~18%之间。

（7）、物料进行二次搅拌后送入高压真空挤砖机，按照尺寸要求挤压成型，成型压力30MPa，获得砖坯；

（8）、将砖坯进行干燥，干燥温度110℃，干燥至砖坯残余水分≤6%；

（9）、将干燥后的砖坯入窑炉进行烧结，烧结温度可根据砖块的需求强度设置为700℃，烧结时间1h~3h，然后炉内自然降温至常温。

由以上配方和制备方法制得的烧结煤矸石保温砖，密度为900kg/m³，导热系数为0.06W/(m·K)，抗压强度为18MPa。

实施例2

1、烧结煤矸石保温砖按以下配方烧制而成：

煤矸石粉 70%

粉煤灰 30%

玻化微珠 0%

膨胀珍珠岩 120%

所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；

所述膨胀珍珠岩为体积百分比，即膨胀珍珠岩体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料体积的120%。

2、烧结煤矸石保温砖由以下具体步骤制成：

（1）、对煤矸石进行粗碎，破碎后的煤矸石粒径小于50mm；

（2）、对煤矸石颗粒进行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；具体如下表：

（3）、对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理，形成煤矸石粉，温度为300~400℃，采用收集装置收集烟气中的细灰即粉煤灰；

（4）、对粒径为5~10目的膨胀珍珠岩进行喷水预湿，使膨胀珍珠岩处于饱和但不泌水的状态；

（5）、按照配比将煤矸石粉、粉煤灰、水、膨胀珍珠岩混合后进行强力搅拌；

（6）、搅拌均匀的混合物进入陈化仓进行陈化36~42小时，陈化后的物料水分保持在17%~18%之间；

（7）、物料进行二次搅拌后送入高压真空挤砖机，按照尺寸要求挤压成型，成型压力30MPa，获得砖坯；

（8）、将砖坯进行干燥，干燥温度110℃，干燥至砖坯残余水分≤6%；

（9）、将干燥后的砖坯入窑炉进行烧结，烧结温度可根据砖块的需求强度设置为1200℃，烧结时间1h~3h，然后炉内自然降温至常温。

由以上配方和制备方法制得的烧结煤矸石保温砖，密度为800kg/m³，导热系数为0.05W/(m·K)，抗压强度为14MPa。

本实施例中，烧结温度为1200℃，膨胀珍珠岩全部转变成玻璃相，并在其所在位置留下封闭的孔洞，复合材料的强度有所下降，有效降低材料的导热系数，提高保温性能。

实施例3

1、烧结煤矸石保温砖按以下配方烧制而成：

煤矸石粉 50%

粉煤灰 50%

玻化微珠 70%

膨胀珍珠岩 60%

所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；

所述玻化微珠/膨胀珍珠岩为体积百分比，即玻化微珠/膨胀珍珠岩体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料体积的130%。

2、烧结煤矸石保温砖由以下具体步骤制成：

（1）、对煤矸石进行粗碎，破碎后的煤矸石粒径小于50mm；

（2）、对煤矸石颗粒进行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；具体如下表：

（3）、对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理，形成煤矸石粉，温度为300~400℃，采用收集装置收集烟气中的细灰即粉煤灰；

（4）、对粒径为5~10目的膨胀珍珠岩/玻化微珠进行喷水预湿，使膨胀珍珠岩/玻化微珠处于饱和但不泌水的状态；

（5）、按照配比将煤矸石粉、粉煤灰、水、膨胀珍珠岩/玻化微珠混合后进行强力搅拌；

（6）、搅拌均匀的混合物进入陈化仓进行陈化36~42小时，陈化后的物料水分保持在17%~18%之间；

（7）、物料进行二次搅拌后送入高压真空挤砖机，按照尺寸要求挤压成型，成型压力30MPa，获得砖坯；

（8）、将砖坯进行干燥，干燥温度110℃，干燥至砖坯残余水分≤6%；

（9）、将干燥后的砖坯入窑炉进行烧结，烧结温度可根据砖块的需求强度设置为900℃，烧结时间1h~3h，然后炉内自然降温至常温。

由以上配方和制备方法制得的烧结煤矸石保温砖，密度为880kg/m³，导热系数为0.055W/(m·K)，抗压强度为16MPa。

本实施例中，烧结温度为900℃，膨胀珍珠岩部分转变成玻璃相，并在其所在位置留下封闭的孔洞，复合材料的强度有所下降，材料的导热系数有效降低，提高了保温性能。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。

Claims (3)

1.一种烧结煤矸石保温砖，其特征在于：以煤矸石粉、粉煤灰、膨胀珍珠岩、玻化微珠、水为原料，按以下配方烧制而成：

煤矸石粉50%~70%，

粉煤灰30%~50%，

玻化微珠和/或膨胀珍珠岩110%~130%；

所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100%；

所述玻化微珠、膨胀珍珠岩为体积百分比，即玻化微珠和/或膨胀珍珠岩体积占煤矸石粉、粉煤灰混合料体积的百分比。

2.根据权利要求1所述的烧结煤矸石保温砖，其特征在于：所述煤矸石粉为煤矸石原料进行破碎、磨粉、高细磨粉、高温或燃烧处理后的粉末，最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；

所述粉煤灰为煤矸石经破碎、磨粉、高细磨粉、高温或燃烧处理时收集的粉煤灰，不足部分由煤电厂废弃物粉煤灰补充；

所述玻化微珠、膨胀珍珠岩的粒径范围5目~10目。

3.一种烧结煤矸石保温砖的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、对煤矸石进行粗碎，破碎后的煤矸石粒径小于50mm；

（2）、对煤矸石颗粒进行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒径小于2mm，其中0.3mm以下的颗粒占50%以上；

（3）、对煤矸石颗粒进行高温或燃烧处理，形成煤矸石粉，温度为300~400℃，采用收集装置收集烟气中的细灰即粉煤灰；

（4）、对粒径为5~10目的玻化微珠/膨胀珍珠岩进行喷水预湿，使膨胀珍珠岩处于饱和但不泌水的状态；

（5）、按照配比将煤矸石粉、粉煤灰、水、玻化微珠/膨胀珍珠岩混合后进行强力搅拌；

（6）、搅拌均匀的混合物进入陈化仓进行陈化36~42小时，陈化后的物料水份保持在17%~18%之间；

（7）、物料进行二次搅拌后送入高压真空挤砖机，按照尺寸要求挤压成型，成型压力30MPa，获得砖坯；

（8）、将砖坯进行干燥，干燥温度110℃，干燥至砖坯残余水分≤6%；

（9）、将干燥后的砖坯入窑炉进行烧结，烧结温度为700~1200℃，烧结时间1h~3h，然后炉内自然降温至常温。