CN108373338A - 一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业废弃物再利用技术领域。本发明公开了一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其包括备料、粉碎、预处理、混料、成型和蒸养等步骤，备料步骤准备高炉粉煤灰、水淬高炉矿渣、氧化铝、增强纤维和碱引发剂等原料，其中水淬高炉渣在添加前先经浸泡硫酸铝溶液处理。本发明将原本成为问题的高炉粉煤灰、高炉矿渣等进行合理开发利用，解决了资源浪费和环境污染问题；通过本发明制得的轻质砌块强度的形成过程可控，时机可控，速率可控；同时轻质砌块的发泡过程也更可控和均匀；通过本发明制得的轻质砌块具有降低的体积密度和较高的强度，能够作为自承重隔墙的材料，还具有良好的隔热隔音效果。
Description
技术领域
本发明涉及工业废弃物再利用技术领域，尤其是涉及一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法。
背景技术
我国是一个煤炭大国，煤炭储量大，煤炭的使用量也大，而煤炭在使用过程中经燃烧后产生大量的粉煤灰，对于在燃煤发电等燃煤使用后产生的粉煤灰，现有技术中已有将其作为水泥的一种原料进行利用的应用方式，但是对于在炼铁过程中由高炉产生的粉煤灰，由于其中的铁含量较高，作为水泥的原料会影响水泥的相关性能性能，因此难以将其高效并简便地应用于水泥生产中，因此开发一种高炉粉煤灰的新用途成为当下的热点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用被废弃的高炉副产物粉煤灰作为原料制备轻质砌块，解决了高炉工作后产生的废弃物，减少资源浪费，同时还提供了一种隔热、隔音功能俱优的轻质砌块。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣50～60份，氧化铝15～20份，增强纤维20～25份，碱引发剂12～18份；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.07～0.14mm，中值粒径D50为0.10～0.12mm；将氧化铝粉碎至0.08～0.10mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为0.1～2mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡1～3小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量10～15%的水，接着静置5～15分钟，制得轻质砌块初样；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养12～16小时，冷却后脱模制得轻质砌块。
本发明中以高炉粉煤灰作为主要粉料，以水淬高炉矿渣作为骨料，碱引发剂作为组分之间胶凝反应形成强度的引发剂，使得原料中的硅、铝、钙组成能够获得强度；上述粉料、骨料混合后混合制得预混料，同时增加一部分氧化铝，调节原料中的硅、铝、钙组分的平衡，使得原料中的硅、铝、钙组成更适合在碱引发剂的引发下能够更可控的获得更适用于砌块的强度；为了可以控制强度产生的速率和时机，在原料中并不加入水，而是以粉料的形式组合，再在合适的时机采用蒸汽怎样的方式产生“碱溶液”。
水淬高炉矿渣是一种将高炉矿渣排出高炉后立即加入到水中形成的高炉生产固体废弃物，由于其水淬处理的原因，其中会生成许多玻璃相，同时还会产生许多空心玻璃微球，这些空心玻璃微球经部分破坏处理后使得水淬高炉渣具有良好的吸附性能，溶液等能够被吸附储存在这些破裂的空心玻璃微球中。本发明利用这一点，将水淬高炉矿渣在使用前现在饱和硫酸铝溶液中浸泡并烘干，使得破裂空心玻璃微球中吸附足够的硫酸铝。同时在碱引发剂中添加碳酸氢钠，这样硫酸铝与碳酸氢钠相遇后在水的作用下能够发生相应的复分解反应产生气体，从而实现发泡形成轻质砌块的目的。另外，将引气剂硫酸铝负载到水淬高炉矿渣上，可以使得硫酸铝更加容易添加，添加的也更均匀，产气也更加的均匀。
作为优选，增强纤维为铝纤维或钢纤维，增强纤的长度为10～30mm，直径为1～2mm。
增强纤维选用铝纤维或者钢纤维，纤维的加入是为了增强轻质砌块的强度，同时加入铝纤维的话，其表面还能与碱液发生反应，不仅能增强强度还能起到一部分引气剂的作用，不过因此铝纤维对于强度的增强效果没有钢纤维增强效果好，但是这还是能够满足中轻质砌块的强度要求。
作为优选，碱引发剂由苛性碱、碳酸氢钠和硅酸钠组成。
作为优选，碱引发剂中苛性碱、碳酸氢钠和硅酸钠的重量比为1：0.7～1.2：0.2～0.4。
作为优选，苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
碱引发剂，一方面其中的苛性碱和硅酸钠可以使预混料快速产生强度，另一方面其中的碳酸氢钠可以和负载在水淬高炉矿渣上的硫酸铝产生产气反应。
作为优选，高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%。
作为优选，水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为30～40wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
高炉粉煤灰、水淬高炉矿渣等固体废弃物中具体的组分矿物组分复杂，将其详细表述具有一定的难度，在矿物学等学科中，将其中的矿物组分进行折算按氧化物的形式进行描述其中的组成。因此，本发明中以硅氧化物、铝氧化物、铁氧化物等称呼进行描述时，并不代表其中的组分就是硅氧化物、铝氧化物、铁氧化物等，而仅仅是一种计量/描述的形式。
作为优选，步骤c中，饱和硫酸铝溶液为35～45℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在35～45℃下进行。
作为优选，步骤e中，堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型。
作为优选，步骤f中，蒸养的蒸汽温度为135～140℃，蒸汽压力为1.25～1.45atm。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明将原本成为问题的高炉粉煤灰、高炉矿渣等进行合理开发利用，解决了资源浪费和环境污染问题；
（2）通过本发明制得的轻质砌块强度的形成过程可控，时机可控，速率可控；同时轻质砌块的发泡过程也更可控和均匀；
（3）通过本发明制得的轻质砌块具有降低的体积密度和较高的强度，能够作为自承重隔墙的材料，还具有良好的隔热隔音效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣50份，氧化铝15份，增强纤维20份，碱引发剂12份；增强纤维为铝纤维，增强纤的长度为10mm，直径为1mm；碱引发剂由氢氧化钠、碳酸氢钠和硅酸钠按重量比为1：0.7：0.2组成；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.07～0.14mm，中值粒径D50为0.10mm；将氧化铝粉碎至0.08mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为0.1mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡1小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；饱和硫酸铝溶液为35℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在35℃下进行；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量10%的水，接着静置5分钟，制得轻质砌块初样；堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养12小时，冷却后脱模制得轻质砌块；蒸养的蒸汽温度为135℃，蒸汽压力为1.25atm。
其中，高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%；水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为30wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
实施例2
一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣52份，氧化铝16份，增强纤维23份，碱引发剂13份；增强纤维为铝纤维，增强纤的长度为15mm，直径为1.5mm；碱引发剂由氢氧化钠、碳酸氢钠和硅酸钠按重量比为1：0.9：0.25组成；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.07～0.12mm，中值粒径D50为0.11mm；将氧化铝粉碎至0.09mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为1mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡1.5小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；饱和硫酸铝溶液为40℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在40℃下进行；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量12%的水，接着静置7分钟，制得轻质砌块初样；堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养13小时，冷却后脱模制得轻质砌块；蒸养的蒸汽温度为137℃，蒸汽压力为1.30atm。
其中，高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%；水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为33wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
实施例3
一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣57份，氧化铝18份，增强纤维22份，碱引发剂16份；增强纤维为钢纤维，增强纤的长度为35mm，直径为1.5mm；碱引发剂由氢氧化钾、碳酸氢钠和硅酸钠按重量比为1：1.1：0.35组成；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.09～0.14mm，中值粒径D50为0.11mm；将氧化铝粉碎至0.09mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为1.5mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡2.5小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；饱和硫酸铝溶液为40℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在40℃下进行；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量10～15%的水，接着静置12分钟，制得轻质砌块初样；堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养14小时，冷却后脱模制得轻质砌块；蒸养的蒸汽温度为138℃，蒸汽压力为1.35atm。
其中，高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%；水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为38wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
实施例4
一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣60份，氧化铝20份，增强纤维25份，碱引发剂18份；增强纤维为钢纤维，增强纤的长度为30mm，直径为2mm；碱引发剂由氢氧化钾、碳酸氢钠和硅酸钠按重量比为1：1.2：0.4组成；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.07～0.14mm，中值粒径D50为0.12mm；将氧化铝粉碎至0.10mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为2mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡3小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；饱和硫酸铝溶液为45℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在45℃下进行；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量15%的水，接着静置15分钟，制得轻质砌块初样；堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养16小时，冷却后脱模制得轻质砌块；蒸养的蒸汽温度为140℃，蒸汽压力为1.45atm。
其中，高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%；水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为40wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
技术指标：
对实施例1～4中方法制得的轻质砌块进行性能参数检测，各性能参数如下：
耐火度：不小于700度，符合一级耐火材料标准；
导热系数：0.10～0.13W/(m•K);
收缩率：不大于0.32mm/m
体积密度：不大于700kg/m3。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于包括以下步骤：
a）备料：按以下重量份准备原料，高炉粉煤灰120份，水淬高炉矿渣50～60份，氧化铝15～20份，增强纤维20～25份，碱引发剂12～18份；
b）粉碎：将高炉粉煤灰粉碎至粒径为0.07～0.14mm，中值粒径D50为0.10～0.12mm；将氧化铝粉碎至0.08～0.10mm；
c）预处理：将水淬高炉矿渣粉碎至粒径为0.1～2mm，然后将粉碎后的水淬高炉矿渣加入到饱和硫酸铝溶液中浸泡1～3小时，浸泡后烘干，制得预处理水淬高炉矿渣；
d）混料：将高炉粉煤灰先与预处理水淬高炉矿渣混合均匀，然后加入氧化铝、增强纤维和碱引发剂混合均匀，制得轻质砌块预混料；
e）成型：将轻质砌块预混料在模具中堆砌成型，成型后向其喷洒轻质砌块预混料重量10～15%的水，接着静置5～15分钟，制得轻质砌块初样；
f）蒸养：将轻质砌块初样用蒸汽蒸养12～16小时，冷却后脱模制得轻质砌块。
2.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的增强纤维为铝纤维或钢纤维，增强纤的长度为10～30mm，直径为1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的碱引发剂由苛性碱、碳酸氢钠和硅酸钠组成。
4.根据权利要求3所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的碱引发剂中苛性碱、碳酸氢钠和硅酸钠的重量比为1：0.7～1.2：0.2～0.4。
5.根据权利要求3或4所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的高炉粉煤灰中硅氧化物含量不小于50wt%，铝氧化物含量不小于30wt%，铁氧化物含量不大于7wt%。
7.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述的水淬高炉矿渣中硅氧化物含量不小于30wt%，铝氧化物含量不小于10wt%，钙氧化物含量为30～40wt%，玻璃相含量不小于35wt%。
8.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述步骤c中，饱和硫酸铝溶液为35～45℃下的饱和硫酸铝溶液，并且预处理中的浸泡在35～45℃下进行。
9.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述步骤e中，堆砌成型为不施加外压力的自然堆砌成型。
10.根据权利要求1所述的一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法，其特征在于：
所述步骤f中，蒸养的蒸汽温度为135～140℃，蒸汽压力为1.25～1.45atm。
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