CN110317042A - 利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法 - Google Patents

利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其包括以下步骤：1）对萤石尾矿进行粉碎、研磨，得到萤石尾矿粉末；2）将市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末按比例混合均匀，得到混合料；3）在混合料中添加水搅拌均匀，静置陈化，得到陈化料；4）在陈化料中添加造孔剂搅拌均匀，得到填料；5）将填料填入模具，振动密实，置于通风处自然干燥，拆模，得到坯体；6）采用梯度升温法对坯体进行烧结，缓慢降温，得到自保温砖。

Description

利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法。
背景技术
中国是粉煤灰排放量大国，且排放量有逐年增加的趋势。尽管其中部分品质较好的Ⅰ、Ⅱ级排粉煤灰，用于在在水泥、混凝土及其它新型建筑材料中，但每年仍有大量剩余的粉煤灰及灰渣剩余，剩余粉煤灰不仅占用大量土地，还会造成严重的环境污染。开展粉煤灰等煤系固体废弃物综合利用，延伸煤炭产业链，不仅关系到中国煤炭产业、电力工业及相关工业可持续发展问题，而且对保护土地资源，减少、消除污染，实现循环经济具有重要意义。
萤石尾矿多年的无序开采，优质资源近枯竭，而积存的尾矿不仅浪费资源，更存在环境和安全风险。福建省内仅南平市的顺昌、建阳等地几个主要矿山堆存的浮选尾矿就达1000 万吨以上，且逐年增加。南平铝业等企业在铝材加工中产生的含萤石废渣堆存量也达到近 10 万吨，环境风险很大。
我国市政污泥年产量3015.9万吨，当前主要处置方式为填埋、堆肥、焚烧等，80%的市政污泥未能资源化利用，一直是污水处理厂的沉重负担、环境治理的顽疾。利用污泥制备保温墙材，既能消纳市政污泥、改善建筑性能，还可利用污泥热值、节省烧结燃料，是市政污泥处置的优选策略。
虽然利用萤石尾矿生产加气混凝土以及水泥砌块是较为成熟的技术，但是萤石矿多数地处山区或者偏远地区，这类产品市场容量有限，而且市政污泥产量大、消纳困难，粉煤灰剩排放量大、处理不及时，萤石尾矿难以处置，该些固体废物材料并不能直接进行制备烧结砖，现有技术还未曾报道利用浮选萤石尾矿、市政污泥以及粉煤灰为原材料来烧结自保温砖，以达到“全废物制造”烧结制品的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设计合理，工艺简单易操作，能够利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其包括以下步骤：
1）对萤石尾矿进行粉碎、研磨，得到萤石尾矿粉末；
2）将市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末按比例混合均匀，得到混合料；
3）在混合料中添加水搅拌均匀，静置陈化，得到陈化料；
4）在陈化料中添加造孔剂搅拌均匀，得到填料；
5）将填料填入模具，振动密实，置于通风处自然干燥，拆模，得到坯体；
6）采用梯度升温法对坯体进行烧结，缓慢降温，得到自保温砖。
作为优选，步骤1）中萤石尾矿粉末的制备方法为：将萤石尾矿经多级粉碎机反复粉碎后，放入球磨机内研磨成粉末，直至60%以上的粉末粒径分布在60-70目。
作为优选，步骤2）中市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末的质量比为1:1:8、1:2:7或者1:3:6。
作为优选，步骤3）中水的添加质量为混合料的20%。
作为优选，步骤3）中静置陈化时间为8小时。
作为优选，步骤4）中造孔剂的添加质量为陈化料的1%。
作为优选，步骤4）中造孔剂为废旧轮胎碎屑。
作为优选，步骤5）中坯体的制备方法为：将填料填入模具后，放置在砂浆振动台上振动，使填料充分振动密实，然后放置在通风处自然干燥20-30小时，干燥成型后拆模。
作为优选，步骤5）中坯体的强度为3.0 MPa，含水率为1-3%。
作为优选，步骤6）中烧结温度为950-1150℃。
作为优选，步骤6）中烧结温度为1050℃。
本发明采用以上技术方案，利用萤石尾矿、粉煤灰和市政污泥，能够烧结得到自保温砖，在煅烧过程中，因市政污泥中存在大量有机物，温度上升到一定程度有机物会燃烧殆尽造成砖体内部形成孔洞，使烧结砖具有保温隔热能力，烧结制品性能良好，工艺简单，原材料来源广，均为固体废弃物、成本低，有效的解决了环境污染问题，达到“全废物制造”的目的，有利于生产高品质绿色建材，既处置多项废物，又创造显著效益，有助于推动污水处理厂、建材生产和装备制造业的创新发展。本发明采用尾矿预处理技术、单因素分析法、正交实验法以及微孔造孔技术添加法，来解决现有萤石尾矿、市政污泥以及粉煤灰原材料不能直接进行制备烧结砖，原材料配比发生变化及使用不同的烧结温度会极大的影响烧结砖的性能等难点，为生产烧结制品提供方法，前景广阔，是国内首次应用。
具体实施方式
本发明利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其包括以下步骤：
1）对萤石尾矿进行粉碎、研磨，得到萤石尾矿粉末；
2）将市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末按比例混合均匀，得到混合料；
3）在混合料中添加水搅拌均匀，静置陈化，得到陈化料；
4）在陈化料中添加造孔剂搅拌均匀，得到填料；
5）将填料填入模具，振动密实，置于通风处自然干燥，拆模，得到坯体；
6）采用梯度升温法对坯体进行烧结，缓慢降温，得到自保温砖。
作为优选，步骤1）中萤石尾矿粉末的制备方法为：将萤石尾矿经多级粉碎机反复粉碎后，放入球磨机内研磨成粉末，直至60%以上的粉末粒径分布在60-70目。
作为优选，步骤2）中市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末的质量比为1:1:8、1:2:7或者1:3:6。
作为优选，步骤3）中水的添加质量为混合料的20%。
作为优选，步骤3）中静置陈化时间为8小时。
作为优选，步骤4）中造孔剂的添加质量为陈化料的1%。
作为优选，步骤4）中造孔剂为废旧轮胎碎屑。
作为优选，步骤5）中坯体的制备方法为：将填料填入模具后，放置在砂浆振动台上振动，使填料充分振动密实，然后放置在通风处自然干燥20-30小时，干燥成型后拆模。
作为优选，步骤5）中坯体的强度为3.0 MPa，含水率为1-3%。
作为优选，步骤6）中烧结温度为950-1150℃。
作为优选，步骤6）中烧结温度为1050℃。
本发明采用以上技术方案，利用萤石尾矿、粉煤灰和市政污泥，能够烧结得到自保温砖，在煅烧过程中，因市政污泥中存在大量有机物，温度上升到一定程度有机物会燃烧殆尽造成砖体内部形成孔洞，使烧结砖具有保温隔热能力，烧结制品性能良好，工艺简单，原材料来源广，均为固体废弃物、成本低，有效的解决了环境污染问题，达到“全废物制造”的目的，有利于生产高品质绿色建材，既处置多项废物，又创造显著效益，有助于推动污水处理厂、建材生产和装备制造业的创新发展。本发明采用尾矿预处理技术、单因素分析法、正交实验法以及微孔造孔技术添加法，来解决现有萤石尾矿、市政污泥以及粉煤灰原材料不能直接进行制备烧结砖，原材料配比发生变化及使用不同的烧结温度会极大的影响烧结砖的性能等难点，为生产烧结制品提供方法，前景广阔，是国内首次应用。
实施例
本发明利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其包括以下步骤：
1）将萤石尾矿经多级粉碎机反复粉碎后，放入球磨机内研磨成粉末，直至60%以上的粉末粒径分布在60-70目，得到萤石尾矿粉末；
2）将市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末按质量比为1:1:8、1:2:7、1:3:6、2:1:7或3:1:6混合均匀，得到混合料；
3）在混合料中添加20%的水搅拌均匀，静置陈化8小时，得到陈化料；
4）在陈化料中，加入1%废旧轮胎碎屑作为造孔剂，搅拌均匀，得到填料；
5）将填料填入模具后，放置在砂浆振动台上振动，使填料充分振动密实，然后放置在通风处自然干燥20-30小时，干燥成型后拆模，得到强度为3.0 MPa且含水率为1-3%的坯体；
6）为防止升温过快坯体产生裂缝，采用梯度升温法对坯体进行烧结，烧结温度为950-1150℃，烧结时间为1.5-2小时，以1-2℃/min速度缓慢降温，得到自保温砖。
本发明配置五组不同原料配比，即市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末的质量比分别按照1:1:8、1:2:7、1:3:6、2:1:7和3:1:6进行配置，然后按照上述方法，分别在950℃、1050 ℃、1150℃下煅烧完全，以烧结自保温砖；结果如下：
1、在同一温度下、不同原料配比，随着混合料中市政污泥含量的增加，自保温砖的尺寸偏移率逐渐增大，孔洞率呈先涨后降的态势，其中，孔洞率最好的配比为1:1:8。
配置的市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末质量比为1:1:8、1:2:7、1:3:6时，自保温砖的砖体外观表现良好，无明显差异；当市政污泥占比居多时，即，市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末的质量比为2:1:7、3:1:6，砖体开始出现明显裂缝。
2、在同一原料配比、不同温度下，自保温砖的外观和尺寸偏差都相差无几，孔洞率最佳的显示原料配比在1:1:8，烧结温度为1050℃。
在同一原料配比，不同烧结温度下，烧结温度越高，砖体导热性能越差，同时保温性能越好。
3、在同一烧结温度，不同原料配比下，市政污泥含量越高，砖体导热性能越差，同时保温性能越好。
对比950℃、1050℃和1150℃，随着市政污泥浓度增加到1:1:8时，此时1050℃的烧结砖导热性能与1150℃烧结砖的导热性能最为接近，且导热值远低于950℃的烧结砖。
在同一烧结温度下，随着市政污泥比例升高，烧结砖密度整体呈下降趋势且下降速率先快后慢。
4、在同一原料配比，不同烧结温度下，随着烧结温度的升高，市政污泥中有机质煅烧完全，同时致密性得到增强，烧成密度也相应提高。
抗压强度是衡量砖性能最重要的指标之一。市政污泥有机物含量高，在作为烧结砖原料时具有特定热值，同时烧结温度对成品砖的烧结强度具有较大影响。烧结温度过低时，污泥中部分有机物的燃烧不充分，焙烧后的砖体成品易出现欠火砖且未能充分利用污泥中的能源；焙烧温度过高时，砖体极容易出现过烧或者烧焦的现象。在烧结温度为950℃、1050℃、1150℃，设置的5组不同市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿配比，实验结果显示，同一烧结温度，不同原料配比下，随着污泥比例的增加，烧结砖的抗压强度逐步降低，同时显示，烧结温度为1050℃和1150℃时，同一原料配比制成的烧结砖抗压强度无明显差异，但是对比烧结温度为1050℃和950℃时，可知同一原料配比下，1050℃下制成的砖抗压强度远高于950℃制成的砖。在同一原料配比，不同烧结温度下，烧结温度越高，成砖抗压强度越强。在配比为1:1:8时，1050℃和1150℃烧结出来的砖抗压强度几乎相同，同时烧结砖强度远高于950℃。综合考虑经济效益，最佳烧结温度为1050℃。本发明烧结的自保温砖中利用10%市政污泥、10%粉煤灰和80%萤石尾矿粉末，可以制备出强度高、表观密度低、保温隔热性能好的新型绿色“全废物制造”墙体材料。
以上描述不应对本发明的保护范围有任何限定。

Claims (10)

1.利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）对萤石尾矿进行粉碎、研磨，得到萤石尾矿粉末；
2）将市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末按比例混合均匀，得到混合料；
3）在混合料中添加水搅拌均匀，静置陈化，得到陈化料；
4）在陈化料中添加造孔剂搅拌均匀，得到填料；
5）将填料填入模具，振动密实，置于通风处自然干燥，拆模，得到坯体；
6）采用梯度升温法对坯体进行烧结，缓慢降温，得到自保温砖。
2.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤1）中萤石尾矿粉末的制备方法为：将萤石尾矿经多级粉碎机反复粉碎后，放入球磨机内研磨成粉末，直至60%以上的粉末粒径分布在60-70目。
3.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤2）中市政污泥、粉煤灰和萤石尾矿粉末的质量比为1:1:8、1:2:7或者1:3:6。
4.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤3）中水的添加质量为混合料的20%。
5.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤3）中静置陈化时间为8小时。
6.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤4）中造孔剂的添加质量为陈化料的1%。
7.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤4）中造孔剂为废旧轮胎碎屑。
8.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤5）中坯体的制备方法为：将填料填入模具后，放置在砂浆振动台上振动，使填料充分振动密实，然后放置在通风处自然干燥20-30小时，干燥成型后拆模。
9.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤5）中坯体的强度为3.0 MPa，含水率为1-3%。
10.根据权利要求1所述的利用萤石尾矿、市政污泥和粉煤灰烧结自保温砖的方法，其特征在于：步骤6）中烧结温度为950-1150℃。
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