CN110606722A

CN110606722A - 一种建筑墙板及其制备方法

Info

Publication number: CN110606722A
Application number: CN201910942389.4A
Authority: CN
Inventors: 曹宏; 薛俊; 李先福; 季家友; 石和彬; 胡勇; 骆真
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110606722B

Abstract

本发明一种建筑墙板及其制备方法，包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40％～67％、磨细苦盐20％～25％、轻烧氧化镁0％～10％、活性填料0％～15％、木质纤维0％～5％、缓凝剂0.4％～0.8％、减水剂0.30％～0.70％以及水3％‑8％，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿低温煅烧得到，主要成分为氧化镁和碳酸钙。根据本发明的方法，可大量利用固体废物高镁磷尾矿制备建筑墙板，且所述建筑墙板由轻烧磷尾矿、硫酸镁、水等主要原料经拌和、成型、养护而成，工艺简单，成本低。

Description

一种建筑墙板及其制备方法

技术领域

本发明涉及磷尾矿资源化利用领域，具体涉及一种建筑墙板及其制备方法。

背景技术

磷尾矿是磷矿选矿产生的固体废弃物，主要有高镁磷尾矿和高硅磷尾矿两种。磷尾矿为大宗固废，截至2013年底其累计堆存量146亿吨，当年产出16.49亿吨，而综合利用率仅18.9％。数量巨大的磷尾矿排放占用了耕地，并对环境和安全存在潜在威胁，因此大宗资源化利用磷尾矿迫在眉睫。高镁磷尾矿主要矿物组成是白云石(占87％左右),磷灰石(占8％左右),石英(占3％左右)和褐铁矿。现有资料表明，高镁磷尾矿的资源化利用可概括为三个方向：①作为惰性填料制备建筑材料：其原理是把磷尾矿作为不参与反应的细粉填料而加以利用,如CN201410402219(一种以磷尾矿为主料的加气空心砖及其制备方法)、CN201810784891(一种用赤铁矿尾矿-矿渣-磷尾矿砂制备抗冻耐磨免烧砖的方法)、CN201310608006.2(一种利用磷尾矿和磷渣生产的蒸养砖及其制备方法)等。这一方向的不足之一是没有利用到高镁磷尾矿中白云石含量很高这一特点，而仅仅是将其作为了普通石粉；另一不足是作为惰性填料其添加量不是太高，对于磷尾矿的消耗有限；②将高镁磷尾矿高温煅烧成为具有反应活性的石灰质原料，然后与硅铝质原料在一定条件下发生火山灰反应，形成具有所需强度的材料(主要为建筑材料)。如CN201310611940.X(一种磷渣-磷尾矿泡沫混凝土砌块及其制备方法)、CN201510386856.1(一种利用磷尾矿和磷渣为主要原料制备的轻质硅酸钙板)、CN201410288820.5(一种土壤改良剂及其制备方法)和CN201310611657.7(一种综合利用反浮选磷矿尾矿的方法)等。这一方向的优点是充分利用了高镁磷尾矿矿物组成特点，并提高了磷尾矿在所制成材料中的使用量，因而可更多地消耗磷尾矿。但其明显不足是煅烧温度过高，至少要在900℃煅烧，更通常是在1000℃及以上煅烧，能耗高；③采取传统化学工艺的方法，用不同种类的无机酸溶解高镁磷尾矿，然后再经过不同的过滤、沉淀工艺，得到不同化工产品。如CN201510374405(一种磷矿尾矿的加工方法)、CN201210155826(一种利用高镁磷尾矿生产轻质氧化镁的方法)、CN201810315278(盐酸分解高镁磷尾矿制备硫酸钙晶须的方法)和CN201811171049(一种高镁磷尾矿富集并联产轻质碳酸钙和氢氧化镁的方法)，这一方向的优点是有望最大程度利用尾矿中的磷资源，获得的产品种类多，但其不足是成本高、工艺复杂且磷尾矿消耗量少。

发明内容

为了克服以上不足，本发明提出了一种建筑墙板及其制备方法，可大量消耗固体废物高镁磷尾矿制备建筑墙板，且所述建筑墙板由高镁磷尾矿低温煅烧得到的轻烧磷尾矿、硫酸镁等原料经拌和、成型、养护而成，工艺简单，成本低。

本发明提供了一种建筑墙板，包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40％～67％、磨细苦盐20％～25％、轻烧氧化镁0％～10％、活性填料0％～15％、木质纤维0％～5％、缓凝剂0.4％～0.8％、减水剂0.34％～0.76％、水3％-8％，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿低温煅烧得到，主要成分为氧化镁和碳酸钙。

高镁磷尾矿的主要成分为白云石(CaMg(CO₃)₂)(87％左右),磷灰石(占8％左右),石英(SiO₂,占3％左右)，轻烧磷尾矿为高镁磷尾矿低温煅烧下的产物，该轻烧磷尾矿与900℃及以上温度煅烧形成的煅烧磷尾矿至少存在不同在于：

该轻烧磷尾矿与煅烧磷尾矿物相组成不同，性质不同。轻烧磷尾矿主要由氧化镁(MgO)、方解石(CaCO₃)、磷灰石(胶磷矿)、石英(SiO₂)组成，其中的氧化镁具有高活性，易于发生化学反应，包括水化反应制备镁系胶凝材料；煅烧磷尾矿主要由方镁石(MgO)、生石灰(CaO)、磷灰石(胶磷矿)、石英(SiO₂)组成。其中的方镁石虽然化学成分也是MgO，但其化学活性显著降低，不易水化成氢氧化镁(水镁石)，煅烧磷尾矿中的化学活性成分是生石灰(CaO)，可与硅铝质物质发生火山灰反应，因此煅烧磷尾矿适合用来制备轻质建材并需要采用蒸养工艺，这是因为轻质建材多孔，方镁石即使在制备过程中没有水化为Mg(OH)₂，成为制品后再水化也不至于引起制品开裂，而采取蒸养工艺则可提高温度有利于方镁石完全水化为Mg(OH)₂，不影响制品的安定性。

采用本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

(1)根据本发明的墙板，是以低温煅烧高镁磷尾矿得到的轻烧磷尾矿作为原料制备得到，相比于煅烧磷尾矿物，制备轻烧磷尾矿的煅烧温度低，更加节能，且方解石(CaCO₃)没有分解，煅烧所排放的CO₂比制备煅烧磷尾矿少了一半左右，环保。

(2)根据本发明的墙板，利用轻烧磷尾矿制备墙板的技术路线是制备镁系胶凝材料，而现有技术中，利用煅烧磷尾矿制备建材采取的技术路线是制备钙系胶凝材料。镁系胶凝材料中氧化镁的占比高于钙系胶凝材料中氧化钙的摩尔比，即基于本发明的墙板，可以消耗更多的磷尾矿。本发明中每100kg墙板可消耗65.5kg—82.8kg高镁磷尾矿，固体废弃物利用率高。

(3)轻烧磷尾矿中的氧化镁是制备镁系凝胶材料的主要成分，保证其在原料中的含量对于保证墙板的强度性能尤其重要。一般情况下，高镁磷尾矿多为磷矿反浮选工艺副产物，高镁磷尾矿中白云石含量不低于85％，但如果白云石含量低于85％时，在后续配料中需另外添加较多的轻烧氧化镁以补充氧化镁掺量，以保证墙板的性能，当白云石含量高于85％时，轻烧磷尾矿中的氧化镁的量可以满足需求，可以不加或加入少量的轻烧氧化镁。根据本发明的建筑墙板以轻烧磷尾矿以及轻烧氧化镁中的活性氧化镁水化制备得到的镁系胶凝材料为主成分，具有强度高、质轻、耐火阻燃。

优选的，所述轻烧氧化镁为市售商品，所述市售商品中氧化镁的含量≥60％。

在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：

进一步，所述活性填料为具有火山灰活性的硅铝质原料，所述硅铝质原料选自粉煤灰、矿渣粉、硅灰、磨细黄磷渣或煅烧高岭土中的一种或任意几种，所述活性填料粒度≤150μm。

尽管通过控制煅烧温度，使得高镁磷尾矿煅烧产物轻烧磷尾矿的主要产物是氧化镁和碳酸钙，但依然会伴随产生少量的CaO活性填料可与之发生火山灰反应，形成钙硅胶凝材料，有利于提高制品强度和安定性。

进一步，所述活性填料为硅灰或煅烧高岭土中的一种或二者按任意配比的组合，所述活性填料粒度<50μm。

活性填料的种类和粒度影响发生火山灰反应的效率和反应进行程度，该条件下，可以充分消耗原料中的活性氧化钙得到钙硅胶凝材料，提高墙板制品的强度、安定性。

进一步，根据权利要求1所述的以高镁磷尾矿制备建筑墙板的方法，其特征在于，所述木质纤维系纤维长度为0.5-3mm，所述磨细苦盐粒度≤150μm。

木质纤维系指天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，该木质纤维在体系中起到抗裂、显著提高拌和料可塑性的作用。所述磨细苦盐由七水硫酸镁研磨得到，硫酸镁、轻烧磷尾矿中的氧化镁在水中形成硫氧镁胶凝材料，硫氧镁胶凝材料是以MgO颗粒为核心、以硫酸盐水化产物为黏结相的硬化体结构，该结构使得胶凝材料具备高强度、高粘结性，以该材料为主成分的墙板强度性能好；采用磨细的七水硫酸镁是为了避免墙板内部出现较大孔洞，降低墙板力学性能。

具体的，可采用笼形碾、辊式磨、球磨等对七水硫酸镁进行研磨得到所述磨细苦盐。

具体的，所述木质纤维系纤维为市售产品。

进一步，所述缓凝剂选自硼酸、硼砂、柠檬酸中的任意一种或几种。

由此，采用上述缓凝剂可有效缓解该原料体系中水化速度、延长凝结时间，有效避免体系加水后迅速凝结，便于后续材料加工成型。

进一步，所减水剂选自聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂的一种或二者按任意配比的组合。

由此，上述减水剂对于体系中原料粉体具有较好分散作用，掺量低，减水率高。

本发明还提供了一种如上所述的建筑墙板的制备方法，包括如下步骤：

1)将高镁磷尾矿在700℃—800℃煅烧得到轻烧磷尾矿，所述轻烧磷尾矿的主要成分为氧化镁和碳酸钙；

2)将将以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40％～67％、磨细苦盐20％～25％、轻烧氧化镁0％～10％、活性填料0％～15％、木质纤维0％～5％、缓凝剂0.4％～0.8％、减水剂0.34％～0.76％、水3％-8％，混合搅拌得到混合物料。

3)将所述混合物料挤出成型成块状板材，然后经养护得到建筑墙板。

由此，高镁磷尾矿的主要成分为白云石(CaMg(CO₃)₂)(87％左右),磷灰石(占8％左右),石英(SiO₂,占3％左右)，将干燥高镁磷尾矿在700℃—800℃煅烧使尾矿中的白云石充分分解，生成氧化镁、少量氧化钙和碳酸钙，该条件下生成的氧化镁活性高，易水化生成硫氧镁凝胶，且产生的少量氧化钙可以和活性填料生成钙硅胶凝材料，可协同提高板材的强度，碳酸钙基本没有分解，煅烧所排放的CO₂比制备煅烧磷尾矿少了一半左右，更加环保。

具体的，步骤2)包括以下步骤：先将上述质量百分比的轻烧磷尾矿、磨细苦盐、轻烧氧化镁、活性填料、木质纤维干混，然后再加入上述质量百分比的缓凝剂、减水剂以及水混合搅拌得到混合物料。

一般情况下，硫氧镁胶凝材料的制备方法是将七水硫酸镁溶于水中，形成硫酸镁饱和溶液，然后以此溶液拌和轻烧氧化镁。但限于硫酸镁的溶解度，即使是使用硫酸镁饱和溶液，所添加的硫酸镁的量仍然不足以与轻烧磷尾矿以及轻烧氧化镁充分反应并得到合适浓度的硫氧镁胶凝材料；如果增大硫酸镁饱和溶液的量，则拌和物中的水就会比实际需要量多出很多，这些水最终会成为游离水，蒸发之后成为孔洞，会显著降低硫氧镁胶凝材料的强度。基于本申请的方法，为了提高墙板强度，也是为了便于成型与养护，将未溶解的七水硫酸镁与轻烧磷尾矿、轻烧氧化镁及其他原料直接以固体形式进行了拌和，这些固相七水硫酸镁在后续养护过程中下会逐步与活性氧化镁发生化学反应形成凝胶，最终得到高强度的胶凝材料。

优选的，所述磨细苦盐由七水硫酸镁研磨得到，所述磨细苦盐粒度≤150μm。

由于固相七水硫酸镁在后续养护过程中会逐步与活性氧化镁发生化学反应形成凝胶，导致其原来占据的空间位置并不能被完全充填，如果其初始粒径较大就会留下较大的孔洞，造成墙板强度下降，该粒径条件下得到的墙板的强度高，无孔洞结构。

优选的，所述煅烧温度为750℃。该条件下，可以生成大量的活性氧化镁，固体废弃物高镁磷尾矿利用率高，墙板的性能好。

具体的，可以采取现有的无机粉体煅烧方法进行煅烧得到轻烧磷尾矿，当采用回转窑煅烧时，煅烧时间为1-3h，当采用悬浮煅烧时，煅烧时间为20s～40s。

该条件下，高镁磷尾矿煅烧得到的轻烧磷尾矿含有高含量的活性氧化镁以及碳酸钙。

具体的，步骤2)中采用盘式混合机、V形混合机、强制搅拌机、双卧轴搅拌机混合搅拌得到混合物料。

优选的，采用双卧轴搅拌机混合搅拌得到混合物料。混合效果好，效率高。

具体的，步骤3)中将所述混合物料挤出成型成块状板材，并在挤出同时按照需求切割成需要的长度。

进一步，所述步骤3)中养护的条件为：相对湿度≥于80％，温度≥20℃，水平放置时间≥15天。

根据本发明的方法，将轻烧磷尾矿、硫酸镁、水辅以适量的活性填料、轻烧氧化镁，经拌和、成型、养护得到墙板，工艺简单，成本低；采用低温煅烧高镁磷尾矿制备轻烧磷尾矿，固体废弃物利用率高；轻烧磷尾矿和轻烧氧化镁作为活性氧化镁的来源，水化后与硫酸镁生成镁系凝胶材料，可用于制备高强度的墙板；轻烧氧化镁中产生的少量氧化钙也可以被火山灰活性的活性填料消耗形成钙硅胶凝材料，提高制品强度和安定性。

附图说明

图1为根据本发明方法的建筑墙板的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：

轻烧磷尾矿60.0％、磨细苦盐23.0％、轻烧氧化镁3.0％、硅灰5.0％、木质纤维2.5％、硼酸0.54％、聚羧酸高效减水剂0.46％、水5.5％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度80％，温度25％，水平放置17天，养护得到建筑墙板(如图1所示)。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在750℃煅烧2h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为85％。

实施例2

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：

轻烧磷尾矿55％、磨细苦盐25.0％、轻烧氧化镁6.0％、粉煤灰5.0％、木质纤维2.5％、硼砂0.54％、萘系高效减水剂0.46％、水5.5％，混合搅拌得到混合物料，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度82％，温度25℃，水平放置20天，养护得到建筑墙板。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在700℃下，采用回转窑煅烧1h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为85％。

实施例3

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿67％、磨细苦盐25.0％、轻烧氧化镁0.0％、矿渣粉0.0％、木质纤维0.0％、柠檬酸0.80％、萘系高效减水剂0.30％、水6.9％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度85％，温度23℃，水平放置19天，养护得到建筑墙板。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在800℃下，采用回转窑煅烧3h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为85％。

实施例4

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿45％、磨细苦盐22.5％、轻烧氧化镁10.0％、磨细黄磷渣13.4％、木质纤维5.0％、柠檬酸0.40％、聚羧酸高效减水剂0.70％、水3.0％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度90％，温度24℃，水平放置22天，养护得到建筑墙板。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在780℃下，采用回转窑煅烧2h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为75％。

实施例5

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿50.0％、磨细苦盐20.0％、轻烧氧化镁9.0％、煅烧高岭土15.0％、木质纤维3.0％、柠檬酸0.48％、萘系高效减水剂0.62％、水5.9％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度80％，温度27℃，水平放置16天，养护得到建筑墙板。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在750℃下，采用回转窑煅烧2h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为75％。

实施例6

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40.0％、磨细苦盐23.0％、轻烧氧化镁4.0％、硅灰12.8％、木质纤维4.0％、柠檬酸0.64％、萘系高效减水剂0.66％、水8.0％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度80％，温度27℃，水平放置16天，养护得到建筑墙板。

其中，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿在750℃下，采用回转窑煅烧2h得到,所述高镁磷尾矿中白云石含量为87％。

实施例7

建筑墙板包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿58.0％、磨细苦盐25.0％、轻烧氧化镁4.5％、硅灰4.0％、木质纤维1.5％、柠檬酸0.56％、萘系高效减水剂0.44％、水6.0％，将上述质量百分比的原料混合搅拌得到混合物料，然后将所述混合物料挤出成型成块状板材，最后在相对湿度80％，温度27℃，水平放置16天，养护得到建筑墙板。

实施例的原料配比以及所制备建筑墙板的性能指标分别列于表1，表2。

性能测试以及指标要求，参见《JG/T 169-2016建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》、《GB/T 30100-2013建筑墙板试验方法》。

由表2的性能测试结果可知，基于本发明的制备方法获得的建筑墙板，在满足可大量消耗固体废物高镁磷尾矿的需求的同时，制备得到的建筑墙板的各项指标均满足国家或行业标准，具有良好的应用前景。

表1：

表2：

Claims

1.一种建筑墙板，其特征在于，包含以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40％～67％、磨细苦盐20％～25％、轻烧氧化镁0％～10％、活性填料0％～15％、木质纤维0％～5％、缓凝剂0.4％～0.8％、减水剂0.30％～0.70％以及水3％-8％，所述轻烧磷尾矿由高镁磷尾矿低温煅烧得到，主要成分为氧化镁和碳酸钙。

2.根据权利要求1所述的建筑墙板，其特征在于，所述活性填料为具有火山灰活性的硅铝质原料，所述硅铝质原料选自粉煤灰、矿渣粉、硅灰、磨细黄磷渣或煅烧高岭土中的一种或任意几种，所述硅铝质原料粒度≤150μm。

3.根据权利要求3所述的建筑墙板，其特征在于，所述活性填料为硅灰或煅烧高岭土中的一种或二者按任意配比的组合，所述硅铝质原料粒度<50μm。

4.根据权利要求1所述的建筑墙板，其特征在于，所述木质纤维长度为0.5-3mm，所述磨细苦盐粒度≤150μm。

5.根据权利要求1所述的建筑墙板，其特征在于，所述缓凝剂选自硼酸、硼砂、柠檬酸中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的建筑墙板，其特征在于，所减水剂选自聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂的一种或二者按任意配比的组合。

7.一种如权利要求1-6任一所述的建筑墙板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将高镁磷尾矿在700℃—800℃煅烧得到所述轻烧磷尾矿；

2)将以下质量百分比的原料：轻烧磷尾矿40％～67％、磨细苦盐20％～25％、轻烧氧化镁0％～10％、活性填料0％～15％、木质纤维0％～5％、缓凝剂0.4％～0.8％、减水剂0.34％～0.76％、水3％-8％，混合搅拌得到混合物料；

8.根据权利要求7所述的制备建筑墙板的方法，其特征在于，所述步骤3)中养护的条件为：相对湿度≥80％，温度≥20℃，水平放置时间≥15天。