CN110818385B

CN110818385B - 一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其烧制方法

Info

Publication number: CN110818385B
Application number: CN201910961387.XA
Authority: CN
Inventors: 牛汉新; 何峰
Original assignee: Wuhan Nasd Thermal Energy Technology Equipment Co ltd
Current assignee: Wuhan Nasd Thermal Energy Technology Equipment Co ltd
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2039-10-11
Also published as: CN110818385A

Abstract

本发明公开了一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其原料为太湖淤泥、黏土类粉、废浮法玻璃粉、煤粉、废橡胶粉、生铁粉、钢渣颗以及废弃的青砖；其制备过程的特征在于烧制步骤如下：预热段的升温速率为1~1.2 ^oC/min，升温需要13.5~20小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度为980~1090^oC，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间为4~8小时；保温段结束以后进入还原冷却段，在还原冷却段的900~500 ^oC温度内，将水汽化形成饱和水蒸气压力控制在60‑120 Pa，该温度段的降温速率为0.5~1.1 ^oC/min；温度低于450 ^oC时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率为0.5~1.2 ^oC/min。本发明制得的仿古青砖的抗折强度平均为18～20 MPa，抗压强度平均为20～24 MPa，抗冲击性1.1～1.8 MPa。

Description

一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其烧制方法

技术领域

本发明涉及一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其隧道窑的烧制方法，属于仿古青砖技术领域。

背景技术

我国古代建筑源远流长，文化内涵丰富，以古青瓦青砖为特色的建筑更是独树一帜，具有其独特的性能与美学价值。青砖属于烧结砖，是一种常见的建筑材料，由于其生产工艺特殊，颜色古朴，受到人们的青睐。传统的青瓦青砖烧结一般都是在小型的煤窑或者倒焰窑中烧结，其中小煤窑由于污染大，逐渐被淘汰，而倒焰窑存在操作难度大、温度不易控制、产量低的缺点。

随着国家对环境保护的力度加强，利用传统的烧制方式制备青瓦青砖，已经不符合当代对环保、产品质量的需求，以及国家的相关产业政策。为保证产品的质量，降低劳动强度，保护环境，当前出现了许多能够连续生产，较为现代化的中大型青砖隧道窑、辊道窑。青砖隧道窑机械化、自动化程度高，其连续生产的装备在继承、遵守、保障仿古青砖生产烧结工艺，保障产品品质的前提下，更需要保障生产线的稳定性与连续性，与此同时在生产过程中，实现对能源、资源利用的最大化。

在仿古青砖的制备过程中，当青砖的基本配方确定以后，其干燥、预热、烧成已经实现了机械化与自动控制。在利用隧道窑连续生产青砖的，需要保证在青砖高温烧成之后，进入一段还原区段，在还原区段对高温青砖进行还原与冷却。目前，使用比较多的技术为，在隧道窑冷却还原阶段，通过加水的方式形成高温蒸汽，并使蒸汽均匀弥散在还原区段当中，形成还原气氛，保证砖坯中的Fe₂O₃还原成FeO，促使青砖在窑内产生“窑变”。当青砖中的FeO与SiO₂形成FeSiO₃后，由于FeSiO₃是青色的色泽，从而形成青色的青砖。

太湖淤泥是由当地山体岩层自然风化和地表经雨水冲刷等因素，经千百年沉积而形成。随着国家对太湖治理力度的加大，太湖清淤后形成了大量的污泥，如不及时处理，会产生占用良田或产生二次污染的问题。太湖污泥资源丰富，可作为原料制备建筑材料。太湖淤泥的特点是，其混合泥料的水限(吸水率)与塑性指数高，导致该泥料塑性好，属于性能较好的塑性料。同时，混合泥料的干燥敏感性高，线收缩率大，会导致干燥、高温烧结时，收缩、变形大。一般情况下，太湖淤泥的主要成分为：SiO₂含量在60％～63％之间波动，Al₂O₃含量在18％～21％之间波动，Fe₂O₃含量在5.5％～7.5％之间波动，CaO含量在0.8％～1.8％之间波动，MgO含量在1％～1.5％之间波动，碱金属氧化物的含量在3％～4.5％之间波动，还含有微量的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd等重金属元素的氧化物。而由于太湖淤泥三价铁的氧化物含量较高，其很难用于建筑陶瓷、日用陶瓷的生产，因此，可被用于普通黏土红砖的制备。

在利用太湖淤泥制备黏土砖方面，CN105016709A提出了一种太湖淤泥制成的保温节能砖及其制备方法，其原料包括下述按重量百分比的组分：25～45％太湖淤泥、1～20％伊利土、1～15％黏土、10～20％废熟料、1～10％石英、5～20％长石、1～5％干混剂、3～8％水，其制备方法，包括以下步骤：制备太湖淤泥；按重量百分比称量组分原料，轮辗捏合成均匀的泥条；真空挤压成型得到湿坯，成型压力为2.0～4.0MPa；湿坯在100～200℃下干燥2～4小时得到干燥坯体；干燥坯体在烧成温度为1000～1200℃下烧成3～20小时，制得保温节能砖成品。CN107162567A发布了一种利用太湖淤泥生产的仿古闽系红砖，其成份为：淤泥80～85重量份、陶瓷废料5～10重量份、钾长石3～5重量份、陶瓷色料0.3～1重量份。CN106747303A公布了一种仿古青砖及其制备工艺，包括将青砖放置在窑体中进行还原处理的步骤，以及原料的配比，黏土100份，煤粉10份，铁粉3份，玻璃粉5份和煤矸石粉2份按比例充分混合形成制备青砖的原料。上述现有技术，由目前以太湖淤泥为主要原料，主要集中在利用隧道窑烧制黏土砖的产品、技术、方法方面，主要产品有保温节能砖、仿古闽系红砖、劈裂砖、普通黏土砖。而在仿古青砖的制备方面，还没有使用太湖淤泥为主要原料制备仿古青砖的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其隧道窑的烧制方法，在仿古青砖的烧制过程中形成了稳定的双向扩散还原气氛，保障了冷却还原段均匀还原气氛的形成，使得仿古青砖在表面与其内部都可形成稳定一致的色泽，提高了冷却还原段的工作效率，稳定了产品质量与产量，仿古青砖的耐候性好。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其原料按质量百分比计为：太湖淤泥50～60wt％，黏土粉15～18wt％，废浮法玻璃粉2～4wt％，煤粉3～4wt％，废橡胶粉0.8～1.8wt％，生铁粉0.4～0.8wt％，钢渣颗粒10～16wt％，以及废弃的青砖8～10wt％。

按上述方案，太湖淤泥、黏土粉、废浮法玻璃粉、煤粉、废橡胶粉、生铁粉要求研磨至通过300目筛。其中，将太湖淤泥预先进行脱水、干燥处理，使其中的含水率降低到1％以下，研磨至通过300目筛，然后才能够进行配料使用。黏土类粉末为黏土类原料粉末，可以是普通粘土、高岭土或蒙脱石。

按上述方案，所述钢渣颗粒的粒度范围为0.5～3.5mm。

按上述方案，所述废弃的青砖破碎成粒度范围为1.2～5.5mm的颗粒料，其中颗粒度在3.2～5.5mm的颗粒料占65％以上。

本发明上述以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖的制备方法，主要过程如下：

①配料：按本发明所述原料及其百分比进行称量、混合，加水后继续搅拌混合成泥，焖泥3-5天，继续混合、练泥，得到泥料；

②成型：将步骤①练好的泥料送入制砖机中成型，成型成标砖所需要的尺寸，得到生砖坯；

③干燥：将步骤②成型好的生砖坯送入干燥窑中进行烘干，去除砖坯中的水分，可将砖坯中的水分控制在2wt％以下；

④装车：将步骤③干燥后的砖坯按隧道窑的烧成要求装在窑车上，将装好的窑车送到隧道窑的窑头，以备烧成；

⑤烧制：利用推车机将步骤④所得有砖坯的窑车推入隧道窑中进行烧制，得到以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖。

按上述方案，所述步骤⑤烧制步骤，包括预热段、高温烧成段、冷却还原段和冷却段，具体工艺为：步骤④所得有砖坯的窑车，由推车机推入窑内，由窑头到高温保温段属于隧道窑的预热段，预热段的升温速率范围为1～1.2℃/min，升温需要13.5～20小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度范围为980～1090℃，保温时间范围为4～8小时，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰；高温烧成段结束以后进入还原冷却段，在冷却段的900～500℃温度范围内，通过设置的管路喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力控制在60-120Pa，该温度段的降温速率范围为0.5～1.1℃/min；温度低于450℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率范围为0.5～1.2℃/min。

本发明提出的一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其隧道窑的烧制方法，其组分与配方特征在于：

首先，太湖淤泥作为仿古青砖的主要原料，与黏土一道为砖坯提供炼泥、成型所需要的塑性，以及其高温烧成性能。太湖淤泥中的Fe₂O₃为其还原形成青色提供铁质成分。

废浮法玻璃粉属于玻璃熟料，在800℃左右就能够形成液相，其加入可以在仿古青砖的高温烧结时产生足够的液相，降低烧成温度，实现节能减排。浮法玻璃的组成基本一致，可通过旧建筑拆除时，回收其窗玻璃，并将其研磨至通过300目筛。

煤粉的主要作用是在生砖坯的烧成过程中，在砖坯的内部形成还原气氛，并将此还原气氛由砖坯的内部向其表面扩散。与在冷却还原段形成的水蒸气由砖的表面向内部作用，形成还原气氛的双向扩散，充分提高还原效率与效果，可有效缩短隧道窑还原段的长度，实现缩短烧成周期。

废橡胶粉的作用比较特殊，其成分含有C和H，在加热的过程中，它们分别会被氧化成CO₂、CO、H₂O，在砖坯的内部形成还原气氛，对Fe₂O₃有一定的还原作用，并与冷却还原段所产生的水蒸气共同作用，形成足够量的FeO，使FeO与SiO₂形成FeSiO₃。而废橡胶粉比较难以氧化，特别是砖坯的内部，其耐氧化性在利用隧道窑烧制仿古青砖时，可以一直保持到冷却还原阶段。

生铁粉的作用是在仿古青砖组分中提供Fe，在砖坯的烧制过程中被氧化成FeO、Fe₂O₃，为后期形成FeSiO₃提供足够的FeO。

钢渣颗粒主要是作为瘠性硬质骨料加入，可以减少在砖坯干燥、烧制过程中的变形与收缩，增加产品的强度，提高成品率与固废利用率，同时降低原料成本。钢渣的主要成分为：SiO₂含量在19％～21％之间波动，Al₂O₃含量在6％～7％之间波动，Fe₂O₃含量在7.5％～9％之间波动，FeO含量在6％～7.5％之间波动，Fe含量在0.3％～0.5％之间波动，CaO含量在45％～47％之间波动，MgO含量在6％～7％之间波动。

废弃青砖的作用表现为两个方面，一是将废弃的仿古青砖破碎成较粗范围的颗粒，并作为硬质骨料加入到泥料当中，可以减少在砖坯干燥、烧制过程中的变形与收缩，增加产品的强度，提高成品率；二是对废弃的青砖进行回收利用，起到环境保护与废弃物的高附加值利用。废弃青砖多为黏土砖，收集青色的黏土砖即可。

第二，在太湖淤泥为主要原料的仿古青砖隧道窑的烧制方法上，本发明也具有鲜明的特点。通过在砖坯的组分中引入难以氧化的废橡胶粉，在烧成工艺控制下，使其氧化过程一直保持到冷却还原段。在隧道窑的冷却还原段，会通入水使其形成水蒸气，水蒸气由炽热砖坯的表面向其内部扩散，使Fe₂O₃成FeO。以此同时，保持在炽热砖坯中未氧化完全的废橡胶粉，继续氧化形成CO₂、CO、H₂O，保证了砖坯内部的还原气氛的同时，并由砖坯的内部向其表面扩散。这样在隧道窑的还原段，就形成了窑内水蒸气向砖坯内部扩散，砖坯内部的CO₂、CO向砖坯表面扩散的现象。在双向互扩散的过程中，CO₂与H₂O相遇，发生煤气还原反应，即，CO₂+C+H₂O→CO+H₂。从而在仿古青砖的表面与内部形成更加均匀的还原气氛环境，保障对Fe粉的氧化，Fe₂O₃的还原。此烧成方法就是隧道窑仿古青砖的双向扩散还原烧制方法。

因此，由本发明所提出的一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖及其隧道窑的烧制方法，在仿古青砖的烧制过程中形成了稳定的双向扩散还原气氛，保障了冷却还原段均匀还原气氛的形成，使得仿古青砖在表面与其内部都可形成稳定一致的色泽，提高了冷却还原段的工作效率，稳定了产品质量与产量，仿古青砖的耐候性好。

第三，本发明制得的以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，抗折强度平均为18～20MPa，抗压强度平均为20～24MPa，抗冲击性1.1～1.8MPa。

附图说明

图1为本发明所制备的仿古青砖的实物图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

下述实施例中，以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖的制备方法，主要过程如下：

下述实施例中，首先将太湖淤泥进行脱水、干燥处理，使其中的含水率降低到1％以下，研磨至通过300目筛，然后才能够进行配料使用。黏土粉、废浮法玻璃粉、煤粉、废橡胶粉、生铁粉要求研磨至通过300目筛；所述钢渣颗粒的粒度范围为0.5～3.5mm；所述废弃的青砖破碎成粒度范围为1.2～5.5mm的颗粒料，其中颗粒度在3.2～5.5mm的颗粒料占65％以上。本案中所述的黏土粉末为黏土类原料粉末，可以是普通粘土、高岭土或蒙脱石。

实施例1

一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青，其原料按质量百分比计为：太湖淤泥50wt％，普通黏土粉18wt％，废浮法玻璃粉2wt％，煤粉4wt％，废橡胶粉1.2wt％，生铁粉0.8wt％，钢渣颗粒16wt％，以及废弃的青砖8wt％。

上述以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖的制备方法，制备过程包括配料、成型、干燥、装车和烧制过程，烧制步骤的过程如下：装车后所得有砖坯的窑车，由推车机推入窑内，由窑头到高温保温段属于隧道窑的预热段，预热段的升温速率范围为1℃/min，升温需要16小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度范围为980℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间范围为8小时；保温段结束以后进入还原冷却段，在还原冷却段的900～500℃温度范围内，通过设置的管路喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力控制在60-100Pa该温度段的降温速率范围为0.5℃/min；温度低于450℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率范围为0.5℃/min。

本实施例所得以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，抗折强度平均为18MPa，抗压强度平均为20MPa，抗冲击性1.1MPa。

实施例2

一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青，其原料按质量百分比计为：太湖淤泥57.5wt％，高岭土粉16wt％，废浮法玻璃粉2.1wt％，煤粉3wt％，废橡胶粉0.8wt％，生铁粉0.6wt％，钢渣颗粒12wt％，以及废弃的青砖8wt％。

上述以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖的制备方法，制备过程包括配料、成型、干燥、装车和烧制过程，烧制步骤的过程如下：装车后所得有砖坯的窑车，由推车机推入窑内，由窑头到高温保温段属于隧道窑的预热段，预热段的升温速率范围为1.1℃/min，升温需要16小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度范围为1050℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间范围为6小时；保温段结束以后进入还原冷却段，在还原冷却段的900～500℃温度范围内，通过设置的管路喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力控制在80-100Pa，该温度段的降温速率范围为0.85℃/min；温度低于450℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率范围为0.9℃/min。

本实施例所得以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，抗折强度平均为19MPa，抗压强度平均为22MPa，抗冲击性1.5MPa。

实施例3

一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青，其原料按质量百分比计为：太湖淤泥60wt％，蒙脱石粉15wt％，废浮法玻璃粉2wt％，煤粉3wt％，废橡胶粉0.8wt％，生铁粉0.6wt％，钢渣颗粒10wt％，以及废弃的青砖8.6wt％。

上述以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖的制备方法，制备过程包括配料、成型、干燥、装车和烧制过程，烧制步骤的过程如下：装车后所得有砖坯的窑车，由推车机推入窑内，由窑头到高温保温段属于隧道窑的预热段，预热段的升温速率范围为1.2℃/min，升温需要15小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度范围为1090℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间范围为4小时；保温段结束以后进入还原冷却段，在还原冷却段的900～500℃温度范围内，通过设置的管路喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力控制在80-120Pa该温度段的降温速率范围为1.1℃/min；温度低于420℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率范围为1.2℃/min。

本实施例所得以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，抗折强度平均为20MPa，抗压强度平均为24MPa，抗冲击性1.8MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其特征在于，原料按质量百分比计为：太湖淤泥50~60 wt%，黏土类粉15~18 wt%，废浮法玻璃粉2~4 wt%，煤粉3~4 wt%，废橡胶粉0.8~1.8 wt%，生铁粉0.4~0.8 wt%，钢渣颗粒10~16 wt%，以及废弃的青砖8~10 wt%；

所述的原料及其质量百分比配料，经成型、干燥后进行烧制，得到仿古青砖；其中，烧制步骤的具体工艺为：干燥步骤所得有砖坯由窑头到高温保温段属于隧道窑的预热段，预热段的升温速率范围为1~1.2 ℃/min，升温需要13.5~20 小时；预热段结束以后进入隧道窑的高温烧成段，烧成段的保温温度范围为980~1090℃，保温时间范围为4~8小时，高温烧成段的火焰气氛为弱氧化焰；高温烧成段结束以后进入还原冷却段，在还原冷却段的900~500℃温度范围内，通过设置的管路喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力控制在60~120 Pa，该温度段的降温速率范围为0.5~1.1 ℃/min；温度低于450 ℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率范围为0.5~1.2 ℃/min。

2.根据权利要求1所述的以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其特征在于，太湖淤泥、黏土粉、废浮法玻璃粉、煤粉、废橡胶粉、生铁粉的粒径不超过300目。

3.根据权利要求1所述的以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其特征在于，所述钢渣颗粒的粒度范围为0.5~3.5 mm。

4.根据权利要求1所述的以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其特征在于，所述废弃的青砖破碎成粒度范围为1.2~5.5 mm的颗粒料，其中颗粒度在3.2~5.5 mm的颗粒料占65 %以上。

5.根据权利要求1所述的以太湖淤泥为主要原料的仿古青砖，其特征在于，抗折强度平均为18～20 MPa，抗压强度平均为20～24 MPa，抗冲击性1.1～1.8 MPa。