CN111908925A - 一种赤泥透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种赤泥透水砖及其制备方法，赤泥透水砖包括：赤泥预制颗粒70‑85份；硅铝系助剂5‑8份；辐射屏蔽剂1‑3份；辅助粘结剂5‑8份；助熔剂5‑8份。本发明涉及的赤泥透水砖的抗折强度≥5MPa，甚至可达10MPa,抗压强度＞150MPa，透水系数＞0.02cm/s，甚至可达0.045cm/s，抗冻融≥25次，甚至可达40次。与现有水泥透水砖及粘土透水砖相比，赤泥透水砖的其他各项技术要求完全符合透水砖行业标准，质量达到要求。

Description

一种赤泥透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及赤泥透水砖技术领域，特别是涉及一种赤泥透水砖及其 制备方法。
背景技术
透水砖是伴随海绵城市新兴发展起来的环保产品，是海绵城市建设 的基础材料之一。我国自2013年中央城镇化工作会议上提出海绵城市建 设内容以来，截止到2017年已累计进行了三批海绵城市试点的增列，目 前已有30多个城市被列为海绵城市建设试点城市。每一个海绵城市建设 试点城市均有每年新增透水面积改造的计划指标，以北京、上海、天津、 西安、济南为例，仅上述四大城市路面改造的年新增需求总量即超过1 亿平米以上，如此还不包括城市新建发展的透水砖需求。按照每平米100 元计算，全国而言，生态透水砖材料的市场潜力巨大，潜在市场规模达 数万亿。
透水砖主要是利用固体废料作为原料，如陶瓷废料、耐火材料废料、 尾矿、废玻璃等。随着透水砖需求增多，使得透水砖行业对固体废料的 需求增加，此外，随着国家环保治理力度的增大，陶瓷、耐火材料、玻 璃生产企业生产规模受到极大的限制，产生的固体废料急剧减少，严重 制约着透水砖市场的供给能力，因此，拓宽透水砖制备原料的来源显得 尤为重要和迫切。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，我国是氧化铝生 产大国，赤泥堆存量巨大，且赤泥主要成份为Na2O、SiO2、Al2O3、CaO、 Fe2O3等成份，以及少量重金属氧化物和盐类，若不妥善堆放，其中的碱 金属、重金属等物质会对周边动植物和地下水造成危害。目前，我国的 赤泥综合利用率仅为4％，因此，赤泥的资源化利用，最大限度地减少赤泥的危害已迫在眉睫。
在公布号为CN108101576A的专利中，公开了一种赤泥型透水砖的制 备方法，赤泥用量可达到90％以上，极大限度的消耗了赤泥废料，该透水 砖未对作为骨料的赤泥预制颗粒进行预煅烧，因此砖体内部可以形成较 多孔隙，使得透水砖在透水性较好的基础上，也具有较好的保水性，即 部分雨水透过透水砖，部分雨水保留在透水砖内，适用于气候干燥缺水 的地区，并不适用于湿润多雨的地区。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种赤泥透水砖及 其制备方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种赤泥透水砖，其制备原料包括：
赤泥预制颗粒 70-85份；
硅铝系助剂 5-8份；
辐射屏蔽剂 1-3份；
辅助粘结剂 5-8份；
助熔剂 5-8份。
赤泥预制颗粒，粒度为0-1mm、1-3mm和3-5mm的颗粒重量比为5-10： 30-35：35-45。
优选的，所述赤泥预制颗粒的制备原料包括：
赤泥 85-90份；
助熔剂 5-8份；
硅铝系助剂 5-8份。
所述赤泥为拜耳法赤泥。
优选的，所述辐射屏蔽剂包括硼酸和重晶石粉，其重量比为 1-3:1-7。
所述辐射屏蔽剂细粉粒度为200-350目。辐射屏蔽剂中的硼酸高温 分解为氧化硼，氧化硼为中子吸收剂，捕捉中子，可减少辐射；重晶石 主要成分为硫酸钡，赤泥中的高能射线辐射钾-40、钍、镭，均可被硫酸 钡吸收衰减，因此辐射屏蔽剂可降低赤泥砖的辐照系数，使得产品更加 安全。
优选的，所述辅助粘结剂为水玻璃溶液或硅溶胶溶液；其中，所 述水玻璃溶液质量浓度为25-30％，所述硅溶胶溶液的质量浓度为 15-30％。水玻璃的主要成份硅酸钠，硅酸钠在低温下(80-100℃左右) 会缩合成胶态，给生坯提供强度。高温下(800℃以上)会分解成Na2O 和SiO2，其中的氧化钠就能起到降低熔点的作用。
优选的，助熔剂包括长石和/或花岗岩废料。
所述助熔剂细粉粒度为200-350目。助熔剂的钾钠含量和硅铝含 量与长石类似均可，助熔剂中起助溶剂作用的是氧化钠或氧化钾，熔 点在1050-1150℃，助熔剂的添加可以降低透水砖的烧成温度，节省 了成本，同时烧成温度的降低避免了辐射屏蔽剂中硫酸钡的高温分解， 因此确保了赤泥透水砖辐射系数的降低，使得透水砖安全性更高。
助溶剂的添加量尤为重要，添加量过低，不足以将透水砖的烧成温 度降低到硫酸钡的分解温度之下，无法降低透水砖的辐照系数，因此无 法保证透水砖的安全性；添加量过高，则烧成温度过低，会降低透水砖 的强度。
长石中含有较多的碱金属，花岗岩废料中含有Al2O3、Fe2O3、SiO2、 CaO、Na2O、K2O等碱金属成份，长石和花岗岩废料高温时均易于熔融 玻化。优选的为花岗岩废料，花岗岩废料为花岗石在锯切和研磨的过 程中产生的大量边角料、锯屑、磨屑、锯泥等废料，其大量堆积严重 破坏了生产环境。因此花岗岩废料的消耗不仅变废为宝，还降低了透 水砖的生产成本。
硅铝系助剂为高温粘结剂，硅铝系助剂细粉粒度为200-350目，高 温时硅铝系助剂和赤泥中的碱金属形成玻璃化的硅酸盐物质，固化形成 玻璃壳将重金属包裹固结“惰性化”，玻化增加了赤泥砖的强度。硅铝 系助剂为可塑性粘土或可塑性粘土与废玻璃粉的混合物，其中，废玻 璃粉的重量为可塑性粘土重量的20-30％，废玻璃粉的加入可以降低骨料预煅烧的温度和透水砖的烧成温度，从而降低能耗，节省成本，但 废玻璃粉的量不可超过可塑性粘土重量的30％，否则会降低透水砖的 强度和透水系数；可塑性粘土成本低、且来源广泛，容易获得，可塑性 粘土可为苏州土、高岭土或膨润土中的一种或多种。
根据本发明的一个方面，提供了一种赤泥透水砖的制备方法，包括 以下步骤：
将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，制备赤泥预制颗粒；
将赤泥预制颗粒与硅铝系助剂、辐射屏蔽剂、辅助粘结剂和助熔 剂混合，放入模具中加压成型；
压制成型后的砖坯高温烧制赤泥透水砖。
优选的，将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，制备赤泥预制颗粒， 包括：
将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合压制、破碎后，制备待筛分赤泥 预制颗粒；
对待筛分赤泥预制颗粒进行筛分，后在950-1100℃下预煅烧1-2h， 制得赤泥预制颗粒。
优选的，将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，在20-50MPa压力下 压制、破碎后，制备待筛分赤泥预制颗粒。
此处破碎可以采用破碎机进行破碎，振动筛分机进行筛分，也可使 用造粒机进行破碎、筛分。
赤泥预制颗粒的压力大小直接影响透水砖的性能，压力过大，赤泥 预制颗粒致密，则强度大，透水性相应降低；压力过小，透水性相应 增强，强度小。
优选的，将赤泥预制颗粒与硅铝系助剂、辐射屏蔽剂、辅助粘结 剂和助熔剂混合，在30-60MPa压力下一次加压成型。
优选的，压制成型后的砖坯在950-1200℃温度下煅烧1-2h制得赤 泥透水砖。
由于辐射屏蔽剂包括重晶石，重晶石中的主要成分硫酸钡高温易分 解，所以成型后砖坯的煅烧温度不得高于重晶石的分解温度，硫酸钡开 始分解温度为1200℃，硫酸钡的完全分解温度为1600℃，因此成型砖坯 的煅烧温度不得超过1200℃。
成型砖坯的煅烧温度，即透水砖的烧成温度，是由助溶剂和辅助 粘结剂共同调节的，这两种物质在高温时能起到助熔作用的原因都是 因为含有碱金属氧化物(氧化钾或氧化钠)，碱金属氧化物能降低硅 铝系物质形成玻璃相的熔点，因此这两种物质的添加量不仅影响透水 砖的强度和安全性，还影响透水砖的烧成温度。
助溶剂的添加量尤为重要，添加量过低，不足以将透水砖的烧成温 度降低到硫酸钡的分解温度之下，无法降低透水砖的辐照系数，因此无 法保证透水砖的安全性；添加量过高，则烧成温度过低，会降低透水砖 的强度。
本发明的原料和工艺步骤是相互配合、共同作用于透水砖的性能， 是原料和工艺的综合结果，任何原料和工艺参数的变动均会对透水砖 的性能造成影响，比如对于骨料的预煅烧温度和透水砖的烧成温度若 较低则会降低透水砖的强度，过高则会减少砖体内部形成的孔隙，使得 透水砖的透水系数降低。
对作为骨料的赤泥预制颗粒进行预煅烧，赤泥中的碱金属形成玻璃 化的硅酸盐物质，重金属离子在玻璃化的硅酸盐相中完全“惰性化”， 防止砖坯在高温煅烧时赤泥玻化不彻底，因此预煅烧后安全性更高。此 外，对作为骨料的赤泥预制颗粒进行预煅烧，相比于未进行预烧的赤泥 预制颗粒，可增强透水砖的强度，使其抗折强度≥5MPa，甚至可达10MPa, 抗压强度＞150MPa；且预煅烧减少砖体内部形成的孔隙，使得透水砖的 透水性更强，透水系数＞0.02cm/s，甚至可达0.045cm/s，尤其适用于湿 润多雨的地区。
针对背景技术所提出的透水砖原料紧缺，赤泥堆积量大的问题，本 发明使用赤泥预制颗粒作为骨料，赤泥的使用量近80％，可大量消耗赤泥 作为透水砖原料，既解决了透水砖原料紧缺的问题，又解决了赤泥大量 堆积，污染环境浪费的问题。
针对背景技术中，公布号为CN108101576A的专利存在的“部分雨水 透过透水砖，部分雨水保留在透水砖内，并不适用于湿润多雨的地区” 的问题，本发明的赤泥透水砖通过原料的选择和工艺的搭配，对作为骨 料的赤泥预制颗粒进行预煅烧，既可增强透水砖的强度，又可减少砖体 内部形成的孔隙，使得透水砖的透水性更强，尤其适用于湿润多雨的地 区。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明示例的赤泥透水砖，使用赤泥预制颗粒作为骨料，赤泥的 使用量近80％，使赤泥变废为宝，充分消耗赤泥废料。
2、本发明示例的赤泥透水砖，对作为骨料的赤泥预制颗粒进行预煅 烧，赤泥中的碱金属形成玻璃化的铝硅酸盐物质，重金属离子在玻璃化 的硅酸盐相中完全“惰性化”，防止砖坯在高温煅烧时赤泥玻化不彻底， 因此预煅烧后安全性更高。此外，对作为骨料的赤泥预制颗粒进行预煅 烧，可增强透水砖的强度，且预煅烧减少砖体内部形成的孔隙，使得透 水砖的透水性更强，尤其适用于湿润多雨的地区。
3、本发明示例的赤泥透水砖，辐射屏蔽剂的使用，使得赤泥中的高 能射线辐射被吸收，赤泥砖的辐照系数低，辐照系数符合建筑材料辐照 系数A级标准，安全性更高。
4、本发明示例的赤泥透水砖，抗折强度≥5MPa，甚至可达10MPa, 抗压强度＞150MPa，透水系数＞0.02cm/s，甚至可达0.045cm/s，抗冻融 ≥25次，甚至可达40次。
5、本发明示例的赤泥透水砖，与现有水泥透水砖及粘土透水砖相比， 赤泥透水砖的其他各项技术要求完全符合透水砖行业标准，质量达到要 求。
附图说明
图1为本发明赤泥透水砖经高温烧结后物相的转化XRD谱图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例、说明书 附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
本实施例提供了一种赤泥透水砖，其制备原料包括：
赤泥预制颗粒85份，硅铝系助剂6份，辐射屏蔽剂3份，水玻璃 溶液8份，助熔剂5份。
硅铝系助剂为可塑性黏土。
助熔剂为花岗岩废料。
赤泥预制颗粒的制备原料包括：
赤泥90份，花岗岩废料8份，硅铝系助剂8份。
硅铝系助剂为可塑性黏土。
助熔剂为花岗岩废料。
辐射屏蔽剂包括硼酸和重晶石粉，其重量比为1:4。
本实施例还提供了一种赤泥透水砖的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、花岗岩废料和可塑性粘土混合在50MPa压力下压制、破碎 机破碎后振动筛分机进行筛分，筛分粒度为0-1mm、1-3mm和3-5mm的颗 粒，三种颗粒的重量比为10：30：35，在1080℃下预煅烧1h，制得赤 泥预制颗粒；
将赤泥预制颗粒与可塑性粘土、辐射屏蔽剂、水玻璃溶液和花岗 岩废料混合，放入模具中在60MPa压力下一次加压成型；
压制成型后的砖坯在1150℃温度下烧1h制得赤泥透水砖。
经检测，赤泥透水砖的抗折强度为10MPa,透水系数为0.045cm/s， 抗冻融可达40次。
本实施例中，赤泥砖经高温烧成后碱的转相物质为：游离碱等主 要转化为稳定的铝硅酸盐物质(包括晶态和玻璃态)，由图1可知。
赤泥和可塑性粘土等物质复配后在高温下可能发生的化学反应：
Figure BDA0002052792380000071
Figure BDA0002052792380000072
Figure BDA0002052792380000073
合硅酸盐玻璃)
Figure BDA0002052792380000074
Figure BDA0002052792380000075
Figure BDA0002052792380000076
此外，还对本发明的赤泥透水砖进行了重金属检测和辐照系数检测。 一般而言，对于透水砖不要求其辐照系数和重金属检测，但由于赤泥透 水砖的材料为赤泥，赤泥处理不当，会使得赤泥透水砖中的重金属溶出、 辐照系数超标，因此影响赤泥透水砖的安全性。
重金属检测：
将透水砖浸泡于纯净水中30天，检测浸泡水中的重金属含量。主要 检测Cr、As、Cd、Ba、Hg、Pb离子。
水质判断依据《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》。
表1 浸泡30天检测(检测仪器ICP-ES,GB/T 32179-2015)
序号 检测项目，单位 检测结果值 水质指标
1 Cr浸出量，mg/L 0.004088 II类
2 As浸出量，mg/L 0.01601 II-III类
3 Cd浸出量，mg/L 0.0003237 II类
4 Ba浸出量，mg/L 0.009346 II类
5 Hg浸出量，mg/L 0.0002014 II-III类
6 Pb浸出量，mg/L 0.001349 I类
《地下水质量标准(GB/T 14848-2017)》对水质的用途规定：
I类水，地下水化学组份含量低，适用于各种用途；
II类水，地下水化学组份含量较低，适用于各种用途；
III类水，地下水化学组份含量中等，主要适用集中式生活饮用水源 及工农业用途；
IV类水，地下水化学组份含量较高，适用于农业用水及部分工业用 水，适当处理后可作为生活饮用水；
V类水，地下水化学组份含量高，不宜作为生活饮用水，其他用水可 根据使用目的选用。
测得浸泡30天后的水质，大部分重金属离子含量符合II、III类水 质水平，少数符合I类水质水平，无处于IV类或V类水质的指标。
表1检测的为透水砖浸泡30天后的水质，一般来说，透水砖的实际 工况为，下雨后，7天内基本恢复干燥状态，因此实际透水砖浸泡雨水后 的重金属含量要低于表1的检测结果。
辐照系数检测：
具体参照标准GB6566-2010建筑材料放射性核素限量。
表2 辐照系数检测
Figure BDA0002052792380000081
Figure BDA0002052792380000091
标准《GB6566-2010建筑材料放射性核素限量》对建材产品按照 辐照系数的分类：
A级，内照射系数Ira≤1.0；外照射系数Iγ≤1.3；使用范围不 受限制；
B级，内照射系数Ira≤1.3；外照射系数Iγ≤1.9；不可用于I 类民用建筑的内饰面，但可用于I类民用建筑的外饰面及其他一切建 筑物的内、外饰面；
C级，内照射系数Ira≤2.8；外照射系数Iγ≤2.8；只可用于建 筑物的外饰面及室外其他用途。
由此可知，C级可用于建筑物的外饰面及室外其他用途，本实施 例赤泥透水砖的辐照系数低于A级，优于B级，完全可以胜任铺设室 外地面的用途，安全性较高。
实施例二：
本实施例提供了一种赤泥透水砖，其制备原料包括：
赤泥预制颗粒70份，硅铝系助剂8份，辐射屏蔽剂1份，水玻璃 溶液5份，助熔剂8份。
助熔剂为花岗岩废料。
赤泥预制颗粒的制备原料包括：
赤泥85份，助熔剂5份，硅铝系助剂5份。
助熔剂为花岗岩废料。
辐射屏蔽剂包括硼酸和重晶石粉，其重量比为1:3。
上述硅铝系助剂均包括80％重量份的可塑性粘土，20％重量份的废 玻璃粉。
本实施例还提供了一种赤泥透水砖的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、花岗岩废料和硅铝系助剂混合在30MPa压制、破碎机破碎 后振动筛分机进行筛分，筛分粒度为0-1mm、1-3mm和3-5mm的颗粒，三 种颗粒的重量比为5：35：40，在980℃下预煅烧2h，制得赤泥预制颗 粒；
将赤泥预制颗粒与硅铝系助剂、辐射屏蔽剂、水玻璃溶液和花岗 岩废料混合，放入模具中在30MPa压力下一次加压成型；
压制成型后的砖坯在980℃温度下烧2h制得赤泥透水砖。
经检测，赤泥透水砖的抗折强度为6MPa，透水系数为0.03cm/s，抗 冻融为30次。
对于重金属检测和辐照系数检测与实施例一结果相似，虽然数值略 有差别，但测得浸泡30天后的水质，大部分重金属离子含量符合II、III 类水质水平，少数符合I类水质水平，无处于IV类或V类水质的指标， 与实施例一相同。
本实施例赤泥透水砖的辐照系数低于A级，优于B级，与实施例 一相同，完全可以胜任铺设室外地面的用途，安全性较高。
实施例三：
本实施例提供了一种赤泥透水砖，其制备原料包括：
赤泥预制颗粒80份，硅铝系助剂7份，辐射屏蔽剂2份，硅溶胶 溶液7份，助熔剂7份。
硅铝系助剂为可塑性粘土。
助熔剂为长石。
赤泥预制颗粒的制备原料包括：
赤泥87份，助熔剂7份，硅铝系助剂7份。
硅铝系助剂为可塑性粘土。
助熔剂为长石。
辐射屏蔽剂包括硼酸和重晶石粉，其重量比为3:5。
本实施例还提供了一种赤泥透水砖的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、长石和可塑性粘土混合在40MPa压制、破碎机破碎后振动 筛分机进行筛分，筛分粒度为0-1mm、1-3mm和3-5mm的颗粒，三种颗粒 的重量比为8：32：40，在1100℃下预煅烧1.5h，制得赤泥预制颗粒；
将赤泥预制颗粒与可塑性粘土、辐射屏蔽剂、硅溶胶溶液和长石 混合，放入模具中在45MPa压力下一次加压成型；
压制成型后的砖坯在1100℃温度下烧1.5h制得赤泥透水砖。
经检测，赤泥透水砖的抗折强度为8MPa,透水系数为0.04cm/s，抗 冻融为35次。
对于重金属检测和辐照系数检测与实施例一结果相似，虽然数值略 有差别，但测得浸泡30天后的水质，大部分重金属离子含量符合II、III 类水质水平，少数符合I类水质水平，无处于IV类或V类水质的指标， 与实施例一相同。
本实施例赤泥透水砖的辐照系数低于A级，优于B级，与实施例 一相同，完全可以胜任铺设室外地面的用途，安全性较高。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说 明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限 于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离 所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合 而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种赤泥透水砖，其特征在于，其制备原料包括：
赤泥预制颗粒70-85份；
硅铝系助剂5-8份；
辐射屏蔽剂1-3份；
辅助粘结剂5-8份；
助熔剂5-8份。
2.根据权利要求1所述的赤泥透水砖，其特征在于，所述赤泥预制颗粒的制备原料包括：
赤泥85-90份；
助熔剂5-8份；
硅铝系助剂5-8份。
3.根据权利要求1所述的赤泥透水砖，其特征在于，所述辅助粘结剂为水玻璃溶液或硅溶胶溶液；其中，所述水玻璃溶液质量浓度为25-30％，所述硅溶胶溶液的质量浓度为15-30％。
4.根据权利要求1所述的赤泥透水砖，其特征在于，所述辐射屏蔽剂包括硼酸和重晶石粉，其重量比为1-3:1-7；所述硅铝系助剂为可塑性粘土或可塑性粘土与废玻璃粉的混合物。
5.根据权利要求1所述的赤泥透水砖，其特征在于，助熔剂包括长石和/或花岗岩废料。
6.一种权利要求1-5任一所述的赤泥透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，制备赤泥预制颗粒；
将赤泥预制颗粒与硅铝系助剂、辐射屏蔽剂、辅助粘结剂和助熔剂混合，放入模具中加压成型；
压制成型后的砖坯高温烧制赤泥透水砖。
7.根据权利要求6所述的赤泥透水砖的制备方法，其特征在于，将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，制备赤泥预制颗粒，包括：
将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合压制、破碎后，制备待筛分赤泥预制颗粒；
对待筛分赤泥预制颗粒进行筛分，后在950-1100℃下预煅烧1-2h，制得赤泥预制颗粒。
8.根据权利要求7所述的赤泥透水砖的制备方法，其特征在于，将赤泥、助熔剂和硅铝系助剂混合，在20-50MPa压力下压制、破碎后，制备待筛分赤泥预制颗粒。
9.根据权利要求6所述的赤泥透水砖的制备方法，其特征在于，将赤泥预制颗粒与硅铝系助剂、辐射屏蔽剂、辅助粘结剂和助熔剂混合，放入模具中在30-60MPa压力下一次加压成型。
10.根据权利要求6所述的赤泥透水砖的制备方法，其特征在于，压制成型后的砖坯在950-1200℃温度下煅烧1-2h制得赤泥透水砖。
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