CN112390618A

CN112390618A - 一种仿古青砖及其制备方法

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Publication number: CN112390618A
Application number: CN202011289689.6A
Authority: CN
Inventors: 牛汉新; 王耀伟; 肖德才; 程琦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-02-23

Abstract

本发明公开了一种仿古青砖及其制备方法，属于仿古青砖技术领域，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿50～60％、黏土类粉15～18％、废浮法玻璃粉2～4％、煤粉2.5～4％、废橡胶粉0.8～1.8％、生铁粉0.4～0.8％、钢渣颗粒10～16％以及废弃青砖8～10％，将原料混合得到泥料；制备生砖坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；干燥：湿坯在100～200℃下干燥2～4小时得到干砖坯，干砖坯的水分在2wt％以下；干砖坯烧制：干砖坯依次经预热段、烧成段、还原冷却和冷却段，即可制得仿古青砖，本发明采用尾矿、废浮法玻璃和废弃青砖为原料，实现废旧资源的再利用，制得的仿古青砖抗折强度、抗压强度、抗冲击性均较高，且耐候性好，市场前景广阔。

Description

一种仿古青砖及其制备方法

技术领域

本发明属于仿古青砖技术领域，具体地说涉及一种仿古青砖及其制备方法。

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时，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，并使蒸汽均匀分散在还原区段当中，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。

金矿尾砂及尾泥、石墨矿尾砂或铁矿砂是由金矿砂、石墨矿或者铁矿经过浮选工艺后再输送到尾矿库沉积而形成。如不及时处理，会产生安全风险或产生二次污染的问题。这些矿砂及尾泥的特点是，其混合泥料的水限(吸水率)与塑性指数不高。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，金矿尾砂及尾泥的主要成分为：SiO₂含量在76％，Al₂O₃含量在13％，Fe₂O₃含量在0.46％，CaO含量在1.54％，MgO含量在0.58％，碱金属氧化物的含量在7％，还含有微量的钛等重金属元素的氧化物。因此，可被用于普通黏土红砖的制备。

发明内容

针对现有技术的种种不足，现提出一种能够充分的利用矿砂及尾泥制作的青砖以及制备青砖的工艺。

首先，金矿尾砂及尾泥、石墨矿尾砂或铁矿砂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。金矿尾砂及尾泥中的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，实现缩短烧制周期。

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。钢渣颗粒的主要成分为：SiO₂含量19％～2％，Al₂O₃含量6％～7％，Fe₂O₃含量7.5％～9％，FeO含量6％～7.5％，Fe含量0.3％～0.5％，CaO含量45％～47％，MgO含量6％～7％。

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。

在金矿尾砂及尾泥、石墨矿尾砂或铁矿砂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。与此同时，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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种仿古青砖，属于仿古青砖技术领域，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿50～60％、黏土类粉15～18％、废浮法玻璃粉2～4％、煤粉2.5～4％、废橡胶粉0.8～1.8％、生铁粉0.4～0.8％、钢渣颗粒10～16％以及废弃青砖8～10％。

优选地，所述尾矿、黏土类粉、废浮法玻璃粉、煤粉、废橡胶粉、生铁粉的粒径不超过300目。

优选地，所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料不少于废弃青砖总量的65％。

优选地，所述黏土类粉包括普通粘土、高岭土或蒙脱石。

优选地，所述尾矿采用金矿尾砂及尾泥、石墨矿尾砂或铁矿砂。

优选地，所述仿古青砖的抗折强度为18～20MPa，抗压强度为20～24MPa，抗冲击性1.1～1.8MPa。

另，本发明还提供一种如上所述的仿古青砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、将原料混合，加水后继续搅拌混合成泥，焖泥3～5天，得到泥料；

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

S3、干燥：将湿坯在100～200℃下干燥2～4小时得到干砖坯，干砖坯的水分在2wt％以下；

S4、干砖坯烧制：干砖坯依次经预热段、烧成段、还原冷却和冷却段，即可制得仿古青砖。

优选地，步骤S4中，预热段中将S3所得干砖坯进行预热，预热的升温速率为1～1.2℃/min，升温所用时间为13.5～20小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为980～1090℃，保温时间为4～8小时；烧成段结束以后进入还原冷却段，温度设定为900～500℃，喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力设置为60～120Pa，降温速率为0.5～1.1℃/min；温度降至450℃时，进入冷却段，降温速率为0.5～1.2℃/min。

优选地，烧成段所用的火焰气氛为弱氧化焰。

优选地，冷却段所用的冷却介质为空气。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出一种仿古青砖及其制备方法，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。

2、能够利用废弃的尾矿，减少尾矿对环境的污染，绿色环保。

3、废玻璃以及废弃青砖进行再利用，增加废玻璃废青砖的利用价值，减少其对环境的污染。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种仿古青砖，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿50％，普通黏土粉18％，废浮法玻璃粉2％，煤粉4％，废橡胶粉1.2％，生铁粉0.8％，钢渣颗粒16％，以及废弃青砖8％。本实施例中尾矿采用金矿尾砂及尾泥。所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料占废弃青砖总量的80％。

一种如上所述的仿古青砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、将原料混合，加水后继续搅拌混合成泥，焖泥3天，继续混合，得到泥料；

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

S3、干燥：将成型好的湿坯送入干燥窑中进行烘干，湿坯在100℃下干燥4小时，砖坯中的水分降至2wt％以下，得到干砖坯；

烧制过程如下：将干砖坯装入窑车，由推车机将窑车推入窑内，预热段的升温速率1℃/min，升温20小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为980℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间为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，降温速率为0.5℃/min。

实施例二

一种仿古青砖，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿57.5％、普通黏土粉16％、废浮法玻璃粉2.1％、煤粉3％、废橡胶粉0.8％、生铁粉0.6％、钢渣颗粒12％以及废弃青砖8％。本实施例中，尾矿采用石墨尾矿砂，所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料占废弃青砖总量的65％。

一种如上所述的仿古青砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、将原料混合，加水后继续搅拌混合成泥，焖泥5天，继续混合，得到泥料；

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

S3、干燥：将成型好的湿坯送入干燥窑中进行烘干，湿坯在150℃下干燥4小时，砖坯中的水分降至2wt％以下，得到干砖坯；

烧制过程如下：将干砖坯装入窑车，由推车机将窑车推入窑内，预热段的升温速率1.1℃/min，升温16小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为1050℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间为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，降温速率为0.9℃/min。

实施例三

一种仿古青砖，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿55.3％、普通黏土粉15％、废浮法玻璃粉4％、煤粉3.5％、废橡胶粉1.8％、生铁粉0.4％、钢渣颗粒10％以及废弃青砖10％。本实施例中，尾矿采用铁矿砂，所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料占废弃青砖总量的70％。

一种如上所述的仿古青砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、将原料混合，加水后继续搅拌混合成泥，焖泥4天，继续混合，得到泥料；

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

S3、干燥：将成型好的湿坯送入干燥窑中进行烘干，湿坯在170℃下干燥3小时，砖坯中的水分降至2wt％以下，得到干砖坯；

烧制过程如下：将干砖坯装入窑车，由推车机将窑车推入窑内，预热段的升温速率1.2℃/min，升温13.5小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为1090℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间为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为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，降温速率为1.0℃/min。

实施例四

一种仿古青砖，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿60％、普通黏土粉15％、废浮法玻璃粉2.5％、煤粉2.5％、废橡胶粉0.9％、生铁粉0.4％、钢渣颗粒10.2％以及废弃青砖8.5％。本实施例中，尾矿采用铁矿砂。所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料占废弃青砖总量的75％。

一种如上所述的仿古青砖的制备方法，包括以下步骤：

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

S3、干燥：将成型好的湿坯送入干燥窑中进行烘干，湿坯在200℃下干燥2小时，砖坯中的水分降至2wt％以下，得到干砖坯；

烧制过程如下：将干砖坯装入的窑车，由推车机将窑车推入窑内，预热段的升温速率1.1℃/min，升温15小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为1000℃，烧成段的火焰气氛为弱氧化焰，保温时间为7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为0.9℃/min；温度低于450℃时，进入冷却段，该阶段的冷却介质为空气，降温速率为1.2℃/min。

对照组

一种以湖泊淤泥为主要原料生产的仿古青砖，包括下列原料按照下列重量百分比制成：湖泊淤泥60％、蒙脱石粉15％、石英粉2％、煤粉3％、废橡胶粉0.8％、生铁粉1.2％、金矿尾粉9％以及废弃青砖9％。

上述以湖泊淤泥为主要原料的仿古青砖的制备过程包括配料、成型、干燥、装车和烧制过程，烧制步骤的过程如下：装有砖坯的窑车，由推车机推入窑内，在隧道窑经过依次经过预热段、高温烧成段、烧成段的保温段，最后在还原冷却段的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。

本实施例所得以湖泊淤泥为主要原料的仿古青砖，抗折强度平均为18.5MPa，抗压强度平均为21.3MPa，抗冲击性1.2MPa。

表一是实施例一～实施例四以及对照组的实验数据

表一

组别	抗折强度/MPa	抗压强度/MPa	抗冲击性/MPa
				实施例一	19.3	23.6	1.7
实施例二	19.3	22.3	1.5
				实施例三	19.4	23.1	1.6
实施例四	19.5	22.8	1.4
				对照组	18.5	21.3	1.2

由表一可知，实施例一至实施例四中，抗折强度分别高于对照组4.3％、4.3％、4.9％和5.4％，抗压强度分别高于对照组12.2％、4.7％、8.5％和7.0％，抗冲击强度分别高于对照组41.7％、25％、33.3％和16.7％，可见，使用本发明制造的仿古青砖具有较好的抗折强度、抗压强度和抗冲击性，有着极好的市场前景。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种仿古青砖，属于仿古青砖技术领域，其特征在于，包括下列原料按照下列重量百分比制成：尾矿50～60％、黏土类粉15～18％、废浮法玻璃粉2～4％、煤粉2.5～4％、废橡胶粉0.8～1.8％、生铁粉0.4～0.8％、钢渣颗粒10～16％以及废弃青砖8～10％。

2.根据权利要求1所述的一种仿古青砖，其特征在于，所述尾矿、黏土类粉、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所述的一种仿古青砖，其特征在于，所述钢渣颗粒的粒度直径为0.5～3.5mm，所述废弃青砖的颗粒直径为1.2～5.5mm，且颗粒直径在3.2～5.5mm的颗粒料不少于废弃青砖总量的65％。

4.根据权利要求1所述的一种仿古青砖，其特征在于，所述黏土类粉包括普通粘土、高岭土或蒙脱石。

5.根据权利要求1所述的一种仿古青砖，其特征在于，所述尾矿采用金矿尾砂及尾泥、石墨矿尾砂或铁矿砂。

6.根据权利要求1所述的一种仿古青砖，其特征在于，所述仿古青砖的抗折强度为18～20MPa，抗压强度为20～24MPa，抗冲击性1.1～1.8MPa。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的仿古青砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、制备湿坯：将泥料真空挤压成型得到湿坯；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，预热段中将S3所得干砖坯进行预热，预热的升温速率为1～1.2℃/min，升温所用时间为13.5～20小时；预热段结束以后进入隧道窑的烧成段，烧成段的保温温度为980～1090℃，保温时间为4～8小时；烧成段结束以后进入还原冷却段，温度设定为900～500℃，喷入水，将水汽化形成饱和水蒸气，压力设置为60～120Pa，降温速率为0.5～1.1℃/min；温度降至450℃时，进入冷却段，降温速率为0.5～1.2℃/min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，烧成段所用的火焰气氛为弱氧化焰。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，冷却段所用的冷却介质为空气。