CN112851243A - 含铝泥之免烧砖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了含铝泥之免烧砖，由以下材料重量配比制成：干燥铝泥粉15‑25％、粉煤灰3‑10％、水淬渣粉5‑20％、硅酸盐水泥5‑15％、砂石骨料20‑50％，其中铝泥为固废填充料。所述砂石骨料除了一般砂石材料，也可替换为工矿业固废作为骨材，包括但不限于尾矿砂、废石和建筑废弃物。固化胶结料包括但不限于粉煤灰、水淬渣粉和硅酸盐水泥。本发明涉及营建材料技术领域，具体涉及含铝泥之免烧砖。抑制铝泥吸水造成免烧砖的膨胀破坏，提高产品的安定性。充分利用火山灰材料特性和粗细骨料级配的致密填充，不仅减少水泥的使用量，大幅降低成本，并且增加了产品的容重与强度，降低了轻质铝泥对产品强度的负面影响。
Description
技术领域
本发明涉及营建材料技术领域，具体涉及含铝泥之免烧砖。
背景技术
铝泥是在铝制品生产过程中由于氧化、挤压、生产等工艺形成的一种含铝污泥，其典型的来源为铝合金生产厂商。铝合金是工业中应用广泛的一类有色金属结构材料，在制造业及化学工业中大量应用。我国铝材产量这些年持续稳定增长，目前已经成为世界铝型材生产第一大国。据不完全统计，我国铝型材年产量约1200万吨，产生含铝污泥约120万吨/年。大型铝型材厂每天可产生压滤后湿的铝污泥25-30吨，含水率约70％，折合每天约生产干铝污泥7-10吨。国内大型铝型材企业有几十家，中小型企业有一百多家，每年产生工业污泥数量很大。铝泥成分和性质十分复杂，主要成分为胶状氢氧化铝，约占质量的50～90％不等；矿物相上则主要是一水铝软石(γ-AIOOH)，其中部分是晶体，部分是无定形体；次要成分有钾、钠、钙、重金属和硫酸盐等(陈和周，2008；于岩，2006)。历年研究指出，铝型材加工中产生的污泥大部分属于一般固体废弃物，数量约占污泥总量的85％-90％左右；另有少部分工序及添加剂可能会带入一些危险废物成分，产生毒性污泥，属于危险废物，数量约占污泥总量的10％-15％左右(唐维学，2018；陈和周，2008)。如果在处理过程中，能妥善将一般固废与危废分开处置，将可节省大量的处理成本。
压滤后的铝泥呈块状，含水量约35-45％，胶结强度差，干燥后可轻易破碎。主要为白色，也有因不同添加剂而呈现各种不同颜色。粒径主要分布在在10-30μm之间。其主要的特点为高钙、高磷、高硫、低密度、和较细的粒度。由于铝泥没有活性，只能作为建材的填充料。国内对于应用铝泥制作建材的案例极少，在建材产业上的应用目前尚付之阙如。
本项目是将铝泥再利用制成免烧砖，在企业厂内直接将废弃物制成建材，变废为宝，不仅为产业节省了可观的固废处理费，甚至还可销售获利。免烧砖中，铝泥的目标掺量是固体质量的20％以上，砖的抗压强度是20兆帕以上，以能符合市政砖的强度要求。免烧砖的生产主要是采用高压将半干湿的拌合料挤压成型，产品种类可视需求更换不同模具进行生产，一般有标砖、行道砖、广场砖、护坡砖、植草砖、透水砖和路缘石等。本技术开发所使用的固废材料包括铝泥、粉煤灰、水淬渣粉等所使用的原料成分分析如表1-4所示。
发明内容
本发明的目的在于提供含铝泥之免烧砖，解决了以下技术难题：
1、铝泥质轻,没有活性,不易胶结,产品后续易吸水膨胀变形；
2、如何增加产品的水密性,抑制铝泥吸水膨胀,破坏产品。
本发明配方针对以上两个问题，根据学理基础提出配方配制原则，再经过实验验证，有效消减了上述的潜在问题，使产品达到了该有的稳定性，同时也达到了资源再利用的目的。
本技术方案从三个方向着手来解决上述的技术难题，一是材料的预处理，二是配方的设计，三是生产工艺的设计。铝泥是铝型材厂废水压滤后产生的污泥固废，由于铝泥不具胶结性，压滤后的泥饼强度弱，含水量达40％，必须干燥粉碎后方能与其他材料均匀拌合。在配方的设计上有以下原则：
干燥后的铝泥粉质量轻，配方的质量掺比不能太高，否则容重太低将影响产品的强度。加上铝泥粉没有活性且有离散性，不易凝聚，只能少量添加作为填充料。
根据致密配比理论(DMDA)，利用铝泥作为细填充料充填粗骨料间之孔隙，增加产品的致密度与容重，不但可节省胶凝材料用料，而且可增加产品强度。
根据材料特性，研发专用固化剂，促进胶凝反应，增加产品强度。
要防止干燥后的铝泥粉在产品固化后期吸水膨胀造成免烧砖的膨胀破坏，搅拌时要掺入足够的水量充分润湿铝泥粉，避免后期吸水膨胀，造成产品的膨胀破坏。
配方设计必须强化产品的水密性，防止外来水分与铝泥粉接触以致吸水膨胀。由学理上说，要增加免烧砖产品的水密性,最好的方法是阻绝砖内外来渗水的路径。使用火山灰材料，可在砖体内形成C-S-H凝胶，该凝胶可填充于颗粒间的微孔隙，阻断渗水的路径。
在生产工艺方面，铝泥粉必须在干粉状态下与其他胶凝材料粉料充分均匀拌合，加水后材料能被胶凝材料充分包裹，杜绝后期与外来水分接触的机会以保持其体积的稳定性，将干燥铝泥粉和粉煤灰、水淬渣粉、硅酸盐水泥先行充分搅拌均匀，加水搅拌，再加碎石骨料搅拌均匀，水粉比0.5，搅拌时间应适度，不使拌合料结成大团块为原则。将搅拌后的采用静压式砖机静压成砖，在室温下湿度65-95％养护28天，即得，制砖采用静压式砖机以提供足够的压力，静压式砖机平均施加压力约为150～170kgf/cm2，进一步加强产品砖的致密度，杜绝水分的入侵，增加免烧砖的体积和结构的稳定性。
本技术方案所使用的主要原料成分分析如表1-3所示。根据上述学理、材料选配原则及生产工艺进行制砖实验，获得了良好的成果。本免烧砖研发方案主要的产品应用是市政建设方面的，例如行道砖、广场砖和护坡砖等，因此抗压强度要求定在20MPa以上。根据上述原则，材料重量配比范围如下：干燥铝泥粉15-25％、粉煤灰3-10％、水淬渣粉5-20％、硅酸盐水泥5-15％、砂石骨料20-50％。以上配比可视原材料性质，产品强度要求，当地原材料供给状况等条件，决定适当的配比及生产工艺流程，除了一般砂石材料外，也可使用工矿业固废作为骨材，例如尾矿砂、废石和建筑废弃物等。其中铝泥为固废填充料，固化胶结料包括粉煤灰、水淬渣粉、硅酸盐水泥等。不同企业产生的铝泥中，含有不同的制程添加剂，对产品砖的质量会产生不同程度的影响，宜事先进行配方实验及产品检验，以确保产品质量。
表1.铝泥主要化学成分(wt.％)
| 编号 | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | SO<sub>3</sub> | Na<sub>2</sub>O | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | SiO<sub>2</sub> | Cl | NiO | TiO<sub>2</sub> | 烧失量 |
| 1 | 24.28 | 18.83 | 7.96 | 4.64 | 0.47 | 0.35 | 0.31 | 0.25 | 0.247 | 0.246 | 42.11 |
| 2 | 6.29 | 22.04 | 10.8 | 1.27 | 0.89 | 34.94 | 1.57 | -- | -- | 0.086 | 21.5 |
注：1：浙江某铝型材厂；2：安徽阜阳某铝型材厂
表2.粉煤灰主要化学成分(wt.％)
| SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O | SO<sub>3</sub> | MgO | TiO<sub>2</sub> | 其它 |
| 46.73 | 35.06 | 4.42 | 0.512 | 0.9 | 0.335 | 1.09 | 0.54 | 1.49 | 8.15 |
表3.高炉水淬渣粉主要化学成分(wt.％)
| CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | TiO<sub>2</sub> | SO<sub>3</sub> | 其它 |
| 38.79 | 30.09 | 14.78 | 10.32 | 1.82 | 2.34 | 1.91 |
本发明具有以下优点：
1、抑制铝泥吸水造成免烧砖的膨胀破坏，提高产品的安定性。
2、充分利用火山灰材料特性和粗细骨料级配的致密填充，不仅减少水泥的使用量，大幅降低成本，并且增加了产品的容重与强度，降低了轻质铝泥对产品强度的负面影响。
3、火山灰材料的使用，促使产品后期强度持续发展，确保产品长期的质量稳定。
4、大量使用铝泥及当地的工矿固废作为原料，可将固废资源化，去化固废存量，可大幅降低企业的固废处理成本，并且可减少固废堆存对环境的危害，具有双重的环保意义。
5、生产所需之设备可采用现有商业化生产设备，无需订制，不会增加额外的设备投资。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对其保护范围的限制。
实施例1：安徽某厂铝泥制备免烧砖
采用250吨静压砖机，压制200x100x55mm荷兰砖，平均施加压力约为150～170kgf/cm2。材料配方按以下重量取各组分：干燥铝泥粉(1)30、425水泥18、水淬渣粉11.5、10mm以下碎石40，固化剂0.5；
将铝泥粉、粉煤灰、水淬渣粉等粉料先行搅拌均匀后，加水搅拌，再加碎石骨料搅拌均匀，水粉比0.5。搅拌时间应适度，不使拌合料结成大团块为原则，在室温下湿度65-95％养护28天，即得。
28天强度可超过25Mpa，在室温条件下养护超过一年没有结构破坏现象。
实施例2：安徽某厂铝泥制备免烧砖
采用250吨静压砖机，压制200x100x55mm荷兰砖，平均施加压力约为150～170kgf/cm2。材料配方按以下重量取各组分：干燥铝泥粉(1)30、425水泥18、水淬渣粉11.5、10mm以下碎石40，固化剂0.5；
将铝泥粉、粉煤灰、水淬渣粉等粉料先行搅拌均匀后，加水搅拌，再加碎石骨料搅拌均匀，水粉比0.5。搅拌时间应适度，不使拌合料结成大团块为原则，在室温下湿度65-95％养护28天，即得。
28天强度可超过25MPa。在室温条件下养护超过一年没有结构破坏现象。
试验例：本发明脱硫渣加钢渣免烧砖的各项性能检测试验
受试样品：本发明实施例1、2、3、4所制备的铝泥免烧砖，分别编号为受试样品1、受试样品2、受试样品3、受试样品4；
一、本发明铝泥免烧砖的抗压强度检测试验
按照GB/T 2542-2003国家标准试验方法对自然养护的本发明铝泥免烧砖进行抗压强度检测试验，检测结果见表4。强度可符合一般情况下对市政砖的强度要求。
表4.本发明铝泥免烧砖的28天抗压强度检测试验
| 样品 | 性能要求 | 检测结果(MPa) | 备注 |
| 1 | MU20 | 26 | 384天：25MPa |
| 2 | MU20 | 26 | 384天：25MPa |
| 3 | MU20 | 26 | 384天：25MPa |
| 4 | MU30 | 26 | 384天：25MPa |
上述实施例用于对本发明作进一步的说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.含铝泥之免烧砖，其特征在于：由以下材料重量配比制成：干燥铝泥粉15-25％、粉煤灰3-10％、水淬渣粉5-20％、硅酸盐水泥5-15％、砂石骨料20-50％，其中铝泥为固废填充料。
2.根据权利要求1所述含铝泥之免烧砖，其特征在于：所述砂石骨料除了一般砂石材料，也可替换为工矿业固废作为骨材，包括但不限于尾矿砂、废石和建筑废弃物。
3.根据权利要求1所述含铝泥之免烧砖，其特征在于：固化胶结料包括但不限于粉煤灰、水淬渣粉和硅酸盐水泥。
4.含铝泥之免烧砖生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将干燥铝泥粉和粉煤灰、水淬渣粉、硅酸盐水泥先行充分搅拌均匀，加水搅拌，再加碎石骨料搅拌均匀，加水量和搅拌时间应适度，不使拌合料结成大团块为原则；
(2)将搅拌后的采用静压式砖机静压成砖，在室温下湿度65-95％养护28天，即得。
5.根据权利要求4所述含铝泥之免烧砖生产工艺，其特征在于：所述静压式砖机平均施加压力约为150～170kgf/cm2。
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2021
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