CN113213892B - 一种铝灰终灰制备烧结砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝灰终灰制备烧结砖的方法，属于环保技术领域。该方法是先将铝灰终灰、工程土、煤矸石混合得到制砖原料，然后将制砖原料和除氮添加剂混合后，加入水，搅拌均匀后进行陈化，陈化好后的原料取出，放入模具中压制成型，得到砖坯，经焙烧，得到烧结砖。本发明一方面简化了普通烧结砖的制备流程，并且可以满足同等的强度要求，另一方面本发明将铝灰终灰作为了烧结砖的原料，辅以工程土和煤矸石，将工业废弃物和基建废弃物综合利用。

Description

一种铝灰终灰制备烧结砖的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种铝灰终灰制备烧结砖的方法。
背景技术
根据相关技术统计，1吨铝在整个生产环节中大约会产生30～250kg的铝灰渣，而2020年1月至11月，中国原铝产量为3415万吨，较去年同期增长了4.27％，占全球原铝产量的50％以上。据不完全统计，目前中国堆存的铝灰渣已超1亿吨，同时每年预计会新增500万吨以上的铝灰渣。这些铝灰渣不仅污染空气，影响水源质量，还会在一定程度上侵害土壤，破坏耕田。因此目前急需要开辟一条合理的铝灰无害化及资源化利用道路。
传统的烧结砖在原料使用上存在着不可忽视的缺陷。国家早已出台限粘政策，实心粘土砖已经不具备市场竞争优势，需要寻找一种物质作为粘土的替代物。而铝灰终灰中含有Al2O3以及少量的SiO2，只要再补充SiO2就可以做烧结砖。烧结砖可以应用于很多领域，例如人行横道、公园甬道、房体装饰材料等等。
目前，从制备烧结砖的配方来看，大多数都改变传统烧结砖的配方，添加类似于铁尾矿、煤矸石、页岩、粉煤灰、河滩淤泥等固废物质，既到达了保护环境的目的，也在不同程度上优化了砖体本身的性能；从烧结砖的制备方法来看，主要包括破碎原料、混合原料、加水搅拌、陈化、集中干燥、真空挤压、烧结成型、冷却等步骤。
专利ZL201110332687.5提出了一种制砖的方法，将煤矸石、炉渣、页岩、粉煤灰和粘土混合均匀后，按照上面提到的步骤进行制备。该专利使用多种固废原料制备烧结砖增加了制砖工艺的复杂度，并且使用了粘土作为原料，会加剧环境破坏的程度。除此之外，由于原料组成较多，会无形中限制这种烧结砖的大规模利用程度。
发明内容
本发明的目的是提供了一种铝灰终灰制备烧结砖的方法，将铝灰终灰和工程土做为烧结砖中粘土的取代物。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝灰终灰制备烧结砖的方法，包括以下步骤：
步骤1，以质量百分比计，将铝灰终灰20％～60％、工程土25％～65％、煤矸石10％～18％混合得到制砖原料；
步骤2，将制砖原料和除氮添加剂混合后，加入10wt.％～20wt.％的水，搅拌均匀后，进行陈化；
步骤3，将陈化好后的原料取出，放入模具中压制成型，得到砖坯；
步骤4，将砖坯放置24h后，按照5℃/min的升温速率焙烧，在每个温度梯度处保温20min，最终的焙烧温度为800℃～900℃，保温时间1h～3h，冷却后，得到烧结砖。
进一步地，所述除氮添加剂选自碳酸钠、氧化钙、碳酸氢钠或碳酸钙。
进一步地，步骤2中制砖原料和除氮添加剂的质量比为1:0.03-0.10。
进一步地，步骤3中压制压力为10-14MPa。
本发明原料中只包括制砖原料和除氮添加剂，在混合后，容易使各物料混合均匀，水分均匀扩散到原料中。通过实验对比发现，水分是否均匀扩散到原料中对烧结砖的综合力学性能有明显影响。在保证砖坯强度不变的前提下，通过简化制砖过程，添加工业废弃物和基建废弃物，并利用煤矸石内燃降低能耗来实现简便、环保、节能的目标。
有益效果：
1、本发明将铝灰终灰作为烧结砖的原料添加到烧结砖的制作过程中，改变了铝灰目前堆放填埋的现状，同时使用了工程土和煤矸石做为制砖原料，实现了多废综合利用。
2、创造性地使用了制砖原料和除氮添加剂复合使用的制砖方法，在不影响砖坯强度前提下，加入除氮添加剂，加快AlN的氧化。
3、通过实验发现，铝灰中的AlN在焙烧过程中变成了氧化铝，而氧化铝是烧结砖的有效成分，在制备烧结砖的过程中，不仅实现了铝灰的资源化利用，同时也对铝灰进行无害化处理。
本发明一方面简化了普通烧结砖的制备流程，并且可以满足同等的强度要求，另一方面本发明将铝灰终灰作为了烧结砖的原料，辅以工程土和煤矸石，将工业废弃物和基建废弃物综合利用。并且在焙烧过程中，铝灰终灰中的AlN会变成铝的氧化物，可以与硅氧化物结合，提高了砖坯的力学强度。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
本发明提供一种简单、环保、节能的烧结砖焙烧方案。主要制砖的步骤包括配料、压制成型、烧结。
(1)选择铝灰终灰、工程土和煤矸石作为制砖的主要原材料，其中铝灰终灰含有Al2O3，而Al2O3是烧结砖的主要成分之一，因此将铝灰做为制砖原料具有可行性，铝灰终灰的含量为20％～60％；工程土的化学成分主要是硅氧化物，可提高砖体的烧结性能，工程土的含量为25％～65％；煤矸石的添加，主要是利用其一定温度下可自燃的特性，通过自燃可以降低能耗，达到节能减排的目的，其中煤矸石的含量为10％～18％，煤矸石的添加量是以最终陈化料的热值来调控的。并且在高温焙烧条件下，铝灰终灰中的AlN会被氧化成Al2O3，而Al2O3是烧结砖的有效成分。
(2)虽然铝灰在高温焙烧时AlN会被氧化变成Al2O3和其他氮氧化物，但是有一部分AlN会被致密的Al2O3薄膜包裹，很难被氧化。因此需要在保证不影响砖坯强度的同时添加除氮物质来加快铝灰中AlN的反应。添加的物质可以是碳酸钠、氧化钙、碳酸氢钠或碳酸钙。值得注意的是，对于烧结砖来说，砖坯内部钙的含量不能过高，过高会导致在烧结过程中发生爆裂，严重影响砖坯的力学强度。除此之外，加入碳酸钠主要是因为在高温状态下，碳酸钠可以侵蚀氧化铝，使得AlN更多暴露出来，并且在高温状态下，碳酸钠和氧化铝会形成共存的氧化铝液相，填充在各种组织之间，增强砖坯的致密度。通过实验发现，除氮添加剂的使用可以加快AlN的氧化，但是使用量要控制在合理范围内，比如钙元素的量应不超过5％。
(3)制砖原料和除氮添加剂按照1:0.03-0.10混合均匀后，加10％～20％的水，搅拌均匀后，放入容器中陈化3天后，使水分均匀扩散到原料中，即陈化完全。
(4)将陈化好后的原料取出，按照既定的配方放入模具中，用自制模具在10-14MPa压力条件下压制成型，压力可以使砖坯原料从松散的颗粒形成密实整体，当外界给予的压力越大，颗粒之间的接触越紧密，可以提高砖坯的抗压强度。
(5)将压制好的试样放置24h后，把试样按照顺序放入箱式程控电炉中，按照5℃/min的升温速率焙烧，在每个温度梯度处保温20min，最终的焙烧温度设置为800℃～900℃，保温时间1h～3h。按照既定工艺路线烧制好的砖采用炉冷的冷却方式，待箱式程控电炉冷却到室温后，将砖取出。
(6)将制作好的砖块放置2～4天后，做性能检测，包括抗折、抗压、烧失量、烧缩值、吸水率。
抗压强度实验的力加载速度为2.4kN/s，抗折强度实验的力加载速度为0.05kN/s，其中抗压强度可以满足《GB/T 5101-2017烧结普通砖》中MU15的强度标准。
实施例1-实施例3按照以上工艺制备所述烧结砖，具体原料配方及检测结果如下：
Figure BDA0003037364270000041
由以上结果可知，经过焙烧后，烧结砖的质量发生了变化，按照铝灰添加的量不同，烧结砖质量变化有所波动，但是总体趋势是质量减少，认为是AlN被氧化所致。

Claims (1)

1.一种铝灰终灰制备烧结砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，以质量百分比计，将铝灰终灰20%~60%、工程土25%~65%、煤矸石10%~18%混合得到制砖原料，铝灰终灰、工程土和煤矸石的质量百分比之和为100%；
步骤2，将制砖原料和除氮添加剂混合后，制砖原料和除氮添加剂的质量比为1:0.03-0.10，加入10wt.%~20wt.%的水，搅拌均匀后，进行陈化；
所述除氮添加剂选自碳酸钠、氧化钙、碳酸氢钠或碳酸钙；
步骤3，将陈化好后的原料取出，放入模具中压制成型，压制压力为10-14MPa，得到砖坯；
步骤4，将砖坯放置24h后，按照5℃/min的升温速率焙烧，在每个温度梯度处保温20min，最终的焙烧温度为800℃~900℃，保温时间1h~3h，冷却后，得到烧结砖。
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