CN113800835B - 硅酸镁钙免烧砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅酸镁钙免烧砖及其制备方法，所述制备方法包括：将硅酸镁钙粉料与辅料搅拌均匀，获得制砖坯体混合物；其中，辅料包括集料、水泥、助剂和水，硅酸镁钙粉料、集料、水泥、助剂和水的质量比为20～80：0～120：5～30：0.1～5：6～25。使制砖坯体混合物成型，获得免烧砖坯体。对所述免烧砖坯体进行养护，获得所述硅酸镁钙免烧砖。本发明以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料生产一种硅酸镁钙免烧砖，实现了多种固体废物的资源化利用；且制备得到的硅酸镁钙免烧砖具有强度高、隔热性好、轻质、环保、耐火性好等特点。

Description

硅酸镁钙免烧砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸镁钙免烧砖及其制备方法。
背景技术
目前国内应用的无机胶凝材料如水泥、石灰和石膏等，其主要活性组分都是钙质胶凝材料，作为与钙同族的镁，部分镁质材料如硅酸镁、氧化镁等，一定情况下也具有很好的胶凝性，可以用于制备镁质胶凝材料。
无论水泥还是石灰，在生产过程中都会产生大量的CO2，在温室效应日益严重的今天，如何减少碳排量，实现碳中和，已称为国家层面需要考虑的重大问题。
此外，国内大量的含蛇纹石的固体废弃物，因缺乏有效的资源化途径，目前只能堆存处理，在占用宝贵土地资源的同时，还对周边环境具有潜在污染，同时，这些含蛇纹石的固体废弃物，主要成分是镁和二氧化硅，经过一定的处理手段，可以转化为对环境无不良影响的活性胶凝材料，在实现消除环境安全隐患，变废为宝的同时，还可以避免资源的闲置和浪费，用其替代钙质胶凝材料，可有效减少钙质胶凝材料的碳排放，具有重要的经济、生态、环保和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明目的之一在于提供一种以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料，实现多种固体废物的资源化利用和低附加值资源的高附加值利用的硅酸镁钙免烧砖的制备方法。又如，本发明的另一目的在于提供一种强度高、隔热性好、轻质、环保、耐火性好等特点的硅酸镁钙免烧砖。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种硅酸镁钙免烧砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将硅酸镁钙粉料与辅料搅拌均匀，获得制砖坯体混合物；其中，辅料包括集料、水泥、助剂和水，硅酸镁钙粉料、集料、水泥、助剂和水的质量比为20～80：0～120：5～30：0.1～5：6～25；使所述制砖坯体混合物成型，获得免烧砖坯体；对所述免烧砖坯体进行养护，获得所述硅酸镁钙免烧砖。
在本发明的一个示例性实施例中，所述硅酸镁钙粉料可通过以下方法制备得到：将蛇纹石矿物原料和钙质辅料进行破碎、粉磨和煅烧，获得所述硅酸镁钙粉料，其中，蛇纹石矿物原料和钙质辅料的质量比为80～100：0～20。
在本发明的一个示例性实施例中，所述蛇纹石矿物原料可包括蛇纹岩、蛇纹石选矿尾渣、温石棉选矿尾渣和超基性岩型金属矿产选矿尾渣中的一种或多种，所述钙质辅料可包括大理石或其尾渣、方解石或其尾渣、石英或其尾渣、白云石或其尾渣、菱镁矿或其尾渣以及黏土中的一种或多种。
在本发明的一个示例性实施例中，在所述煅烧过程中，还获得窑炉尾气，所述养护的工艺可为通入所述窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，所述窑炉尾气的温度可为70～250℃，养护的温度可为50～100℃，养护的湿度可≥65％，养护的时间可为6～72h。
在本发明的一个示例性实施例中，所述硅酸镁钙粉料可包括质量比为25～40：38～45：2～25：2～15：0.2～1.5的MgO、SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3。
在本发明的一个示例性实施例中，可通过制砖机使所述制砖坯体混合物于20～70MPa下成型。
在本发明的一个示例性实施例中，所述免烧砖坯体可包括承重砖、非承重砖、空心砖、外墙砌块、内墙砌块、花墙砌块、路缘石和彩色路面砖坯体中的一种或多种。
在本发明的一个示例性实施例中，所述集料可包括粉煤灰、砂、石屑、卵石和碎石中的一种或多种，所述助剂可包括减水剂、早强剂、速凝剂、激发剂中的一种或多种。
本发明的另一方面提供了一种硅酸镁钙免烧砖，所述硅酸镁钙免烧砖采用如上任意一项所述的制备方法制备得到。
在本发明的一个示例性实施例中，所述硅酸镁钙免烧砖的密度为1050～1900kg/m3，抗压强度为5～35MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下中的至少一项：
1)、以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料生产硅酸镁胶凝材料粉体，实现了多种固体废物的资源化利用，对资源保护、节约与高值化利用，具有重要的可持续发展意义；
2)、尾渣、废石、尾矿的资源化利用对尾渣库安全、环境保护、复垦、复绿具有重要的生态与环境意义；
3)、以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为主要原料制备免烧砖，具有生产工艺简单、节能减排、产品附加值高、生态环境效益高等优势，对发展新材料产业具有重要意义；
4)、以蛇纹石固废材料为主要原料制备的硅酸镁钙免烧砖，通过调节硅镁、硅钙和钙镁比，在满足强度的前提下，还可以根据使用要求，调整砖体密度，在拓展免烧砖材料来源的同时，使产品具有更好的市场适用性；
5)、制得的硅酸镁钙免烧砖具有强度高、隔热性好、轻质、环保、耐火性好等特点，提高了免烧砖的使用性能，同时对蛇纹石固废资源的资源化提供了广阔的应用前景。
附图说明
图1示出了本发明方法的示例性实施例1的生产流程图。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的硅酸镁钙免烧砖及其制备方法。
发明人发现，镁质胶凝材料具有良好的抗压强度、低pH值(与传统硅酸盐水泥相比)等优点，以及水化产物煅烧可形成顽火辉石和橄榄石的特点，可在建筑材料和耐火材料领域具有广阔的应用发展前景。
针对以上特点，本发明将镁质和钙质原料经科学合理的组合后，得到硅酸镁钙质活性组分为主题的胶凝材料，并将其制备免烧砖，使所制备产品具有高强、密度范围广(从轻质、中质及重质)、耐火性能号等优点，在拓展了免烧砖材料类型的同时，还可根据需要调节产品的使用性能，具有广阔的市场前景和社会、经济效益。
示例性实施例1
如图1中所示，在本示例性实施例中，硅酸镁钙免烧砖的制备方法通过以下步骤实现：
S1、与辅料搅拌均匀以获得制砖坯体混合物
具体来讲，是将硅酸镁钙粉料与辅料搅拌均匀，获得制砖坯体混合物。这里，辅料可包括集料、水泥、助剂和水，加入的硅酸镁钙粉料、集料、水泥、助剂和水的质量比为20～80：0～120：5～30：0.1～5：6～25。当加入的硅酸镁钙粉体的质量比过低时，虽然能制备出满足强度要求的免烧砖产品，但由于硅酸镁钙粉体的质量比过低，所得产品与常规砂石免烧砖产品类似，体现不出硅酸镁钙产品的优点，而当加入的硅酸镁钙粉体的质量比过高，则所得产品难以同时满足申请所涵盖的强度和密度要求。同理，当集料的质量比过高时，所得产品性能与常规砂石免烧砖近似，体现不出本发明的产品特点，故在此限定加入集料最高的质量比要求。当加入水泥的质量比过低时，所得产品强度较低，当加入水泥的质量比过高，则会增加免烧砖成本，故在此限定加入的最高质量比。当加入助剂的质量比过低，达不到要求的使用效果，当加入助剂的质量比过高，一方面会增加材料成本，另一方面有可能会带来副作用，所以有一个最佳加入的质量比。当加入水的质量比过低时，砖体成型困难，会影响后期强度，当加入水的质量比过高，同样会影响坯体的成型及砖体的后期强度，而且还增加用水量，所以加入水的质量比有个最佳范围，过高或过低均会对砖体强度产生不利影响。
将蛇纹石矿物原料和钙质辅料进行破碎、粉磨和煅烧，破碎可采用颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机或者细破碎机中的一种，粉磨可采用球磨机、笼式粉碎机、轮碾机、MPS立式磨、雷蒙磨、振动磨和高压辊磨机中的一种粉磨，煅烧可以采用回转窑、辊道窑和立窑中的一种，煅烧温度范围为600～1100℃，升温速率3～20℃/min，煅烧时间5min～1.5h，以获得所述硅酸镁钙粉料。煅烧过程中需控制一定的风速和风量，确保煅烧气氛为空气气氛或含氧环境，有利于煅烧过程中含蛇纹石矿物晶相转变为镁橄榄石相。
蛇纹石矿物原料和钙质辅料的质量比可为80～100：0～20。这里，蛇纹石矿物原料可包括蛇纹岩、蛇纹石选矿尾渣、温石棉选矿尾渣和超基性岩型金属矿产选矿尾渣中的一种或多种，钙质辅料可包括大理石或其尾渣、方解石或其尾渣、石英或其尾渣、白云石或其尾渣、菱镁矿或其尾渣以及黏土中的一种或多种。需要说明的是，获得的硅酸镁钙粉料可包括质量比为25～40：38～45：2～25：2～15：0.2～1.5的MgO、SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3，获得的硅酸镁钙粉料主要组分为非晶相的活性硅酸镁钙，所含的少量晶相主要是橄榄石和石英。此外，本发明中的集料可包括粉煤灰、砂、石屑、卵石和碎石中的一种或多种，助剂可包括减水剂、早强剂、速凝剂、激发剂中的一种或多种。本发明的集料、水泥、助剂和水也可为本领域常用的物质，此处不做过多赘述。
S2、制砖坯体混合物成型获得免烧砖坯体
具体来讲，是将步骤S1得到的制砖坯体混合物成型，以获得免烧砖坯体。这里，可以通过制砖机使制砖坯体混合物于20～70MPa下成型。制砖机可为压制成型制砖机、硬塑制砖机或半硬塑制砖机。成型的免烧砖坯体可包括承重砖、非承重砖、空心砖、外墙砌块、内墙砌块、花墙砌块、路缘石和彩色路面砖坯体中的一种或多种，但本发明不限于此，也可为建筑领域使用的其他免烧砖坯体。
S3、养护后获得硅酸镁钙免烧砖
具体来讲，是对步骤S2得到的免烧砖坯体进行养护，以获得硅酸镁钙免烧砖。例如，制得的硅酸镁钙免烧砖的密度为1050～1900kg/m3，抗压强度为5～35MPa。这里，养护所使用的装置和方法可为本领域常用的方式，此处不做过多赘述。
此外，上述的步骤S1获得所述硅酸镁钙粉料的步骤中，在将蛇纹石矿物原料和钙质辅料进行煅烧过程中，还可获得窑炉尾气，养护的工艺为通入所述窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，所述窑炉尾气的温度为70～250℃，养护的温度为50～100℃，养护的湿度≥65％，养护的时间为6～72h。
当窑炉尾气中含有CO2时，有助于硅酸镁钙免烧砖的强度增长，还有助于缩短养护时间，尾气中CO2浓度越高，效果越好。养护期间，应使养护室湿度≥65％，可通过喷淋水调节湿度。当湿度低于65％时，不利于砖体水化反应的进行。养护时间过低，强度增长较慢，达不到养护的目的，养护时间过高，一方面会增加养护费用，另一方面，超过72h后，继续增加养护时间会降低能效比，养护时间以6～72h为宜。例如，在养护室内对免烧砖坯体进行养护，通入窑炉尾气，并控制养护室内的温度为50～100℃，湿度≥65％，养护6～72h后即可获得硅酸镁钙免烧砖。
本发明的硅酸镁钙免烧砖的制备方法拓展了免烧砖原材料来源，在满足强度要求的前提下，利用硅酸镁钙活性组分，通过调整硅镁、硅钙和钙镁的比例，充分发挥硅镁质材料轻质、抗压的性能，还可根据使用要求，在较大范围内调节免烧砖产品密度，制备出强度和密度满足使用要求的系列免烧砖产品。既拓展了免烧砖原材料来源，还可以根据市场需求优化产品性能，充分满足市场需求，具有广阔的市场发展前景。
示例性实施例2
在本示例性实施例中，硅酸镁钙免烧砖的制备方法也可通过如下步骤实现：
1)将质量比为80～100：0～20的蛇纹石矿物原料和钙质辅料进行破碎、粉磨和煅烧，以获得窑炉尾气和硅酸镁钙粉料，再将质量比为20～80：0～120：5～30：0.1～5：6～25的硅酸镁钙粉料、集料、水泥、助剂和水搅拌均匀，获得制砖坯体混合物，得到的硅酸镁钙粉料包括质量比为25～40：38～45：2～25：2～15：5～15的MgO、SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3。
2)通过制砖机使制砖坯体混合物于20～70MPa下成型，以获得免烧砖坯体，免烧砖坯体可包括承重砖、非承重砖、空心砖、外墙砌块、内墙砌块、花墙砌块、路缘石和彩色路面砖坯体中的一种或多种。
3)将免烧砖坯体进行养护，通入窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，所述窑炉尾气的温度为70～250℃，养护的温度为50～100℃，养护的湿度≥65％，养护的时间为6～72h，获得硅酸镁钙免烧砖。
对于市场中的其他常规产品，多数砖体密度固定，难以进行大范围调整。而本发明制得的硅酸镁钙免烧砖的优势在于，与常规产品相比，可以根据使用要求调整材料配比，在满足强度要求的前提下，调整免烧砖密度，例如，硅酸镁钙免烧砖需要用于高层建筑填充墙，可以选用低密度成型，这样可以降低砖体自重，减少主体结构受力。本发明制得的硅酸镁钙免烧砖为市场需求提供了更多选择。
以下通过详细的示例对本发明的技术方案作进一步的说明。
示例1
本示例的具体制备方法如下：
(1)将质量比为90：10的的蛇纹岩和大理石尾渣，采用鄂式破碎机破碎至20mm以下颗粒，再用球磨机粉磨至75μ以下粉体后，在回转窑内煅烧为1000℃，煅烧8min，升温速率15℃/min，获得窑炉尾气和硅酸镁钙粉料，硅酸镁钙粉料包括38％的MgO、43％的SiO2、12％的CaO、6.5％的Fe2O3和0.5％的Al2O3；再将质量比为30：100：10：0.3：10的硅酸镁钙粉料、河沙、32.5R水泥、减水剂和自来水搅拌均匀，获得制砖坯体混合物。
(2)通过压制成型制砖机使制得的制砖坯体混合物于20MPa下成型，获得空心砖坯体。
(3)将制得的空心砖坯体运至养护室码垛，通入110℃煅烧得到的窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，控制养护室内的温度为60℃，湿度为90％，养护42h后，获得密度1650kg/m3、强度等级满足MU15的硅酸镁钙空心免烧砖。
示例2
本示例的具体制备方法如下：
(1)将质量比为80：20的的温石棉选矿尾渣和方解石尾渣，采用圆锥式破碎机破碎至10mm以下，高压辊磨机粉磨后，在辊道窑内800℃煅烧35min，升温速率5℃/min，以获得窑炉尾气和硅酸镁钙粉料，硅酸镁钙粉料包括35％的MgO、40％的SiO2、22％的CaO、4％的Fe2O3和1％的Al2O3；再将质量比为70：20：20：3：20的硅酸镁钙粉料、粉煤灰、42.5R水泥、激发剂和河水搅拌均匀，获得制砖坯体混合物。
(2)通过硬塑制砖机使制得的制砖坯体混合物于50MPa下成型，获得承重砖坯体。
(3)将制得的承重砖坯体运至养护室码垛，通入200℃煅烧得到的窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，控制养护室内的温度为110℃，湿度为95％，养护10h后，获得密度1850kg/m3、强度等级满足MU30的硅酸镁钙承重免烧砖。
示例3
本示例的具体制备方法如下：
(1)将质量比为85：15的蛇纹石选矿尾渣和黏土采用反击式破碎机进行破碎、振动磨粉磨后，放入立窑内在900℃下煅烧20min，升温速率10℃/min，以获得窑炉尾气和硅酸镁钙粉料，硅酸镁钙粉料包括32％的MgO、38％的SiO2、18％的CaO、10.5％的Fe2O3和1.5％的Al2O3；再将质量比为50：60：15：2：15的硅酸镁钙粉料、碎石、42.5R水泥、早强剂和井水搅拌均匀，获得制砖坯体混合物。
(2)通过半硬塑制砖机使制得的制砖坯体混合物于30MPa下成型，获得花墙砖坯体。
(3)将制得的花墙砖坯体运至养护室码垛，通入150℃煅烧得到的窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，控制养护室内的温度为90℃，湿度为93％，养护24h后，获得密度1500kg/m3、强度等级满足MU10的硅酸镁钙花墙免烧砖。
综上所述，本发明的硅酸镁钙免烧砖及其制备方法，其有益效果包括：
1)以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料，实现对低品位资源和固体废渣的利用；
2)生产工艺简单、节能减排、产品附加值高、生态环境效益高等优势，对发展新材料产业与社会经济具有重要意义；
3)通过焙烧处理将岩石、废石、尾矿中的石棉纤维分解、转相为无毒无害的活性的非晶态硅酸镁和少量橄榄石；
4)焙烧产生的窑炉尾气可用于养护，不仅可减少温室气体的排放，而且可节约原料成本；
5)以实心免烧砖为例，河砂砖容重约1800kg/m3，粉煤灰砖容重约1300kg/m3，硅酸镁钙砖容重最低可以做到1050kg/m3，取1100kg/m3，则每方砖比河砂砖轻700kg，比粉煤灰砖轻200kg，减重效果明显；
6)制得的硅酸镁钙免烧砖具有强度高、隔热性好，轻质、环保、耐火性好等特点，提高了免烧砖的使用性能，密度为1050～1900kg/m3，抗压强度为5～35MPa。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (11)

1.一种硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将硅酸镁钙粉料与辅料搅拌均匀，获得制砖坯体混合物；其中，辅料包括集料、水泥、助剂和水，硅酸镁钙粉料、集料、水泥、助剂和水的质量比为20~80：0~120：5~30：0.1~5：6~25；
使所述制砖坯体混合物成型，获得免烧砖坯体；
对所述免烧砖坯体进行养护，获得所述硅酸镁钙免烧砖；
所述硅酸镁钙粉料通过以下方法制备得到：将蛇纹石矿物原料和钙质辅料进行破碎、粉磨和煅烧，获得所述硅酸镁钙粉料，其中，蛇纹石矿物原料和钙质辅料的质量比为80~100：0~20，煅烧温度为600～1100℃，升温速率为3～20℃/min，煅烧时间为5min～1.5h；
所述蛇纹石矿物原料包括蛇纹岩、蛇纹石选矿尾渣、温石棉选矿尾渣和超基性岩型金属矿产选矿尾渣中的一种或多种；所述钙质辅料包括大理石或其尾渣、方解石或其尾渣、石英或其尾渣、白云石或其尾渣、菱镁矿或其尾渣以及黏土中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，在所述煅烧过程中，还获得窑炉尾气，所述养护的工艺为通入所述窑炉尾气，并以喷淋的方式加入水，所述窑炉尾气的温度为70~250℃，养护的温度为50~100℃，养护的湿度≥65%，养护的时间为6~72h。
3.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁钙粉料包括质量比为25~40：38~45：2~25：2~15：0.2~1.5的MgO、SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3。
4.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，通过制砖机使所述制砖坯体混合物于20~70MPa下成型。
5.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述免烧砖坯体包括承重砖、非承重砖、外墙砌块和内墙砌块坯体中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述免烧砖坯体包括空心砖和花墙砌块坯体中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述免烧砖坯体包括路缘石坯体。
8.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述免烧砖坯体包括彩色路面砖坯体。
9.根据权利要求1所述的硅酸镁钙免烧砖的制备方法，其特征在于，所述集料包括粉煤灰、砂、石屑、卵石和碎石中的一种或多种，所述助剂包括减水剂、早强剂、速凝剂、激发剂中的一种或多种。
10.一种硅酸镁钙免烧砖，其特征在于，所述硅酸镁钙免烧砖采用如权利要求1至9中任意一项所述的制备方法制备得到。
11.根据权利要求10所述的硅酸镁钙免烧砖，其特征在于，所述硅酸镁钙免烧砖的密度为1050～1900kg/m3，抗压强度为5～35MPa。
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