CN115215593A

CN115215593A - 一种基于石棉废物制备的免烧砖及其制备方法

Info

Publication number: CN115215593A
Application number: CN202210916949.0A
Authority: CN
Inventors: 孙红娟; 周鑫; 彭同江; 罗利明
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2022-10-21

Abstract

本发明提供了一种基于石棉废物制备的免烧砖及其制备方法。所述方法包括以下步骤：将石棉废物粉磨后，进行焙烧处理，得到活化物料；将活化物料与水泥混合均匀，继续加入水和外加剂并混匀，得到混合料；将混合料压制成型，养护，得到免烧砖。所述免烧砖采用上述方法制备获得。本发明的有益效果包括：能够变废为宝，实现石棉废物的综合利用；能够制备成本低、高性能的免烧砖。

Description

一种基于石棉废物制备的免烧砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体来讲，涉及一种基于石棉废物制备的免烧砖及其制备方法。

背景技术

石棉废物包括石棉选矿过程中产生的尾渣，石棉建材生产过程中的废石棉等等。单从石棉废物来讲，每生产1吨成品棉就会产生25～27吨左右的石棉废物，每年新增石棉废物上千万吨，现堆存量已超过几十亿吨。石棉废弃物的随意堆存，不仅占用土地，污染环境，且石棉废弃物含纤蛇纹石石棉纤维，国家危险废物名录将石棉废物(HW36)列为有害固体废弃物，其危险特性为毒性。

为有效利用固体废弃物，国家明确支持废物建材化利用。因此，利用好固体废弃物是现如今的研究热点，直接利用废弃物生产免烧砖等新型墙体材料受到越来越多的重视。

烧结砖是普遍使用的一种砖，但近年来，粘土稀缺，烧结砖耗费能源巨大，国家想逐渐取缔烧结粘土砖，因而免烧砖成为了替代品。目前常见的免烧砖是粉煤灰、煤矸石、矿渣等工业废气物加入一定的胶凝材料如水泥、氧化钙等，经过搅拌、压制、养护而成。但传统的免烧砖采用了较大剂量的水泥，以及天然砂石等不可再生资源，未将现有的资源最大化利用，造成成本高，且成品性能不够突出，无法应用于实际。因此，研究利用含石棉废弃物制备高性能免烧砖具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于变废为宝，实现石棉废物的综合利用，目的之二在于能够制备成本低、高性能的免烧砖。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于石棉废物制备免烧砖的方法。

所述方法可包括以下步骤：

将石棉废物粉磨后，进行焙烧处理，得到活化物料；将活化物料与水泥混合均匀，继续加入水和外加剂并混匀，得到混合料；将混合料压制成型，养护，得到免烧砖。

优选地，所述石棉废物可包括石棉采选后剩下的废渣、石棉制品生产过程中的废料和含有石棉的废弃物中的至少一种。

优选地，所述石棉废物所含石棉矿物种类可包括纤蛇纹石石棉、角闪石石棉和坡缕石石棉中的至少一种。

优选地，所述石棉废物粉磨至粉体粒径可为150mm～160mm。

优选地，所述焙烧温度可为850℃～950℃，焙烧时间可为10min～20min。

优选地，所述焙烧处理的设备可采用回转窑炉。

优选地，按质量份计，所述活化物料可为90份～110份，所述水泥可为12份～16份，所述水可为12份～18份，所述外加剂可为0.01份～0.12份。

优选地，所述水泥的平均粒径可为24μm～35μm，且400目筛的通过率能够达到90％以上。

优选地，所述外加剂可包括早强剂和减水剂中的至少一种。

优选地，所述压制成型的压力可为15Mpa～20Mpa，成型过程中无溢浆现象。

优选地，所述养护方式可为常温常压养护，所述养护湿度可为50％～59％；所述养护时间为28d。

本发明另一方面提供了一种基于石棉废物制备的免烧砖。

所述免烧砖可采用上述的基于石棉废物制备免烧砖的方法制备获得。

优选地，所述免烧砖耐酸度可为99％～99.5％。

在急冷急热条件下，本发明的免烧砖无裂纹产生，通过750℃煅烧30min抗压强度损失率小于5％。

优选地，所述养护28d制备的免烧砖可满足MU10～MU15免烧砖抗压强度等级要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下至少一项：

(1)原料选取方便，环境友好；石棉废弃物堆存量大，来源广泛，本发明可消耗掉大量石棉废物，具有重要的环保、安全和社会效益。

(2)通过对石棉废物焙烧转相处理，相变为镁橄榄石，不仅实现石棉废物转相解毒、无害化、活化处理，且使其具有一定的耐火性能，对资源保护、节约与高值化利用，对于可持续发展、降低环境污染具有重要的现实意义。

(3)成本低，水泥添加量少，高性能；本发明制备方法采用石棉废弃物为主要原料，与烧结砖相比，节能环保，与其他免烧砖相比，拥有耐酸、耐急热急冷、耐高温优异性能。

(4)资源合理利用；除水泥和水外，采用石棉废弃物代替天然砂，系高固废掺量免烧砖，缓解了天然砂的供求矛盾，可以消耗大量工业废渣，保护生态环境，节约用地，变废为宝。

(5)产品强度高，性能好；养护28d制备的免烧砖抗压强度可达MU10～MU15标准，强度高。

(6)工艺简单；采用常规机制砖设备，流程短，操作简单，效率高，养护简便，可快速生产。

(7)具有较好的经济和社会效益；使用固体废物制备免烧转，符合国家发展战略，有助于环境保护，绿色发展，且变废为宝，成品应用广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1示出了免烧砖制备流程图；

图2示出了850℃和950℃焙烧后的XRD图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，本发明实施例中未对实验方法进行特别说明的，均为常规操作。

本发明一方面提供了一种基于石棉废物制备免烧砖的方法。

在本发明一个示例性实施例中，基于石棉废物制备免烧砖的方法可包括以下步骤：

在本实施例中，石棉废物可包括石棉采选后剩下的废渣、石棉制品生产过程中的废料和含有石棉的废弃物中的至少一种。石棉废物可为其中的一种，例如仅为石棉采选后剩下的废渣或仅为石棉制品生产过程中的废料；石棉废物也可为其中的两种，例如石棉采选后剩下的废渣和石棉制品生产过程中的废料，或者石棉制品生产过程中的废料和含有石棉的废弃物；石棉废物还可为三种全包括。

在本实施例中，石棉废物所含石棉矿物种类可包括纤蛇纹石石棉、角闪石石棉和坡缕石石棉中的至少一种。石棉废物所含石棉矿物种类可为其中的一种，例如仅为纤蛇纹石石棉或仅为角闪石石棉；也可为其中的两种，例如纤蛇纹石石棉和角闪石石棉，或者角闪石石棉和坡缕石石棉；还可为三种全包括。

在本实施例中，石棉废物粉磨至粉体粒径可为150mm～160mm，例如151mm、154mm、157mm、159mm。

具体地，如果石棉废物粒径大于160mm，则在焙烧过程中会由于粒径过大焙烧不完全，导致无法解毒处理，且不利于浆料流动性；反之，如果石棉废物粒径小于150mm时，可以完全解毒，但是粒径过小会增加成本，增加能源损耗，因此最佳粒径大小为150mm～160mm。

在本实施例中，焙烧温度可为850℃～950℃，例如860℃、880℃、900℃、920℃、940℃。焙烧时间可为10min～20min，例如12min、15min、18min。

图2示出了850℃和950℃焙烧后的XRD图，其中，A代表赤铁矿，B代表石英，C代表镁橄榄石。具体地，当焙烧温度为850℃，焙烧时间为10min时，焙烧后的XRD图如图2所示，可以看出废料中不含有蛇纹石物相峰，在低角度区域有馒头峰非晶相产生，为非晶SiO₂，随着焙烧温度和时间的提高，石棉纤维肯定也完全消失，伴随着镁橄榄石晶粒增大，但不利于经济。当焙烧温度为950℃，焙烧时间为10min时，焙烧后的XRD图如图2所示，镁橄榄石物相峰增强，峰形变窄，证明镁橄榄石晶粒增大。当温度高于950℃时，能源损耗较大，因此焙烧温度尽可能低于950℃。

在本实施例中，焙烧处理的设备可采用回转窑炉。在石棉废物焙烧后相变为镁橄榄石及非晶质SiO₂，且硅碱浸出量为3.794mg/g～4.371mg/g，具有一定的反应活性。

在本实施例中，在制备混合料时，按质量份计，活化物料可为90份～110份，例如95份、100份、105份；水泥可为12份～16份，例如13份、14份、15份；水可为12份～18份，例如13份、15份、17份；外加剂可为0.01份～0.12份，例如0.02份、0.06份、0.09份、0.11份。其中，水的用量是以活化物料及水泥在干燥状态下为标准的使用量。

具体地，对于上述在制备混合料时设置的原料配比，主要基于以下考虑：

(1)活化物料：当其质量份数少于90份时，虽然能达到理想强度，但经济效益不高，不利于产业化；当其质量份数超过110份时，由于废物掺量过高，从而会引起免烧砖早期强度降低，且成型过程中易溃散，故其添加量在90～110份为宜。进一步地，活化物料的质量份数可为90～100份。

(2)水泥：当其质量份数少于12份时，水化产物早期和后期强度难以达到要求；当其质量份数超过16份时，水化产物强度及其他性能符合要求，而且由于水泥粒径较小，砖体也会更加密实，但由于水泥掺量过高，会引起成本增加，故最佳质量份数不高于16份为宜。进一步地，水泥的质量份数可为14～15份。

(3)水：当其质量份数低于12份时，由于掺入水过少，水泥水化所需水不够，因此无法完全水化，会降低水化反应速率及水化产物生成量，且水量过少会引起在成型过程中出现断裂现象，不利于后期强度发展；当其质量份数超过18份时，能满足水泥水化所需水，但由于水掺量过多，浆体流动性变好，成型过程中极易引起溢浆现象，且早期砖体的强度会降低，砖体干燥后由于水分蒸发会形成很多微孔，降低砖体密实性的同时会降低其强度。进一步地，水的质量份数可为14～16份。

(4)外加剂：当未添加外加剂时，砖体成型过程中易断裂，砖体早期强度会降低，导致砖体发生变形；当外加剂超过0.12份时，砖体早期强度大大提高，但后期砖体强度及其他性能与添加少量外加剂是差不多的。进一步地，外加剂的质量份数可为0.01～0.06份。

在本实施例中，水泥的平均粒径可为24μm～35μm，例如25μm、28μm、30μm、34μm，且400目筛的通过率能够达到90％以上，例如92％、95％、97％等。

在本实施例中，水泥水化反应方程式为：

3CaO·SiO₂+nH₂O＝x CaO·SiO₂·(n-3+x)H₂O+(3-x)Ca(OH)₂

非晶相SiO₂反应方程式为：

SiO₂+Ca(OH)₂＝CaSiO₃+H₂O

在本实施例中，外加剂可包括早强剂和减水剂中的至少一种。外加剂可为其中的一种，例如仅为早强剂或仅为减水剂；也可为早强剂和减水剂两种。

在本实施例中，压制成型的压力可为15Mpa～20Mpa，例如16Mpa、17Mpa、19Mpa，成型过程中无溢浆现象。

具体的，对于成型压力而言，当成型压力小于15Mpa时，砖体成型后易断裂，即使成型好后由于压力过小，砖体密实度不够，对于其强度会降低，导致不能满足要求；当成型压力高于20Mpa时，由于压力过大，对于成型设备要求更加苛刻，虽然砖体强度会增加，但相应的成本也会大大提高，不利用工业化生产。进一步地，成型压力可为17～20Mpa。

在本实施例中，养护方式可为常温常压养护；养护湿度可为50％～59％，例如51％、55％、58％；养护时间为28d(d代表天数)。

本发明另一方面提供了一种基于石棉废物制备的免烧砖。

在本发明一个示例性实施例中，基于石棉废物制备的免烧砖可采用上述的基于石棉废物制备免烧砖的方法制备获得。

在本实施例中，免烧砖耐酸度可为99％～99.5％，例如99.1％、99.2％、99.4％。

在本实施例中，在急冷急热条件下，免烧砖无裂纹产生，通过750℃煅烧30min抗压强度损失率小于5％。

在本实施例中，养护28d制备的免烧砖可满足MU10～MU15免烧砖抗压强度等级要求。

在本发明一个示例性实施例中，基于石棉废物制备免烧砖的制备流程如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、将石棉废物粉磨至150mm～160mm，在850℃～950℃的温度下焙烧10min～20min，获得焙烧解毒并活化后的活化物料；

S2、按质量份计，将90份～110份的活化物料与12份～16份水泥混匀后加入12份～18份水和0.01份～0.12份的外加剂搅拌均匀，得到混合料；

S3、将混合料在15Mpa～20Mpa的压力下压制成型，养护，得到免烧砖。

为了更好地理解本发明，以下结合附图和示例进一步阐明本方法内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。

示例1

(1)将尾矿(石棉采选后身下的废渣)粉磨至D₉₀＝160±0.5mm，取20000g物料，放入回转窑炉中在950℃下焙烧解毒活化10min，焙烧后XRD图如图2所示。

(2)焙烧解毒活化后的物料取2000g，加入240g水泥，搅拌均匀后加入300g水及0.24g三乙胺醇早强剂和0.75g聚羧酸减水剂，搅拌3min混合均匀。

(3)将浆料放入240mm×115mm×53mm模具中，在15Mpa压力下压制成型，成型10块，1天后脱模就地(湿度59％)养护，养护28d得到免烧砖，并测试其性能。

测试示例1所制备的免烧砖性能包括：其抗压强度为11.14Mpa；免烧砖样品养护后粉磨物料在PH＝2的HCl溶液中浸泡4h后，测试其耐酸度为99％；将免烧砖放入750℃煅烧30min，其抗压强度值为10.75Mpa；将免烧砖放入110±5℃烘箱中30min后，再将其放入自来水中浸泡15min，未发现裂缝；其满足MU10免烧砖性能。

示例2

(1)将石棉废物粉磨至D₉₀＝150±0.5mm，取20000g物料，放入回转窑炉中在850℃下焙烧解毒活化10min，焙烧后XRD图如图2所示。

(2)焙烧解毒活化后的物料取2000g，加入260g水泥，搅拌均匀后加入310g水及0.5g三乙胺醇早强剂和1g聚羧酸减水剂，搅拌3min混合均匀。

(3)将浆料放入240mm×115mm×53mm模具中，在20Mpa压力下压制成型，成型10块，1天后脱模就地(湿度59％)养护，养护28d得到免烧砖，并测试其性能。

测试示例2所制备的免烧砖性能包括：其抗压强度为17.93Mpa；免烧砖样品养护后粉磨物料在PH＝2的HCl溶液中浸泡4h后，测试其耐酸度为99.5％；将免烧砖放入750℃煅烧30min后，其抗压强度值为17.32Mpa；将免烧砖放入110±5℃烘箱中30min后，再将其放入自来水中浸泡15min，未发现裂缝；其满足MU15免烧砖性能。

示例3

(1)将尾矿粉磨至D₉₀＝150±0.5mm，取3000g物料，放入回转窑炉中在850℃下焙烧解毒活化20min，焙烧后XRD图如图2所示。

(2)焙烧解毒活化后的物料取2000g，加入240g水泥，搅拌均匀后加入300g水及1.2g三乙胺醇早强剂，搅拌3min搅拌均匀。

测试示例3所制备的免烧砖性能包括：其抗压强度为15.32Mpa；免烧砖样品养护后粉磨物料在PH＝2的HCl溶液中浸泡4h后，测试其耐酸度为99.3％；将免烧砖放入750℃煅烧30min后，其抗压强度值为14.97Mpa；将免烧砖放入110±5℃烘箱中30min后，再将其放入自来水中浸泡15min，未发现裂缝；其满足MU15免烧砖性能。

综上所述，本发明的优势包括但不限于以下内容：

1)本发明石棉废物利用量较大，石棉废弃物堆存量大，来源广泛，具有重要的环保、安全和社会效益。

2)本发明通过对石棉废物焙烧转相处理，相变为镁橄榄石，不仅实现转相解毒，且使其具有一定的耐火性能，对于可持续发展、降低环境污染具有重要的现实意义。

3)本发明利用石棉废弃物制备的免烧砖与烧结砖相比，节能环保，与其他免烧砖相比，拥有耐酸、耐急热急冷、耐高温优异性能。

4)本发明采用石棉废弃物代替天然砂，系高固废掺量免烧砖，缓解了天然砂的供求矛盾，可以消耗大量工业废渣，保护生态环境，节约用地，变废为宝。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将石棉废物粉磨后，进行焙烧处理，得到活化物料；

将活化物料与水泥混合均匀，继续加入水和外加剂并混匀，得到混合料；

将混合料压制成型，养护，得到免烧砖。

2.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述石棉废物包括石棉采选后剩下的废渣、石棉制品生产过程中的废料和含有石棉的废弃物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述石棉废物粉磨至粉体粒径为150mm～160mm；

所述焙烧温度为850℃～950℃，焙烧时间为10min～20min。

4.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，按质量份计，所述活化物料为90份～110份，所述水泥为12份～16份，所述水为12份～18份，所述外加剂为0.01份～0.12份。

5.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述水泥的平均粒径为24μm～35μm，且400目筛的通过率能够达到90％以上。

6.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述外加剂包括早强剂和减水剂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述压制成型的压力为15Mpa～20Mpa。

8.根据权利要求1所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法，其特征在于，所述养护方式为常温常压养护，所述养护湿度为50％～59％。

9.一种基于石棉废物制备的免烧砖，其特征在于，所述免烧砖采用如权利要求1～8中任一项所述的基于石棉废物制备免烧砖的方法制备获得。

10.根据权利要求9所述的基于石棉废物制备的免烧砖，其特征在于，所述免烧砖耐酸度为99％～99.5％。