专利名称：一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用赤泥和镁渣生产免烧砖的方法，属资源综合利用及新型建材技术领域。
背景技术：
赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体废渣，按照氧化铝生产工艺的不同，分为烧结法、 拜耳法和混联法赤泥。因氧化铝生产方法和铝土矿品质不同，赤泥的化学成分、物理性质和矿物相不同，但因氧化铁含量较高，其外观颜色与红土相似，故一般通称为赤泥。无论烧结法赤泥还是拜耳法赤泥，其共同的特性都含碱，由于碱的存在，导致赤泥的利用难度很大， 这是赤泥利用率低的主要原因。我国是世界第四大氧化铝生产国，每生产1吨氧化铝约产生赤泥1. 5吨(折干)，每吨干赤泥还附带3 4m3的含碱废液。据不完全估计，我国每年排放赤泥一千多万吨，赤泥累计堆存量高达数千万吨，主要以筑坝湿法堆存为主，其利用率仅为10%左右，随着铝工业的发展和铝矿石品位的降低，赤泥排放量将越来越大，其所产生的环境问题已成为企业可持续发展的重大制约因素。从我国的国情出发，铝工业在相当长时间内仍将保持旺盛的发展势头，但若赤泥产生的污染问题、土地占用问题、资源浪费问题得不到有效解决，将严重影响铝工业的可持续发展。而要使赤泥这种大宗固体废弃物得到广泛应用，就必须首先解决赤泥碱的稳定化及其综合利用技术，这是一个长期困扰国内外氧化铝工业但又悬而未解的重大课题。目前，国外关于赤泥的资源化应用主要有(1)拜耳法赤泥用于生产水泥、制造人工轻骨料混凝土、用作浙青填料、生产砖、用作道路基层材料等。(2)拜耳法赤泥在农业、环境等方面利用研究。如德国试验用拜耳法赤泥和软泥混合填充低凹地，变贫瘠的土地为良田；美国、日本利用拜耳法赤泥作废水、废气的净化剂，效果良好，成本低等。(3)烧结法赤泥用于生产水泥。如，前苏联以霞石为原料生产氧化铝的沃尔霍夫、阿钦、及卡列夫氧化铝厂利用赤泥生产水泥，并进行石灰石、烧结法赤泥两组分配料试验，水泥可利用赤泥6 795kg/t,为烧结法赤泥的综合利用开辟了途径。我国针对赤泥综合利用主要是生产水泥，如烧结法赤泥用于生产水泥、赤泥代黏土烧制普通硅酸盐水泥、赤泥代替黏土烧制油井水泥、赤泥生产硫酸盐水泥；赤泥用作新型墙体材料也有报道，如，华中科技大学等有关学者在用赤泥、粉煤灰生产免烧结砖方面也有研究，山东铝业公司利用赤泥作新型墙体材料进行了大量研究。此外，还有少量利用赤泥烧制微晶玻璃和水处理用多孔陶粒滤料的报道，赤泥用作脱硫剂、絮凝剂、水处理剂、回收赤泥中有价元素的技术也有研究报道。从赤泥的主要组成来看，其具有在水泥、混凝土、陶瓷、 建材、道路等行业规模化应用的潜力，这也是目前烧结法赤泥主要用于生产水泥的主要原因。可见，国内烧结法赤泥已有不同程度的利用，但因其具有排量大、含水率高、碱性强等特点，拜耳法赤泥的综合利用进展不大。镁渣是生产金属镁时排出的工业废渣，生产金属镁的方法分为电解法、硅热还原法、碳热还原法、碳化物还原法。硅热还原法又分为意大利的皮江法和法国的半连续硅热法。在我国，主要采用的方法是硅热还原法中的皮江法，是用硅铁(Si>75% )还原煅烧的白云石，在耐热钢制成的罐中，抽真空并加热至一定温度则会有镁蒸气析出，在罐的冷端设有一筒形冷凝器，冷凝收集镁，再经过精炼即可得到成品镁。为了提高反应速率，一般在炉料中配人一定量的添加剂，如CaF2等，生产金属镁。还原后生成的废渣即为镁渣，呈灰色粗细颗粒状和粉状，每生产U金属镁约排出9t的镁渣。镁渣的成分波动范围CaO :40% 50%，Si02 :20% 30%，Al203:2% 5%，MgO 10%，Fii2O3 约 9%。从其矿物组成来看，镁渣较适合用于建筑建材工业。国外对镁渣利用的研究和报道很少，检索发现，巴西联邦大学的学者对这种工业废料做了初步的研究，发现镁渣材料化学成分大体由CaO和SiO2,MgO和!^e2O3组成，这些化学成分之间相互作用可以生成CaSiO4, CaMgSiO4,MgO和Ca (OH) 2等结晶产物，镁渣掺入到砂浆中后与硅酸盐水泥相比，所含的碱性氧化物成分(K2O和Na2O)极低，可以提高砂浆的耐久性。在国内，镁厂排出的镁渣大都作为废物进行排放堆积，不仅占用了大量的土地资源，而且对农作物和周围环境造成了极大的影响。随着雨水的冲淋，镁渣汇入江河湖泊会对水体造成极大影响，严重危及人类健康和农作物生长。在镁渣利用方面，武汉理工大学、西南工学院、合肥水泥研究院、山西建筑科学研究院等单位进行了探索研究。如，丁庆军等对镁渣作为水泥混合材进行了研究，霍冀川等对镁渣配料煅烧硅酸盐水泥熟料进行了研究， 黄从运等对利用镁渣制备高性能硅酸盐水泥熟料和以镁渣替代石灰石配料烧制硅酸盐水泥熟料进行了研究，赵爱琴等对利用镁渣制备新型墙体材料进行了研究，将镁渣直接磨细与一定比例的磨细矿渣混合，在复合激发剂作用下，配制胶结料生产各种新型墙体材料。从目前国内外关于赤泥和镁渣利用的总体情况来看，主要集中在单独以赤泥或镁渣为主原料、或辅助原料，配合粉煤灰、矿渣、工业石膏等生产水泥或道路材料或各种新型墙体材料等方面，而且要求较低的赤泥含水率和泛碱率(拜耳法赤泥因含水较大和碱性强而利用较少)，并需配合使用工业原料作为辅料(如，需要加入硫酸镁中和赤泥中所含的游离碱、防止泛霜等)。而以高含水率的赤泥和镁渣作为主要原料，以工业固体废弃物为辅料 (非工业原料)，完全利用废弃物，采用压制成型技术，生产建筑免烧砖的研究和应用，还未见报道。
发明内容
本发明的目的是以赤泥和镁渣为主要原料，工业废渣作骨料，在综合利用赤泥和镁渣的同时，缓解赤泥、镁渣堆存处理带来的环境污染问题。本发明的技术方案是以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，由赤泥和镁渣、骨料组成， 赤泥镁渣骨料的质量比为45 50:35 40:10 15。所述赤泥为烧结法或拜耳法、混联法氧化铝生产过程中产生的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。所述骨料是经高温快冷的工业固体废弃物如沸腾炉渣、高炉渣、钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣中的一种或两种及以上的混合物，骨料中的Si&+Al203>65%。沸腾炉渣是低发热量煤用于沸腾炉燃烧生产蒸汽的固体废弃物，高炉渣是高炉冶炼的水淬渣，钢渣是炼钢过程产生的固体废弃物，煤渣是燃煤锅炉的炉底排渣，黄磷炉渣是电炉法黄磷生产过程中产生的固体废弃物，水煤气汽化渣是用原煤、焦炭生产水煤气或半水煤气的固体废弃物。加入的工艺水是自来水或回收的中水、含碱废水、冷凝水。本发明可以由以下方法获得
以赤泥和镁渣为主要原料、其它工业废渣为骨料，先对镁渣和骨料进行预处理，然后将它们按赤泥镁渣骨料=45 50:35 40:10 15的质量比，与赤泥混合得到混合料，加水调整混合料含水量，混合料与水质量比为100J8 32，再经混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。所述镁渣的预处理是指镁渣在蒸压釜内，经0. 8 1. OMPa的蒸汽处理3 5小时，自然冷却后粉磨成过0. 083mm方孔筛筛余量小于10%的粉体；骨料的预处理将骨料 (沸腾炉渣、高炉渣、钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣)过15mm方孔筛，然后将筛余物进行破碎，使粒度大于15mm以上的骨料比例小于5%。所述混合料的混合过程包括初混和强制混合两个过程。初混是指按质量混配后的赤泥、粉体镁渣和骨料在搅拌的同时补加工艺水，初步实现物料间的宏观均勻，搅拌3 5 分钟；揉混是将初混后的物料进行二次强制混合，以保证物料间的微观分散均化，揉混操作时间为3 5分钟。所述强制混合后的物料经强制给料装模、压制成型，生坯经自动码垛进行码坯，再由迁引车送入蒸养釜进行蒸汽养护，先抽去釜内空气，再打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30°C，2小时后开大蒸气，控制釜内蒸汽压力为0. 8 IMPa，维持正常养护温度170 180°C养护6 8小时，得成品。按检测项目取样，进行产品性能检测，特别是碱金属溶出试验即泛霜试验。与现有技术相比，本发明具有如下优点
(1)与其它赤泥生产建筑免烧砖比，本发明所用赤泥原料水分可高达60%以上，输送来的赤泥经简单沉降后即可满足生产要求。(2)与其它赤泥生产免烧砖比，不需用任何有价工业原料，全部物料均为工业固体废弃物，废物利用率达100%。(3)产品不泛碱。本发明充分利用了赤泥和镁渣的物理化学特性，经养护后，可溶性碱最终形成了长石类结构，解决了赤泥生产建筑材料泛碱的难题。本发明结合我国氧化铝企业赤泥量大、利用率低的实际情况，充分利用镁渣的组成结构和化学特性，形成了以硅铝酸钙、水化硅酸钙、硅铝酸钠等为主体的矿物结构，解决了传统赤泥生产的免烧建筑材料泛碱问题，其产品性能符合建筑用标砖质量要求。免烧砖主要原材料为赤泥、镁渣等工业废渣，工业废弃物使用率达100%，有利于解决赤泥、镁渣堆存处理而带来的环境污染问题，为赤泥和镁渣的资源化利用开辟了一条新的利用途径。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的技术内容不限于所述范围。实施例1 生产以赤泥和镁渣为主材压制成型的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、骨料，赤泥与镁渣、骨料的干基质量比为45:40:15，骨料是Si&+Al203=85%的沸腾炉渣。该赤泥和镁渣为主材压制成型生产免烧砖的方法，是以赤泥和镁渣为主要原料、 其它工业废渣为骨料，按赤泥镁渣骨料质量比为45:40:15配混合料，并加入工艺水调整混合料与水质量比为100 :30，再经初混、强制混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序， 得到免烧砖。赤泥为烧结法的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣，骨料是Si&+Al203=75%的沸腾炉渣(低发热量煤用于沸腾炉燃烧生产蒸汽的固体废弃物)，加入的工艺水是自来水。镁渣预处理将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，经0. SMPa饱和蒸汽处理5小时，自然冷却后粉磨成过 0. 083mm方孔筛筛余量小于10%的粉体。骨料预处理将沸腾炉渣过15mm方孔筛，然后将筛余物二次破碎，使粒度大于15mm以上的骨料比例小于5%。混合料分别经3分钟初混、5分钟的强制混合后，混合料经强制给料装模、压制成型，生坯经自动码垛进行码坯，再由迁引车送入蒸养釜进行蒸汽养护，先抽去釜内空气，再打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30°C，2小时后开大蒸气，控制釜内蒸汽压力为0. 8MPa，维持正常养护温度170°C，养护8小时，即得产品。经3天后进行性能测定平均抗压强度13. 21MPa、平均抗折强度3. 17MPa,吸水率 13. 27%、碳化系数82 . 00%、软化系数86. 34%，25次冻融循环抗压强度损失8. 3%，质量损失为1. 86%，振荡Mh，碱金属溶出率为17. 7mg/kg干基标砖。实施例2 实施例1 生产以赤泥和镁渣为主材压制成型的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、沸腾炉渣、煤渣，赤泥与镁渣、沸腾炉渣、煤渣的干基质量比为45:40:10:5，骨料是沸腾炉渣与煤渣的混合物，混合物中Si&+Al203=67%。该赤泥和镁渣为主材压制成型生产免烧砖的方法，是以赤泥和镁渣为主要原料、 沸腾炉渣和煤渣为骨料，按赤泥镁渣沸腾炉渣煤渣=45:40:15的质量比配料，加入工艺水调整混合料与水的质量比为100 :31，再经初混、强制混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。所用赤泥为拜耳法赤泥，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣，加入的工艺水是生活生活污水处理后回收的中水。镁渣预处理将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，通入0. 9MPa蒸汽处理4小时，自然冷却后粉磨成过0. 083mm 方孔筛筛余量小于10%的粉体。骨料预处理将沸腾炉渣和煤渣过15mm方孔筛，筛余物经二次破碎，使粒度大于15mm以上的骨料比例小于5%。混合料调整水分后的混合过程包括初混和揉混两个过程，初混是将计量后的赤泥、粉体镁渣、沸腾炉渣和煤渣用双轴卧式搅拌机搅拌4分钟，揉混是将初混后的物料用双轴揉混机进行二次强制混合3分钟，以保证物料间的微观分散均化。强制混合后的物料经强制给料装模、压制成型，生坯经自动码垛进行码坯，再由迁引车送入蒸养釜进行蒸汽养护，先抽去釜内空气，再打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30°C，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为0. 9MPa，维持正常养护温度 175°C养护7小时，得到成品。
经3天后进行性能测定平均抗压强度12. 67MPa、平均抗折强度3. 07MPa,吸水率 14. 30%、碳化系数83. 17%、软化系数85. 63%，25次冻融循环抗压强度损失7. 8%，质量损失为 2. 10%,振荡Mh，碱金属溶出率为43. 17mg/kg干基标砖。实施例3 生产以赤泥和镁渣为主材压制成型的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、 骨料，赤泥与镁渣、骨料的质量比为50:40:10，骨料是SiA+Al203=70%的高炉炉渣。所用赤泥为混联法氧化铝生产过程中产生的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣，加入的工艺水是造纸厂回收的含碱废水。镁渣预处理将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，经1. OMI^a蒸汽处理3小时，自然冷却后粉磨成过0. 083mm方孔筛余量小于10%的粉体。骨料预处理将高炉渣骨料过15mm方孔筛，筛余物进行二次破碎，使粒度大于15mm以上的骨料比例小于5%。按赤泥镁渣高炉炉渣=50:40:10的质量比配料，加入工艺水调整混合料与水的质量比为100 :28，再经混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。混合料调整水分后的混合过程包括初混和揉混两个过程，初混是将计量后的赤泥、粉体镁渣和骨料用双轴卧式搅拌机搅拌5分钟，揉混是将初混后的物料用双轴揉混机进行二次强制混合4分钟，以保证物料间的微观分散均化。所述强制混合后的物料经强制给料装模、压制成型，生坯经自动码垛进行码坯，再由迁引车送入蒸养釜进行蒸汽养护，先抽去釜内空气，再打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30°C，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为IMPa，维持正常养护温度180°C养护6小时，得到成品。经3天后进行性能测定平均抗压强度14. llMPa、平均抗折强度3. 57MPa,吸水率 9. 13%、碳化系数85. 77%、软化系数85. 32%，25次冻融循环抗压强度损失5. 70%，质量损失为 1. 27%，振荡Mh，碱金属溶出率为27. 29mg/kg干基标砖。实施例4 生产以赤泥和镁渣为主材压制成型的免烧砖，其组成物为赤泥、镁渣、 钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣，赤泥与镁渣、钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣的干基质量比为45:35:4:2:3:3，骨料是钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣的混合料、骨料中 Si&+Al203=65%。以赤泥和镁渣为主材压制成型生产免烧砖的方法，是以赤泥和镁渣为主要原料、 钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣为骨料，先对镁渣和骨料进行预处理，然后将它们按赤泥镁渣钢渣煤渣黄磷炉渣水煤气汽化渣=45:35:4:2:3:3的干基质量比混合均勻， 并加入工艺水调整混合料的料、水质量比为100 :32，再经混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。所用赤泥为拜耳法生产过程中产生的、经堆积自然滤水后的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣，加入的工艺水是回收的冷凝水。镁渣使用前的预处理，是将镁渣装入无上盖、四周各边带Φ3小孔的方型筐内，方筐摆于养护小车上，由迁引车送入蒸养釜，经IOMPa蒸汽处理4小时，自然冷却后粉磨成过 0. 083mm方孔筛余量小于10%的粉体。骨料的预处理，是先将钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣过15mm方孔筛，然后将筛余物用打砂机打碎，使粒度大于15mm以上的骨料比例小于 5%。
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混合料调整水分后的混合包括初混和揉混两个过程，初混是将计量后的赤泥、粉体镁渣和骨料用双轴卧式搅拌机搅拌4分钟，揉混是将初混后的物料用双轴揉混机进行二次强制混合5分钟，以保证物料间的微观分散均化。强制混合后的物料经强制给料装模、压制成型，生坯经自动码垛进行码坯，再由迁引车送入蒸养釜进行蒸汽养护，先抽去釜内空气，再打开蒸汽阀，缓慢升温，开始2小时，控制升温速度每半小时30°C，2小时后开大蒸气，控制蒸汽压力为0. 9MPa，维持正常养护温度 (170°C)养7小时，得到成品。经3天后进行性能测定平均抗压强度13. 58MPa、平均抗折强度3. 42MPa,吸水率 8. 67%、碳化系数86. 5%、软化系数86. 32%，25次冻融循环抗压强度损失6. 43%，质量损失为 1. 32%，振荡Mh，碱金属溶出率为20. 45mg/kg干基标砖。
权利要求
1.一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征在于由赤泥与镁渣、骨料组成。
2.按照权利要求书1所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是赤泥镁渣骨料的质量比为45 50:35 40:10 15。
3.按照权利要求书1或2所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是赤泥为烧结法或拜耳法、混联法氧化铝生产过程中产生的工业废渣，镁渣为硅热还原法中的皮江法生产金属镁时排出的工业废渣。
4.按照权利要求书1或2所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征是骨料是经高温快冷的工业固体废弃物如沸腾炉渣、高炉渣、钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣中的一种或多种的任意混合物。
5.按照权利要求书4所述的以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，其特征在于 骨料中的 Si&+Al203>65%。
全文摘要
本发明涉及一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，属资源综合利用及新型建材技术领域。由赤泥和镁渣、骨料组成，赤泥镁渣骨料的质量比为45～5035～4010～15；混合料与水分的比为10028～32。骨料是经高温快冷的工业固体废弃物如沸腾炉渣、高炉渣、钢渣、煤渣、黄磷炉渣、水煤气汽化渣中的一种或多种任意混合物，骨料中的SiO2+Al2O3>65%。由原料预处理、混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖。生产工艺简单，能耗低，其制品具有强度高，碳化系数高，软化系数高，吸水率低，抗湿热交替，抗冻性好，不泛碱等特点。
文档编号C04B18/14GK102276225SQ201110209460
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者夏举佩, 师垒垒, 张召述, 谷立轩 申请人:昆明理工大学