一种轻质高强莫来石‑石英多孔砖及其制备工艺的制作方法

本发明属于资源环境领域、建筑材料技术领域，特别涉及一种以煤矸石矿业废渣为原料来制备轻质高强莫来石-石英多孔砖的制备工艺及其产品。

背景技术：

煤矸石是在采煤和洗煤过程中产生的一种固体废弃物，是在成煤过程中由煤矿、泥土和砂岩形成的一种坚硬的、含碳量较低的黑色混合物岩石，其主要成分是Al₂O₃与SiO₂，以及Fe₂O₃、K₂O等。据统计山西省煤矸石排放量约15亿吨，居全国首位，煤矸石山约1540座，占地约26万公顷，年均排放量约1亿吨。固体废弃物的堆积与排放不仅占用了大量的土地，污染水资源与土地资源，而且产生的固体粉尘也对生态环境造成了严重危害，同时也导致了Al₂O₃资源的浪费。煤矸石废物再利用，成为时下研究的新课题。

现有技术中提供了诸多以煤矸石为原料制备的砖，但是制备的砖强度较低，在车辆经过时极易碎裂，降低了煤矸石砖的使用寿命；另一方面，制备的煤矸石砖气孔率不足，导致雨水天气路面积水，不能快速地渗入地表，造成人们的出行不便。

技术实现要素：

本发明目的在于充分利用煤矸石，并在煤矸石基料中添加辅助材料，降低制砖成本，使得制备的砖具有轻质高强特性的同时，具有良好的气孔率，方便路面雨水快速渗入地表，本发明提供一种轻质高强莫来石-石英多孔砖及其制备工艺。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种轻质高强莫来石-石英多孔砖，它包括煤矸石、焦宝石和铝矾土，其中所述砖的原料组成为煤矸石、焦宝石、铝矾土、粉煤灰和粘土，其中各原料重量百分比含量为：煤矸石50~60%，焦宝石15~20%，铝矾土5~10%，粉煤灰12~15%，粘土8~12%。

优选的，煤矸石原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为22~25%，SiO₂含量为63~65%，K₂O含量为1~5%，Fe₂O₃含量为3~5%，其余为不可避免的杂质。

最优选的，煤矸石原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为24.5%，SiO₂含量为64.8%，K₂O含量为4.3%，Fe₂O₃含量为4.7%，其余不可避免的杂质含量为1.7%。

优选的，铝矾土原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为60~62%，SiO₂含量为17~26%，Fe₂O₃含量为4~9%，TiO₂含量为2~5%，其余为不可避免的杂质。

最优选的，铝矾土原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为61.5%，SiO₂含量为25.6%，Fe₂O₃含量为7.4%，TiO₂含量为4.7%，其余不可避免的杂质含量为0.8%。

制备轻质高强莫来石-石英多孔砖的工艺，按如下步骤依次进行：

a、按重量百分比含量：煤矸石50~60%，焦宝石15~20%，铝矾土5~10%，粉煤灰13~15%，粘土8~12%进行配料，配料后混合均匀，然后将混合干料置于球磨机中，再向球磨机中添加干料总质量15~20%的无水乙醇，利用球磨机混合2~5h后制得原料浆料；

b、将原料浆料置于烘干机中进行烘干，然后将烘干后的块状原料破碎获得混合原料粉末，破碎后的混合原料粉末通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

c、将混合原料粉末置于手动油压机中进行干压成型，获得干压成型坯体，所述手动油压机采用的压力为100KPa，保压时间为30s~1min；然后利用等静压机1200~1300MPa压力下保压3~5min，使干压成型坯体进一步致密化；

d、将致密化后的坯体在氮气或者氩气保护气氛中于1000℃～1200℃进行烧结，保温时间为1~3h，即获得成品轻质高强多孔砖。

进一步的，步骤b中烘干温度为100~110℃，烘干时间为1~3h。

进一步的，步骤d中优选的烧结方法是在氮气保护气氛中于1150℃中烧结并保温2.5h。

进一步的，制得的多孔砖的尺寸为：长250mm×宽250mm×高60mm。

进一步的，制得的多孔砖的密度为2.3~2.7g/cm³，维氏硬度为477.5~621.7MPa，显气孔率为18%~22%。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

根据本发明提供的制备方法所制备的轻质高强多孔砖，具有质量轻、强度高、保温隔热、吸声保音等优点，多孔砖以煤矸石为主要原料，实现煤矸石固废物的资源化利用，消除了因其堆放而带来的大量环境问题，具有显著的经济效益和环境效益，适用于工业化生产。同时，多孔砖内添加有适量的粘土，使得多孔砖成型过程中可塑性增强，有利于多孔砖成型，在此基础上，多孔砖内还添加有粉煤灰，可以有效降低多孔砖烧结温度，节约能源的同时降低生产成本。

附图说明

图1为本发明在1000℃烧结温度下莫来石-石英多孔砖SEM微观形貌图。

图2为本发明在1150℃烧结温度下莫来石-石英多孔砖SEM微观形貌图。

图3为本发明在1200℃烧结温度下莫来石-石英多孔砖SEM微观形貌图。

具体实施方式

下面结合实施实例对本发明做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的原料为：阳泉煤业（集团）有限责任公司周边排放的煤矸石矿与阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司提供的铝矾土矿。

实施例一

如图1所示，一种轻质高强莫来石-石英多孔砖，它包括煤矸石、焦宝石和铝矾土，其中所述砖的原料组成为煤矸石、焦宝石、铝矾土、粉煤灰和粘土，其中各原料重量百分比含量为：煤矸石50%，焦宝石20%，铝矾土5%，粉煤灰15%，粘土10%。

本实施例一中，煤矸石原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为23%，SiO₂含量为65%，K₂O含量为5%，Fe₂O₃含量为5%，其余不可避免的杂质含量为2%。

本实施例一中，铝矾土原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为60%，SiO₂含量为26%，Fe₂O₃含量为8%，TiO₂含量为5%，其余不可避免的杂质含量为1%。

制备轻质高强莫来石-石英多孔砖的工艺，按如下步骤依次进行：

a、按重量百分比含量：煤矸石50%，焦宝石20%，铝矾土5%，粉煤灰15%，粘土10%进行配料，配料后混合均匀，然后将混合干料置于球磨机中，再向球磨机中添加干料总质量15%的无水乙醇，利用球磨机混合2h后制得原料浆料；

b、将原料浆料置于烘干机中进行烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为1h。

然后将烘干后的块状原料破碎获得混合原料粉末，破碎后的混合原料粉末通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

c、将混合原料粉末置于手动油压机中进行干压成型，获得干压成型坯体，所述手动油压机采用的压力为100KPa，保压时间为30s；然后利用等静压机1200MPa压力下保压3min，使干压成型坯体进一步致密化；

d、将致密化后的坯体在氮气保护气氛中于1000℃进行烧结，保温时间为1h，即获得成品轻质高强多孔砖。

本实施例一制得的多孔砖的尺寸为：长250mm×宽250mm×高60mm。

本实施例一制得的多孔砖的密度为2.3g/cm³，维氏硬度为477.5MPa，显气孔率为18%，该多孔砖密度低、硬度强，符合工程实际需求。

实施例二

如图2所示，一种轻质高强莫来石-石英多孔砖，它包括煤矸石、焦宝石和铝矾土，其中所述砖的原料组成为煤矸石、焦宝石、铝矾土、粉煤灰和粘土，其中各原料重量百分比含量为：煤矸石54%，焦宝石16%，铝矾土5%，粉煤灰14%，粘土11%。

本实施例二中，煤矸石原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为24.5%，SiO₂含量为64.8%，K₂O含量为4.3%，Fe₂O₃含量为4.7%，其余不可避免的杂质含量为1.7%。

本实施例二中，铝矾土原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为61.5%，SiO₂含量为25.6%，Fe₂O₃含量为7.4%，TiO₂含量为4.7%，其他不可避免的杂质含量为0.8%。

制备轻质高强莫来石-石英多孔砖的工艺，按如下步骤依次进行：

a、按重量百分比含量：煤矸石54%，焦宝石16%，铝矾土5%，粉煤灰14%，粘土11%进行配料，配料后混合均匀，然后将混合干料置于球磨机中，再向球磨机中添加干料总质量18%的无水乙醇，利用球磨机混合3.5h后制得原料浆料；

b、将原料浆料置于烘干机中进行烘干，烘干温度为108℃，烘干时间为2.5h，然后将烘干后的块状原料破碎获得混合原料粉末，破碎后的混合原料粉末通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

c、将混合原料粉末置于手动油压机中进行干压成型，获得干压成型坯体，所述手动油压机采用的压力为100KPa，保压时间为45s；然后利用等静压机1250MPa压力下保压3.5min，使干压成型坯体进一步致密化；

d、将致密化后的坯体在氮气或者氩气保护气氛中于1150℃进行烧结，保温时间为2.5h，即获得成品轻质高强多孔砖。

本实施例二中制得的多孔砖的尺寸为：长250mm×宽250mm×高60mm。

本实施例二中制得的多孔砖的密度为2.6g/cm³，维氏硬度为527.45MPa，显气孔率为21.7%，该多孔砖密度低、硬度强，符合工程实际需求。

实施例三

如图3所示，一种轻质高强莫来石-石英多孔砖，它包括煤矸石、焦宝石和铝矾土，其中所述砖的原料组成为煤矸石、焦宝石、铝矾土、粉煤灰和粘土，其中各原料重量百分比含量为：煤矸石60%，焦宝石15%，铝矾土5%，粉煤灰12%，粘土8%。

本实施例三中，煤矸石原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为25%，SiO₂含量为65%，K₂O含量为4.7%，Fe₂O₃含量为4.3%，其余不可避免的杂质为1%。

本实施例三中，铝矾土原料组成及其重量百分比含量为：Al₂O₃含量为62%，SiO₂含量为23%，Fe₂O₃含量为9%，TiO₂含量为5%，其他不可避免的杂质含量为1%。

制备轻质高强莫来石-石英多孔砖的工艺，按如下步骤依次进行：

a、按重量百分比含量：煤矸石60%，焦宝石15%，铝矾土5%，粉煤灰12%，粘土8%进行配料，配料后混合均匀，然后将混合干料置于球磨机中，再向球磨机中添加干料总质量15~20%的无水乙醇，利用球磨机混合5h后制得原料浆料；

b、将原料浆料置于烘干机中进行烘干，烘干温度为110℃，烘干时间为3h，然后将烘干后的块状原料破碎获得混合原料粉末，破碎后的混合原料粉末通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

c、将混合原料粉末置于手动油压机中进行干压成型，获得干压成型坯体，所述手动油压机采用的压力为100KPa，保压时间为1min；然后利用等静压机1300MPa压力下保压5min，使干压成型坯体进一步致密化；

d、将致密化后的坯体在氮气或者氩气保护气氛中于1200℃进行烧结，保温时间为3h，即获得成品轻质高强多孔砖。

本实施例三中制得的多孔砖的尺寸为：长250mm×宽250mm×高60mm。

本实施例三中制得的多孔砖的密度为2.7g/cm³，维氏硬度为621.7MPa，显气孔率为22%，该多孔砖密度低、硬度强，符合工程实际需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。