本发明属于环境保护和资源利用技术领域，具体涉及一种冶金渣烧结砖及制备方法。
背景技术：
在冶金工业的生产过程中，会产生大量的固体废弃物，即冶金渣。如，在钢铁产业中，我国年产粗钢8亿多吨，钢渣产量占粗钢产量的12％-20％；在制铝行业，每生产1t氧化铝，可产生0.8-1.5t赤泥，我国每年约有数百万吨的赤泥生成。大量的冶金渣不仅占用了大量宝贵的土地资源，还严重地污染了环境，这给人们的生产和生活造成多方面直接或间接的影响。目前，我国钢渣利用率不足30％，赤泥的利用率仅为4％，寻求钢渣和赤泥等冶金渣大规模和资源化利用的有效途径成为冶金企业乃至全社会共同面临的重大课题。
目前，钢铁厂处理钢渣的主要方法是将钢渣破碎、球磨、磁选回收其中的铁质资源。而磁选后的钢渣尾渣则大量堆存，没有得到有效地开发和利用。公开号为CN104556753A的中国专利提供了一种钢渣水泥的制备方法，就是将一定量的钢渣作为添加剂掺杂在水泥生料中。由于湿法球磨后的钢渣中含有大量的水，其中的游离氧化钙已转化为氢氧化钙，降低了其用作水泥原料的活性。另外，将一定含水量的选铁尾渣烘干和细磨需要消耗大量的能量，这也限制了其在水泥方面上的应用。为了保证这种水泥生料满足一定的活性要求，钢渣的添加量只能控制在20％内，不能实现钢渣的大规模和资源化利用。赤泥，由于其强碱性，利用难度大。近年来，赤泥综合利用工作在我国得到高度重视，并已开展了一定的跨学科的综合利用和开发技术研究，如提取有价金属、环境材料领域及其它复合材料领域。虽然这些研究有利于提高赤泥的附加值，但是其利用率有限，不能实现赤泥的规模化利用。
将冶金渣应用在陶瓷行业，不仅可以解决冶金渣的利用问题，还可以解决陶瓷行业传统优质原料的短缺，作为一种可替代性和低成本的原料，降低生产成本，应对市场的竞争加剧。公开号为CN104876617A的中国专利提供了一种利用粉煤灰制备陶瓷砖的方法，该陶瓷砖具有很好的吸水性和硬度。但是，与陶瓷砖主要成分同为Al2O3、SiO2的粉煤灰在整个原料体系中仅仅作为一种集料，并不参与陶瓷原料(如粘土)间的反应，大大限制了这些固体废弃物的利用率。专利公开号为CN101386528A的中国专利提供了一种利用冶金钢渣生产陶瓷的方法。但是，将高硬度的钢渣破碎到满足陶瓷原料的粒度需要消耗大量的能量。同时，陶瓷产品对于其原料的含铁量有着其为苛刻的标准，这也对钢渣或赤泥深度选铁工艺提出了更高的要求。此外，该工艺要经过湿磨、喷雾造粒等复杂工艺，对原料成分和物理性质要求较高，也限制了冶金渣在陶瓷领域中的应用，并不能规模化的解决冶金渣的利用问题。
技术实现要素：
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种冶金渣烧结砖及制备方法，实现冶金渣的大规模利用，节约矿产资源，同时，低成本、低能耗、高效率地生产出合格的烧结砖，实现资源的综合利用，保护环境。
根据本发明的一个方面，提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将符合预设条件的冶金渣、粘土和/或页岩、添加剂按预设配比进行混合，将混合后的混合物陈腐后进行成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑烧制，得到烧结砖。
上述方案中，所述预设配比，按各原料干重的重量份数，为：
冶金渣，5-60份；
粘土和/或页岩，40-95份；
添加剂，0-5份。
上述方案中，所述符合预设条件的冶金渣，进一步为：
粒度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为15％-50％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为10％-40％的选铁尾渣、和/或钢渣、和/或赤泥。
上述方案中，所述添加剂进一步为助熔剂。
上述方案中，所述入窑烧制，烧结温度为950-1100℃。
上述方案中，所述成型为砖坯，通过压制成型或挤出成型。
上述方案中，优选的，所述冶金渣的干重重量份数为5-30份。
上述方案中，优选的，所述冶金渣的干重重量份数为30-60份。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种冶金渣烧结砖，所述冶金渣烧结砖通过上述冶金渣烧结砖制备方法进行制备。
从上述实施例的技术方案可以看出，本发明所提供的冶金渣烧结砖制备方法，将符合预设条件的冶金渣、粘土和/或页岩、添加剂按预设配比进行混合，将混合后的混合物陈腐后进行成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑烧制，得到烧结砖。通过控制冶金渣的预设条件，可直接将常规细碎的粘土、添加剂与其搅拌混合，无需再次破碎，从而大大降低制备能耗，实现冶金-选铁-制砖工艺的链接，同时，含钙含铁的冶金渣具有部分塑性料的性质，可以直接使用粒度小于1毫米的原料，并且所制备的烧结砖具有较好的排气效果和生坯强度；由于冶金渣含有氧化铁以及钠、钾等杂质组分，因此本身具有降低熔点的功能，冶金渣中的铁、钙、镁等氧化物能够与含硅原料形成低共熔化合物，可降低烧结反应的温度；通过控制冶金渣中氧化铁含量、烧制温度和烧结气氛等因素，获得不同颜色的烧结砖，因此，烧结砖中无需加入昂贵的着色剂，降低了原料成本。从而实现了冶金渣的大规模利用，节约矿产资源，同时，低成本、低能耗、高效率地生产出合格的烧结砖，实现资源的综合利用，保护了环境。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明进行详细描述。
烧结砖，作为陶瓷砖的一种，对其原料的成分有着较为宽松的要求。而冶金渣中的铁、钙、镁等氧化物能与粘土、页岩等原料反应形成硅酸盐晶体矿物，不仅可以提高冶金渣在烧结砖原料中的添加量，利于冶金渣的大规模使用，而且可以提高烧结砖的性能。另外，冶金渣中一定的铁含量还可以有效地降低烧结砖的温度，并在不同掺量、不同烧结温度作用下，可以使烧结砖呈现不同的颜色，从而无需添加昂贵的着色剂，降低烧结砖的生产成本。因此，本发明实施例的利用冶金渣制备烧结砖，是冶金渣大规模、资源化和环保利用的有效途径，也可有效的降低烧结砖的有能耗及烧成温度，节约原材料，从而有效的降低的生产成本；而所制备的冶金渣烧结砖，具有低成本、高性能、多色系的优点。
本发明通过将符合预设条件的冶金渣、粘土和/或页岩、添加剂按预设配比进行混合，将混合后的混合物陈腐后进行成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑烧制，得到烧结砖。
传统的废弃建筑垃圾、建筑陶瓷、河沙、粉煤灰等集料，以氧化硅等成分为主，几乎不与粘土反应。而含钙含铁的冶金渣，如本实施例的选铁尾渣，在烧结砖中不仅粗颗粒起到集料作用，而且细颗粒还起到原料作用，和陶瓷一起反应，增强了烧结砖性能。发生反应的原因是冶金渣中含有铁、钙、镁等氧化物，能够与粘土原料中的硅、铝等氧化物反应，生成硅酸盐晶体矿物。因此，冶金渣在烧结砖中添加量显著增加，可达到以百分含量计的原料干重总量的60％。
要使冶金渣达到预设条件，则需要控制冶金生产过程中的破碎、球磨和磁选工艺。如此，可获得粒度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为15％-50％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为10％-40％的冶金渣，从而直接将常规细碎的粘土、添加剂与其搅拌混合，无需再次破碎，从而大大降低制备能耗，实现冶金-选铁-制砖工艺的链接。传统的含硅废弃物为瘠性料，粒度不能小于1毫米，只能作为集料；然而含钙含铁的冶金渣具有部分塑性料的性质，可以直接使用粒度小于1毫米的原料，并且具有较好的排气效果和生坯强度。
烧结砖坯体送入窑内烧制的烧制温度为950-1100℃，烧结温度较低，能够实现节能。由于冶金渣含有氧化铁以及钠、钾等杂质组分，因此本身具有降低熔点的功能；同时，冶金渣中的铁、钙、镁等氧化物能够与含硅原料形成低共熔化合物，降低了烧结反应的温度。
当冶金渣掺量控制为以百分含量计的原料干重总量的30％以下时，烧结砖的颜色一般是红色(或黄色)过渡到棕色或褐色，或者呈现相应颜色的斑点；当冶金渣掺量控制为以百分含量计的原料干重总量的30％-60％时，烧结砖的颜色一般是棕色过渡到褐色或黑色。通过控制冶金渣的掺量从而控制氧化铁含量、烧制温度和烧结气氛等因素，可以获得不同颜色的烧结砖，因此，烧结砖中无需加入昂贵的着色剂，可以降低原料成本。
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
第一实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为15％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为40％的选铁尾渣5份、以重量份数计的粘土95份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过压制成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在1100℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为红色，吸水率为5.1％，抗压强度为125MPa。
第二实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为50％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为10％的赤泥20份、以重量份数计的页岩80份、重量份数计的助熔剂2份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过挤压成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在1000℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为红色，吸水率为4.7％，抗压强度为285MPa。
第三实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为30％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为25％的钢渣尾渣30份、以重量份数计的粘土和页岩混合物70份、重量份数计的助熔剂1.5份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过挤压成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在1070℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为颜色为棕色，吸水率为6.4％，抗压强度为202MPa。
第四实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为41％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为22％的选铁尾渣40份、以重量份数计的页岩60份，以重量份数计的助熔剂3份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过压制成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在1010℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为颜色为褐色，吸水率为7.5％，抗压强度为182MPa。
第五实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为15％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为40％的赤泥和选铁尾渣的任意比混合物50份、以重量份数计的粘土50份，以重量份数计的助熔剂4份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过挤压成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在980℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为褐色，吸水率为9.8％，抗压强度为108MPa。
第六实施例
本实施例提供了一种冶金渣烧结砖的制备方法，所述方法包括：
将以重量份数计的破碎、球磨工艺排出的度为1mm筛的筛余小于1％、CaO的质量占冶金渣总质量的百分比为22％、且Fe2O3的质量占冶金渣总质量的百分比为38％的选铁尾渣60份、以重量份数计的粘土40份，以重量份数计的助熔剂5份，混合均匀，将混合后的混合物陈腐后，通过压制成型为砖坯，将砖坯干燥后，入窑，在950℃的温度下烧制，从而得到烧结砖。
本实施例还提供了一种通过上述方法制备的烧结砖，所述烧结砖颜色为黑色，吸水率为7.8％，抗压强度为122MPa。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。