一种煤矸石烧结砖的制备方法
技术领域
本发明涉及砖领域，更具体地说，它涉及一种煤矸石烧结砖的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，烧结砖的需求量不断的增加，而常规的烧结砖常采用粘土作为原料，这就导致了在过去的几年中，大量使用粘土生产的烧结砖人为地破坏了很多良田耕地。为了解决上述问题，人们通过采用煤矸石和淤泥替换粘土作为原材料制作烧结砖，不仅减少了粘土的开采，同时将煤矸石和淤泥变废为宝。
如公告号为CN102603266B的中国发明专利中公开了一种煤矸石烧结砖方法，其操作步骤如下：A、将低热值煤矸石进行破碎成煤矸石粉碎物，煤矸石粉碎物中粒径为60-70目的细粉占50％以上，其余的粒径为3.5毫米以下；B、将污泥进行干化至含水量为15％～20％，再将干化后的污泥破碎成粒径为3.5毫米以下的污泥粉料；C、将步骤A制得的煤矸石粉碎物、步骤B制得的污泥粉料按重量配比煤矸石粉碎物：污泥粉料＝85％～90％：10％～15％混合均匀，得到混合物，然后往混合物中加水并搅拌均匀以获得砖坯原料，其中，加入的水量与砖坯原料的重量配比为水：砖坯原料＝5％～10％：1；D、砖坯原料经液压机以液压挤出成型方式压制成砖坯，其中，挤出压力为14～16MPa；E、将砖坯送入干燥室进行干燥至砖坯的含水量为5％～8％，然后送入隧道窑进行烧结，即得产品，烧结温度为950℃～1050℃，烧结时间为24h～30h。
通过现有技术中类似于上述的煤矸石烧结砖方法制备出的烧结砖，虽然其能够实现煤矸石以及淤泥的资源化利用。但是通过上述方法制备出的烧结砖，其孔洞率仅仅在25％-35％之间，烧结砖的孔洞率低，导致了烧结砖内部传热系数高，影响了砖的保温性能。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种煤矸石烧结砖的制备方法，其具有提升烧结砖孔洞率、保温性能、结构强度的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种煤矸石烧结砖的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将低热值煤矸石进行破碎成煤矸石粉碎物，煤矸石粉碎物中粒径为60-70目的细粉占50％以上，其余的粒径为3.5毫米以下；步骤二：将污泥进行干化至含水量为15％～20％，再将干化后的污泥破碎成粒径为3.5毫米以下的污泥粉料；步骤三，将步骤一制得的煤矸石粉碎物、步骤二制得的污泥粉料、碳酸氢钠按重量配比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠＝70％～85％：5％～10％：10％～20％混合均匀，得到混合物，然后往混合物中加水并搅拌均匀以获得砖坯原料，其中，加入的水量与砖坯原料的重量配比为水：砖坯原料＝10％～15％：1；步骤四，砖坯原料经杠杆压砖机压制成砖坯；步骤五，将砖坯送入干燥室进行干燥至砖坯的含水量为5％～8％，然后送入隧道窑进行烧结，即得产品，烧结温度为950℃～1050℃，烧结时间为24h～30h。
通过采用上述技术方案，步骤三的混合物内含有占比0.15左右的碳酸氢钠，碳酸氢钠俗称小苏打，其固体在50℃以上开始逐渐分解，生成碳酸钠、二氧化碳和水，在270℃时完全分解。
因此混合物在步骤四中制成砖坯后，在步骤五的烧结过程中会减轻质量，同时生成的二氧化碳以及水蒸气会溢出砖坯内部并产生发泡现象。由于碳酸氢钠在50℃开始分解，因此砖坯在烧结初期即开始出现发泡现象，此时的砖坯半成品还处于可塑性(柔性)状态，在二氧化碳以及水蒸气的冲击作用下，砖坯内部会被迫产生众多孔洞。在烧结结束后，产品内部的孔洞固化，得到的产品孔洞率高，经检测后，产品的孔洞率在43～47％之间,传热系数在0.75～0.82W/(m2k)之间，保温效果好。
进一步优选为，对步骤五得到的产品进行静置老化1～3天。
通过采用上述技术方案，由于碳酸钠长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳，生成碳酸氢钠，并结成硬块。因此产品内部的碳酸钠会在老化后在孔洞内壁结成硬块，提高产品的抗压强度。
进一步优选为，所述静置老化条件为湿度80～85％RH、温度21～25℃、CO2浓度1000～1500ppm。
通过采用上述技术方案，间产品置于常温且湿度、CO2浓度较高的条件下，能够加速碳酸钠生成碳酸氢钠硬块，提高产品的抗压强度。
进一步优选为，步骤三中，在制备混合物时还加入有蛭石粉，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：蛭石粉＝70％～85％：5％～10％：10％～20％：2％～3％；步骤四中砖坯原料经杠杆压砖机压制成砖坯的过程中，保持压制温度为200～250℃。
通过采用上述技术方案，蛭石粉为粉状的蛭石，蛭石是一种在高温作用下会膨胀的硅酸盐矿物，蛭石被突然加热到200至300℃后会沿其晶体的c轴产生蠕虫似的剥落，并产生6-20倍的膨胀。因此在步骤四中，砖坯内部会因为蛭石的膨胀而产生孔洞，同时砖坯的表面在液压机的压力作用下不会因蛭石的膨胀而发生变形。
随着步骤四操作的结束，砖坯会在200至250℃的条件下预压成型，形成具有一定结构强度的砖坯雏形。同时，随着步骤四操作的结束，虽然蛭石会随着温度的降低发生轻微的收缩，但是被制造出来的孔洞在具有一定结构强度的砖坯内部不容易发生崩塌，使得最终制造出来的产品能够在保证结构强度的前提下极大的提升孔隙率，进而提高砖的保温性能。
进一步优选为，所述蛭石粉的粒径为80～100目。
通过采用上述技术方案，80～100目的蛭石粉粒径较小，在其膨胀后的粒径也较小，因此其对还未固化的砖坯的影响也得以减小，降低蛭石粉对砖坯外观的影响。
进一步优选为，所述步骤三中，在制备混合物时还加入有五水合碱式碳酸镁，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：五水合碱式碳酸镁＝70％～85％：5％～10％：10％～20％：3～5％。
通过采用上述技术方案，五水合碱式碳酸镁在加热至700℃分解为二氧化碳和氧化镁，其中，二氧化碳能够连通相互之间的孔隙，而氧化镁经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，在提砖体整体结构强度的同时提高孔隙连通率，进而砖的保温性能。
进一步优选为，所述步骤三中，往混合物中加水以及碳酸并搅拌均匀以获得砖坯原料，其中，加入的水量、碳酸量以及砖坯原料的重量配比为水：碳酸：砖坯原料＝8％～13％：1％～2％：1。
通过采用上述技术方案，碳酸十分容易分解成二氧化碳和水，在步骤三制备砖坯原料时时碳酸发生分解，因此砖坯原料在制作出来前，其内部就含有大量的孔洞，在步骤四中将砖坯原料进行压制成型时能够进一步提升孔洞率，进而提升砖的保温性能。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在步骤三制备混合物时加入一定比例的碳酸氢钠，碳酸氢钠在步骤五的烧结过程中会生成的二氧化碳以及水蒸气，二氧化碳以及水蒸气溢出未完全固化的砖坯内部会产生发泡现象，在烧结结束后，产品内部的孔洞固化，得到的产品孔洞率高，进而提高砖的保温性能，经检测后，产品的孔洞率在43～47％之间,传热系数在0.75～0.82W/(m2k)之间；
(2)在步骤三制备混合物时加入一定比例的蛭石粉，并在步骤四控制压制砖坯的温度为200～250℃，蛭石粉会在步骤四压制砖坯时膨胀，使得砖坯内部产生孔洞；同时，砖坯在200至250℃的条件下预压成型，会形成具有一定结构强度的砖坯雏形，使得被制造出来的孔洞在砖坯内部不容易发生崩塌，使得最终制造出来的产品能够在保证结构强度的前提下极大的提升孔隙率，进而提高砖的保温性能；
(3)在步骤三制备混合物时加入一定比例的五水合碱式碳酸镁，五水合碱式碳酸镁在加热至700℃分解为二氧化碳和氧化镁，其中，二氧化碳能够连通相互之间的孔隙，而氧化镁经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，在提砖体整体结构强度的同时提高孔隙连通率，进而砖的保温性能；
(4)在步骤三制备混合物时，往混合物中加水以及碳酸并搅拌均匀以获得砖坯原料，通过此操作，碳酸在步骤三制备砖坯原料前就会发生分解，因此砖坯原料在制作出来前，其内部就含有大量的孔洞，在步骤四中将砖坯原料进行压制成型时能够进一步提升孔洞率，进而提升砖的保温性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种煤矸石烧结砖的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将低热值煤矸石进行破碎成煤矸石粉碎物，煤矸石粉碎物中粒径为60目的细粉占50％，其余的粒径为3毫米；
步骤二：将污泥置于双轴桨叶干燥机干化至含水量为18％，控制双轴桨叶干燥机的温度为170℃，再将干化后的污泥破碎成粒径为3毫米的污泥粉料；
步骤三，将步骤一制得的煤矸石粉碎物、步骤二制得的污泥粉料、额外添加的碳酸氢钠按重量配比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠＝70％：5％：10％混合均匀，得到混合物。然后往混合物中加水并搅拌均匀以获得砖坯原料，其中，加入的水量与砖坯原料的重量配比为水：砖坯原料＝10％：1；
步骤四，砖坯原料经杠杆压砖机压制成砖坯，其中，压制温度为24.6℃；
步骤五，将砖坯送入隧道式干燥室进行干燥至砖坯的含水量为5％，然后送入隧道窑进行烧结，即得产品，烧结温度为1000℃，烧结时间为26h。
实施例2：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例1的不同之处在于，
步骤三中，混合物由重量配比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠＝85％：10％：20％混合制得。混合物中加入的水量与砖坯原料的重量配比为水：砖坯原料＝10％：1。
步骤五中，烧结温度为1050℃，烧结时间为24h。
实施例3：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例1的不同之处在于，对步骤五得到的产品进行静置老化1天，静置老化条件为湿度50％RH、温度24.6℃、CO2浓度385ppm。
实施例4：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例3的不同之处在于，静置老化条件为湿度85％RH、温度24.6℃、CO2浓度1250ppm。
实施例5：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例3的不同之处在于，静置老化天数为3天。
实施例6：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例1的不同之处在于，
步骤三中，在制备混合物时还加入有蛭石粉，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：蛭石粉＝70％：5％：10％：2％。其中，蛭石粉的粒径为60目。
步骤四中砖坯原料经杠杆压砖机压制成砖坯的过程中，保持压制温度为200℃。
实施例7：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例6的不同之处在于，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：蛭石粉＝85％：10％：20％：5％。
步骤四中砖坯原料经杠杆压砖机压制成砖坯的过程中，保持压制温度为250℃。
实施例8：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例6的不同之处在于，蛭石粉的粒径为80目。
实施例9：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例6的不同之处在于，蛭石粉的粒径为100目。
实施例10：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，在制备混合物时还加入有五水合碱式碳酸镁，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：五水合碱式碳酸镁＝70％：5％：10％：3％。
实施例11：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例10的不同之处在于，按照重量比煤矸石粉碎物：污泥粉料：碳酸氢钠：五水合碱式碳酸镁＝85％：10％：20％：5％。
实施例12：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，往混合物中加水以及碳酸并搅拌均匀以获得砖坯原料，其中，加入的水量、碳酸量以及砖坯原料的重量配比为水：碳酸：砖坯原料＝8％：1％：1。
实施例13：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例12的不同之处在于，加入的水量、碳酸量以及砖坯原料的重量配比为水：碳酸：砖坯原料＝13％：2％：1。
实施例14：一种煤矸石烧结砖的制备方法，与实施例12的不同之处在于，加入的水量、碳酸量以及砖坯原料的重量配比为水：碳酸：砖坯原料＝10％：2％：1。
对比例1：一种煤矸石烧结砖，根据授权专利公告号为CN102603266B的中国发明专利的实施例1制得。
对比例2：一种煤矸石烧结砖，与实施例1的不同之处在于，在步骤三中未加入碳酸氢钠。
试验样品：采用实施例1-14中获得的烧结砖作为试验样品1-14，采用对比例1-2中获得的烧结砖作为对照样品1-2。
试验一孔隙率测试
试验方法：参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》进行孔洞率测试。舍弃每组的最大5个值以及最小的5个值，剩余的取其平均值。
试验结果：如表1所示。
试验二保温性能测试
试验方法：参照GB/T26538-2011《烧结保温砖和保温砌块》进行传热系数测试。舍弃每组的最大5个值以及最小的5个值，剩余的取其平均值。
试验结果：如表1所示。
试验三力学性能测试
试验方法：参照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》进行抗压性能测试。舍弃每组的最大5个值以及最小的5个值，剩余的取其平均值m2。
试验结果：如表1所示
表1试验样品1-14和对照样品1-2的试验结果
数据分析：从试验样品1-14与对照样品1-2对比可知，添加了一定比例碳酸氢钠的试验样品1-14，其孔洞率在43～47％；而未添加碳酸氢钠的对照样品1-2，其孔洞率仅仅28～29％，孔洞率之间具有较大差异，说明在添加一定比例碳酸氢钠后能够较大幅度的提升烧结砖内的孔隙率。
同时，从传热系数上看，试验样品1-14的传热系数均小于0.82W/(m2k),而对照样品1-2的传热系数在1.39～1.42W/(m2k)之间，由于传热系数越小，保温效果越好，因此试验样品1-14的保温效果远远高于对照样品1-2。
从力学性能上看，试验样品1-14比对照样品1-2之间的抗折性能略微高一些，因此说明，在添加碳酸氢钠、蛭石粉、五水合碱式碳酸镁、碳酸后对烧结砖的抗折性能具有提升效果，符合国家对烧结砖的力学性能要求。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
