一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金与环保技术领域，具体涉及一种高炉炉缸活性的量化评价方法。
背景技术
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0-2.0吨赤泥。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
赤泥的主要化学成分Al2O3、CaO、SiO2、Fe2O3、TiO2等，这些都是生产烧结墙材制品的主要化学成分，只是各种成分的比例与烧结墙体材料有些出入，同时拜耳法赤泥还具有少量塑性，可以掺入其他原料，使赤泥混合料性能达到烧结墙体材料行业挤出成型工艺要求，利用拜耳法赤泥生产烧结墙体材料，具有很大的可行性。从烧结材料行业本身来说，由于所使用的原料主要为粘土和页岩，都是不可再生资源，这些资源的使用会毁坏大量耕地，而我国人多地少的矛盾本来就非常突出。因此，国家政策已明令禁止生产和使用粘土砖，页岩实心砖也将被逐步取缔，烧结墙体材料行业的发展方向是大量利用废渣作为原料来生产其产品。
公开号为CN106045476A的发明专利公开了一种赤泥烧结砖的生产工艺，具体将赤泥进行风干、脱碱处理后与页岩和水泥配料，再进行搅拌、闷料、压制成型、堆码和烧制得到烧结砖；公开号为CN105294066A的发明专利公开了一种赤泥脱碱制备烧结砖的方法，将赤泥经过CaO脱碱后抽滤得到泥饼，然后依次经过破碎过筛、配料、混料、陈腐成型、干燥烧成得到烧结砖。上述专利侧重于强调烧结的强度和施工性能，而对烧结砖的耐久性缺乏关注。实际上，现有的碱性物料制作建材会或多或少地出现“泛霜”现象，泛霜是指烧结制品表面粉末状、薄膜状的盐沉积。泛霜严重地影响着制品的内在和外观质量，轻者会影响建筑物外观，重者会导致砖表面层层剥落、砖体结构松散、缩短建筑物寿命。因此，解决赤泥烧结砖表面的泛霜现象可以提高烧结砖的综合性能，扩展赤泥的利用。
发明内容
本发明目的是为了弥补已有技术缺陷，提供提供一种不泛碱、高掺量赤泥烧结砖的制备方法。这不仅解决了赤泥高附加值利用难题，减少环境污染，工艺简单，投资少，而且生产的烧结砖具有强度等级高、不泛碱、耐久性好的特点。
为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：
本发明提供了一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：赤泥65-85份、高炉粒化矿渣粉0-15份、粉煤灰0-15份、电炉除尘灰0-10份、煤矸石0-15份、钢渣粉0-15份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量8-25％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经1-2d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为6-30MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置24-36h，然后将砖坯放入60-110℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在2.5-4.5％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为105-250℃，预热时间为25-65min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为8-15℃/min，焙烧温度控制在1100-1350℃，到达烧结温度后保温1.5-3.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为10-25℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡8-15h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
优选地，所述烧结砖原料包括：赤泥70-85份、高炉粒化矿渣粉10-15份、粉煤灰5-15份。
优选地，所述烧结砖原料包括：赤泥75-85份、电炉除尘灰5-10份、煤矸石10-15份。
优选地，所述所述烧结砖原料包括：赤泥65-75份、高炉粒化矿渣粉10-15份、电炉除尘灰3-5份、钢渣粉10-15份。
优选地，所述赤泥为氧化铝冶炼工业烧结法、拜耳法和联合法生产过程中排出的固体粉状废弃物，其化学成分为：SiO2%209.18-25.90wt％，Al2O3%206.40-19.10wt％，Fe2O35.00-32.20wt％，CaO%2014.02-46.80wt％，MgO%200.1-2.05wt％，Na2O%202.40-4.38wt％，K2O0.03-0.77wt％，TiO2%202.64-9.89wt％。
优选地，所述粉煤灰为燃煤电厂由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物，其密度为1.85-1.99g/cm3，堆积密度为0.91-0.96g/cm3。
优选地，所述电炉除尘灰为铁合金生产时产生的一种烟道灰尘，其化学成分为：Fe2O3%2063.25-70.24wt％，SiO2%2010.21-12.33wt％，CaO%206.26-7.63wt％，Al2O3%205.63-6.86wt％，SO3%201.35-1.82wt％，MgO%201.13-1.86wt％，K2O%200.89-1.53wt％，ZnO%200.56-0.85wt％，TiO2%200.53-0.69wt％。
优选地，所述煤矸石为是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其化学成分为：SiO2%2048.52-60.21wt％，Al2O3%2015.36-21.15wt％，Fe2O3%202.28-13.63wt％，CaO%200.48-2.13wt％，MgO%200.56-2.15wt％，TiO2%200.91-2.31wt％，P2O5%200.08-0.17wt％。
优选地，所述高炉粒化矿渣粉是高炉炼铁产生炉渣经过因巴系统处理得到的固体废渣，再经过干燥、粉磨得到的粒度小于300目的粉末。
优选地，所述钢渣粉为冶金工业中产生的废渣，经过干燥、粉磨得到小于200目的细粉，其化学成分为：CaO%2040.32-43.68wt％，SiO2%2016.05-18.26wt％，Fe2O3%2015.39-17.33wt％，Al2O3%209.78-11.23wt％，MgO%204.83-6.22wt％，MnO%202.23-3.55wt％，P2O5%201.25-2.81wt％，TiO2%201.53-2.75wt％，SO3%200.21-0.58wt％。。
本发明的有益效果是：
(1)本发明焙烧砖坯先通过预热再放入窖中焙烧，可以将砖坯中的自由水分全部排出，如果坯体残余含水率高，升温快，势必产生应力，使坯体开裂。
(2)本发明合理控制升温速度、焙烧温度、焙烧时间和冷却速度，提高了烧结砖的结构强度，通过合理的控制升温和将温度速率，防止因升温和冷却速度造成砖体开裂，延长焙烧时间使砖体内矿物相互反应不够完全，使熔融的液相流入骨料颗粒间，提高了砖块强度。
(3)本发明将烧制好的砖块放置在水中浸泡，使砖中的CaO便迅速消解成膏状Ca(OH)2，并随水从砖内部的毛细微孔自行排出，因而对砖产生的胀应力就很小，不足以破坏砖已经形成的结构，所以不会造成石灰爆裂。
(4)本发明工艺简单，投资少，所制得的赤泥烧结砖基本未出现“泛霜”现象，抗压强度为13.10-42MPa、吸水率小于20％，满足国家粉煤灰普通烧结砖GB/T5101-2017中的要求，经济效益高，并减少了冶金固废的占地与环境污染，具有较好的经济、生态环保、社会效益。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：赤泥80份、高炉粒化矿渣粉12份、粉煤灰8份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量18％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经2d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为25MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置24h，然后将砖坯放入110℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在2.5％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为105℃，预热时间为25min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为10℃/min，焙烧温度控制在1250℃，到达烧结温度后保温2h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为20℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡9h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
实施例2
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：赤泥70份、高炉粒化矿渣粉15份、粉煤灰10份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量25％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经2d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为15MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置36h，然后将砖坯放入60-110℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在3％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为230℃，预热时间为45min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为15℃/min，焙烧温度控制在1100℃，到达烧结温度后保温1.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为25℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡15h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
实施例3
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：所述烧结砖原料包括：赤泥85份、电炉除尘灰8份、煤矸石12份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量8％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经1d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为10MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置30h，然后将砖坯放入100℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在4％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为220℃，预热时间为55min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为8℃/min，焙烧温度控制在1300℃，到达烧结温度后保温2.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为25℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡10h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
实施例4
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：所述烧结砖原料包括：赤泥80份、电炉除尘灰5份、煤矸石10份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量15％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经2d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为30MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置24h，然后将砖坯放入80℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在4.5％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为155℃，预热时间为30min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为15℃/min，焙烧温度控制在1350℃，到达烧结温度后保温1.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为25℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡8h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
实施例5
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：赤泥65份、高炉粒化矿渣粉12份、电炉除尘灰3份、钢渣粉15份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量10％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经1d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为25MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置24h，然后将砖坯放入80℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在2.5％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为120℃，预热时间为65min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为8℃/min，焙烧温度控制在1250℃，到达烧结温度后保温2.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为18℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡12h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
实施例6
一种不泛碱高掺量赤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)破碎：将赤泥进行干燥至水分小于10％，用球磨机破碎，过150目筛待用；
(2)混料：准确称取烧结砖各原料，所述烧结砖原料包括：赤泥75份、高炉粒化矿渣粉15份、电炉除尘灰5份、钢渣粉15份，将各原料混合均匀，然后加水搅拌，所加水的质量为原料总质量18％；
(3)陈化：经搅拌后的混合料，经2d的陈化，使水分渗透到原料的孔隙中；
(4)成型：采用抗压机器和制砖模具联合压制成型，成型压力为8MPa；
(5)干燥：将压制好的砖坯自然放置36h，然后将砖坯放入110℃干燥箱烘干，入窑配体残余含水率控制在2.5％；
(6)预热：砖坯干燥完成后，即可进入预热阶段，预热阶段温度为200℃，预热时间为45min；
(7)焙烧：将预热后的砖坯放入窑中焙烧，升温速度为15℃/min，焙烧温度控制在1200℃，到达烧结温度后保温3.5h；
(8)冷却：在500℃以上阶段按照小火降温，降温速度为20℃/min，至500℃熄灭明火，快速自然冷却；
(9)浸水：将烧制好的砖块放置在水中浸泡8h，得到不泛碱高掺量赤泥烧结砖。
性能检测
1、测试方法
(1)密度测试
采用称量法测试烧结砖样品的密度，实验结果以算术平均值表示。
计算公式如下：
式中：ρ-样品密度，kg/m3；m-样品质量，g；V-样品体积，cm3。
(2)吸水率测试
称量清理干净干燥至恒重的烧结砖样品干质量，随后将其放入储水容器中在室温下浸泡24h，用湿毛巾拭去样品表面水分后称量获得样品湿重，通过公式计算得到样品吸水率，实验结果仪以算术平均值表示。计算公式如下：
式中：W24-常温水浸泡24h样品吸水率，％；m0-样品干重，g；m24-样品浸水24h湿重，g。
(3)抗压强度测试
抗压强度利用万能电子试验机检测得到，单个样品抗压强度按公式进行计算。计算公式如下：
式中：R-单个样品抗压强度，MPa；P-最大破坏荷载，N；S-样品受压面积，mm3。
2、测试数据及结果
将实施例1-6中制备的不泛碱高掺量赤泥烧结砖进行上述性能测试，得到数据如表1所示：
由表1可以看出，本发明方法制备的赤泥烧结砖具有较高的密度，抗压强度为13.1-42MPa、吸水率小于20％，满足国家粉煤灰普通烧结砖GB5101-2017中的要求，同时本发明方法制备的赤泥烧结砖基本未出现“泛霜”现象，减少了赤泥等冶金固废的占地与环境污染，具有较好的经济、生态环保、社会效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
