用于制备瓦板岩尾矿砖的组合物、尾矿砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种用于制备瓦板岩尾矿砖的组合物、尾矿砖及其制备方法。
背景技术
随着我国建筑行业的快速发展，对建筑用砖的需求量也越来越大。建筑用砖按生产工艺不同可分为烧结砖和非烧结砖，烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为原料，经成型和高温焙烧而制得，因传统烧结砖的原料大多采用粘土，造成部分可耕种的土地缩减，国家已于2005年正式推行禁止使用实心粘土砖的政策，以开发推广新型烧结砖(例如以页岩代替粘土)为手段，进而达到推进建筑节能的目标，但烧结过程造成的大气污染和水污染也是制约烧结砖发展的主要因素之一；目前使用的非烧结砖未经砖窑烧结，不具备超高硬度和耐久性。
随着我国城市、道路建设的不断推进，为满足建设用砖瓦市场的需求，有效的促进了岩石开采加工企业蓬勃发展。利用瓦板岩矿石生产建设所用的板瓦或填料时，会产生大量的瓦板岩尾矿，该尾矿颗粒粒径较小，难以堆放，很容易造成粉尘污染，且约束了企业可持续发展的要求。如何将瓦板岩矿石有效利用，使之变废为宝成为了一个亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种用于制备瓦板岩尾矿砖的组合物、尾矿砖及其制备方法，以瓦板岩尾矿作为基体，同时大量消化工业废渣粉煤灰，能够通过免蒸免烧的方式制得，简化了制备工艺，而且制得的瓦板岩尾矿砖具有较好地抗压强度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于制备瓦板岩尾矿砖的组合物，以组合物的总量为基准，所述组合物含有35-75质量％的瓦板岩尾矿、15-30质量％的粉煤灰和10-35质量％的硅酸盐水泥。
优选地，所述组合物含有40-65质量％的瓦板岩尾矿、20-25质量％的粉煤灰和15-35质量％的硅酸盐水泥。
进一步优选地，所述瓦板岩尾矿的粒度分布在0.5-30μm不低于90％。
进一步优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
进一步优选地，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥。
第二方面，本发明提供一种瓦板岩尾矿砖的制备方法，包括以下步骤：
将瓦板岩尾矿、粉煤灰和硅酸盐水泥干混，然后加入水混合均匀，得到混合料；将所述混合料压制成型后，洒水养护，得到所述瓦板岩尾矿砖；
其中，以所述瓦板岩尾矿、粉煤灰和所述硅酸盐水泥总质量为100％计，所述瓦板岩尾矿取35-75质量％，所述粉煤灰取15-30质量％，所述硅酸盐水泥取10-35质量％，所述水取上述瓦板岩尾矿、粉煤灰和硅酸盐水泥总质量的10-20％。
优选地，所述瓦板岩尾矿取40-65质量％，所述粉煤灰取20-25质量％，所述硅酸盐水泥取15-35质量％。
优选地，所述瓦板岩尾矿的粒度分布在0.5-30μm不低于90％。
优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
优选地，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥。
进一步优选地，所述干混的时间为1-5min；加入水后的搅拌时间为8-12min；所述压制的压强为5-10Mpa，时间为2-5min；所述洒水养护的时间为12-48h。
第三方面，本发明提供由上述瓦板岩尾矿砖的制备方法制得的尾矿砖。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明以瓦板岩尾矿作为基体，并结合工业废渣粉煤灰，节约成本的同时，实现了对瓦板岩尾矿资源以及固体废弃物资源的合理利用。本发明制备的瓦板岩尾矿砖能够通过免蒸免烧的方式制备，简化了生产步骤，且不会造成环境污染。同时瓦板岩尾矿中含有较多的SiO2成分，能够有效提高尾矿砖的抗压强度，其无侧限抗压强度最高可达到26Mpa，且在吸水率等方面均满足《JC/T422-2007非烧结垃圾尾矿砖》的要求。该瓦板岩尾矿砖能够在不同的配比下获得不同强度的尾矿砖，为尾矿和固体废弃物的合理二次利用提供新的途径，减少了能源损耗，也有效减少烧结砖形成的环境污染，能够产生良好的社会效益、经济效益和环境效益。
附图说明
图1是粉煤灰的XRD图；
图2是瓦板岩尾矿的XRD图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种用于制备瓦板岩尾矿砖的组合物，以组合物的总量为基准，所述组合物含有35-75质量％的瓦板岩尾矿、15-30质量％的粉煤灰和10-35质量％的硅酸盐水泥。
其中，所述瓦板岩尾矿的主要成分为石英、碳酸钙、斜绿泥石和多铁白云母，以化学组成来说，其成分包括SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3，粉煤灰的主要成分为SiO2和CaO。硅酸盐水泥的主要成分为SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3。
作为优选的方案，为了进一步增强瓦板岩尾矿砖的抗压强度，所述组合物含有40-65质量％的瓦板岩尾矿、20-25质量％的粉煤灰和15-35质量％的硅酸盐水泥。
所述瓦板岩尾矿可以选用任意粒径的瓦板岩尾矿，所述粉煤灰也可以选用任意等级的粉煤灰，当然，为了能够在混合过程中使瓦板岩尾矿、粉煤灰以及硅酸盐水泥混合更为均匀，进一步增强瓦板岩矿转的抗压强度，所述瓦板岩尾矿的粒度分布在0.5-30μm不低于90％，尾矿中的粒度较大的部分可以在砖块成型过程中起到骨架的作用，最终也可以提高试件强度；所述粉煤灰为一级粉煤灰。
所述硅酸盐水泥可以为普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥中的一种或多种。优选为普通硅酸盐水泥。
第二方面，本发明提供了一种瓦板岩尾矿砖的制备方法，包括以下步骤：
将瓦板岩尾矿、粉煤灰和硅酸盐水泥干混，然后加入水混合均匀，得到混合料；将所述混合料压制成型后，洒水养护，得到所述瓦板岩尾矿砖；
其中，以所述瓦板岩尾矿、粉煤灰和所述硅酸盐水泥总质量为100％计，所述瓦板岩尾矿取35-75质量％，所述粉煤灰取15-30质量％，所述硅酸盐水泥取10-35质量％，所述水取上述瓦板岩尾矿、粉煤灰和硅酸盐水泥总质量的10-20％。
优选地，所述瓦板岩尾矿取40-65质量％，所述粉煤灰取20-25质量％，所述硅酸盐水泥取15-35质量％。
优选地，所述瓦板岩尾矿的粒度分布在0.5-30μm不低于90％；所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥。
所述干混的时间、加水后的搅拌时间以及压制时间可以是本领域的技术人员根据实际情况进行调整。进一步优选地，所述干混的时间为1-5min，具体可以为1min、2min、3min、4min、5min或者上述两个值之间的任意值；加入水后的搅拌时间为8-12min，具体可以为8min、9min、10min、11min、12min或者上述两个值之间的任意值；所述压制的压强为5-10Mpa，时间为2-5min，压强具体可以为5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa或者上述两个值之间的任意值，时间具体可以为2min、3min、4min、5min或者上述两个值之间的任意值；所述洒水养护的时间为12-48h，具体可以为12h、24h、36h、48h或者上述两个值之间的任意值。
第三方面，本发明提供了由上述瓦板岩尾矿砖的制备方法制得的尾矿砖。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，粒度分布、无侧限抗压强度通过使用万能材料试验机，在仅有轴向压力的实验条件下，对试样进行无侧限压缩试验测得；密度、吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能分别通过《混凝土砌块和砖试验方法》GB/T 4111-2013和《非烧结垃圾尾矿砖》JC/T 422-2007方法测得。粉煤灰硅酸盐水泥购于湖南浏阳南方水泥有限公司。瓦板岩矿尾矿购于陕西省岚皋县的矿场。铁矿尾矿砂购于安徽省铜陵市牛山矿业有限公司下属的选矿厂。
粉煤灰
本发明中使用的粉煤灰取自河南某燃煤火电厂，从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，为一级粉煤灰，烘干后取样进行X射线衍射分析，结果如图1。由图1粉煤灰XRD图像可知，此粉煤灰的矿物组成主要为莫来石。此粉煤灰的化学成分见表1。
表1粉煤灰的主要化学组成
此粉煤灰中SiO2和Al2O3含量最高，分别为51.95％和30.59％。
瓦板岩尾矿
本发明中使用到的瓦板岩尾矿取自陕西省岚皋县某瓦板岩矿场，经粉碎烘干后得到实验所需的瓦板岩尾矿粉末，备用。取少量瓦板岩尾矿，经X射线衍射分析后，其主要矿物组成见图2。由附图2的瓦板岩XRD图像可知，此瓦板岩尾矿的矿物组成主要成分为石英、碳酸钙、斜绿泥石、多铁白云母。而此瓦板岩尾矿的化学成分和粒度分析分别见表2。
表2瓦板岩尾矿的化学组成
此瓦板岩尾矿中以SiO2居多，其次为CaO、Fe2O3、Al2O3，这些成分易于发生水化胶凝的反应，进而提高产品的强度。
普通硅酸盐水泥
本发明中使用的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，制造商为湖南浏阳南方水泥有限公司。主要成分为：
表3P.O 42.5普通硅酸盐水泥的化学组成
本发明中的瓦板岩矿、粉煤灰与硅酸盐水泥混合后，瓦板岩矿和粉煤灰中的CaO、SiO2、Al2O3等成分以及硅酸盐水泥发生水化反应，生成水化硅酸钙的凝胶和水化铁酸钙的凝胶，且随着反应的进行，由于钙离子的渗透，凝胶膜层破裂，内部颗粒表面暴露出来，凝胶膜层内部未反应的成分继续与水发生水化反应，由于水化物生成速度大于其扩散速度，故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶，这个反应不断进行下去，就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新的凝胶结构。反应继续进行，砖胚内部的水分逐渐减少，凝胶结构分子间距离逐渐减少，吸引力越来越大，粘结力增大，分子间的相互作用力(粘结力)使得分子相互结合，形成逐渐有规则的晶体。晶体、胶体相互交错成网状，晶体和瓦板岩骨料共同起主要的承力骨架作用，胶体起胶结作用，骨料与胶结物密结合，形成致密成型的砖胚。
在养护过程中，随着水分的减少以及烘箱加热的作用，水化反应和胶结、硬化反应会持续而缓慢地继续发生，在烘箱养护1天之后稳定达到理性化的强度。
实施例1
(1)将240kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占95％)、80kg粉煤灰和60kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混3min，然后加入60kg水混匀搅拌10min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在8MPa下压制3min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到20.37MPa，密度1893.92kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU20级别。
实施例2
(1)将192kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占93％)、88kg粉煤灰和120kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混3min，然后加入60kg水混匀搅拌12min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在10MPa下压制2min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到26.00MPa，密度1861.50kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU25级别。
实施例3
(1)将160kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占90％)、100kg一级粉煤灰和140kg粉煤灰硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混1min，然后加入40kg水混匀搅拌12min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在9MPa下压制5min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护12h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到23.5MPa，密度1794kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU20级别。
实施例4
(1)将140kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占90％)、120kg一级粉煤灰和140kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混3min，然后加入60kg水混匀搅拌10min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在5MPa下压制3min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到19.87MPa，密度1785.46kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
实施例5
(1)将288kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占90％)、72kg一级粉煤灰和40kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混3min，然后加入60kg水混匀搅拌10min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在5MPa下压制3min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到16.68MPa，密度1758.33kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
实施例6
(1)将300kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占90％)、60kg一级粉煤灰和40kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混5min，然后加入80kg水混匀搅拌10min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在6MPa下压制2min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到15.83MPa，密度1753.55kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
实施例7
(1)将240kg瓦板岩尾矿(粒度分布在0.5-30μm占88％)、80kg一级粉煤灰和60kg普通硅酸盐水泥在搅拌机中进行干混3min，然后加入60kg水混匀搅拌10min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在8MPa下压制3min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护24h，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到16.32MPa，密度1836.23kg/m3，吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
对比例
(1)将328kg铁矿尾矿砂(粒径小于74微米的颗粒占比大于70％)、32kg一级粉煤灰、40kg普通硅酸盐水泥，在搅拌机中进行干混5min，然后加入64kg水混匀搅拌2min，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒进制砖机中在10MPa下压制3min成型，成型后的砖坯移入养护室进行洒水养护28天，制得尾矿砖。
该尾矿砖的无侧限抗压强度达到14.68MPa，密度1738.58kg/m3，其抗压强度小于15Mpa，未达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
