CN102432241B - 一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是包括：取重量百分比例为40～60%的造纸白泥、20～45%的锂渣、10～20%的水泥和1～6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合；将混合物料分装入一组模具内，置于砌块成型机的振实台上振动成型；所述活性激发剂由聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；再将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养20～30小时，即制得墙体材料产品。采用本发明，产品性能良好，并减少了工业垃圾对环境的污染，降低了墙体材料的制造成本，节省了大量建筑用材，降低了能耗，既经济又环保。
Description
技术领域
本发明属于建筑部件中的块状或其它形状的建筑构件的制备方法，涉及主要利用废弃物制备建筑建筑墙体材料——砌块的方法，特别涉及一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法。适用于主要利用废弃物造纸白泥、锂渣等生产建筑用墙体材料——砌块。
背景技术
造纸白泥（以下可以简称为白泥），来源于造纸工艺中碱回收车间白泥回收阶段； 在造纸生产过程中，制浆黑液经提取、蒸发浓缩,在碱回收炉焙烧得到熔融物,溶于水呈绿液,然后将石灰加入绿液中进行苛化反应,得到白色沉淀物,即为白泥，
造纸白泥中，含水率在40～55%（质量百分比例含量，下同），主要成分为CaCO3和 SiO2,，还含有部分的镁盐及铁盐等，除去水后的烘干白泥的重量百分比例化学组成可以为下表所列：
造纸白泥具有强碱性(PH一般为10左右)，残碱在1%-2%左右。在造纸工艺中，每生产1吨粗浆要产生近0.5吨白泥，我国造纸厂每年产生的白泥超过500万吨。
现有技术中，已有将白泥应用于种植业、造纸填料和塑料制品的填料、建筑材料以及白泥脱硫等方面的研究，但在实际应用中，却因为白泥的应用存在着成本高、收益少、白泥消耗量很小的状况，其使用受到限制。目前，就建材而言，白泥的加入量在5%～15%（质量百分比，后同）之间，不能大于15%，比如有报道生产免烧砖加入造纸白泥在5%～10%；在水泥生产中，加入不能超过10%，而在乐山夹江陶瓷砖生产中很多厂试验过，最多不能超过15%。（白泥的残碱在<1.5%的标准下），限制了其工业化应用。因此，目前白泥的处理大部分都是室外堆放，不仅占用大量的土地，污染环境，消耗大量的人力、物力、财力加以管理，而且还浪费了白泥中的大量资源。
白泥在建筑材料中不能多加入的原因主要有以下三个原因：
（1）由于白泥中的残碱会在产品（无论是砌块或水泥）遇到潮湿的时候产生泛碱，破坏强度并影响墙体表面，生产的砌块等产品难以达到国家产品质量标准的要求；
（2）白泥加入过多会影响建材的强度，因为其原活性较小，对产品的强度指标，即抗压、抗折有明显影响；而加入水泥生产中往往在生产中残碱在高温时升华腐蚀和堵塞设备，产生危害生产安全等情况；
（3）白泥含水率在40%～55%，有的需要烘干后使用，成本增加较低，或者在生产中各种原料混合时，要达到混合的均匀和一致性会带来更高能耗，生产成本高，实用价值底。
我国房屋建筑材料中，70%是墙体材料，常用砖的种类有烧结普通粘土砖(实心砖)、烧结硅酸盐砖、灰砂砖等，其中粘土砖占据主导地位，生产粘土砖每年耗用粘土资源达14亿立方米，约相当于毁田120万亩，同时，我国每年生产粘土砖消耗约4000多万吨标准煤。传统建材粘土砖的生产不仅对土地资源造成了极大的破坏，严重威胁着粮食生产而且耗能巨大并造成严重的环境污染。为此，国家对墙体材料，提倡绿色、节能、环保、可持续发展等概念。所以，采用一种能耗低，强度高的非粘土墙体材料是一种必然。如果能合理地利用造纸白泥，将其用于墙体材料的制备，不仅可以减轻白泥对环境的污染，还可以降低墙体材料的生产成本，将具有明显的社会效益。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法。
本发明的内容是：一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取质量百分比例为40～60%的造纸白泥、20～45%的锂渣、10～20%的水泥、以及1～6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合3～10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60～120次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养（即：蒸气养护）20～30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
本发明的内容中：所述造纸白泥含水率40～55%。
本发明的内容中：所述水泥可以是普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、复合水泥或铝酸盐水泥。
本发明的内容中：所述步骤b较好的可以替换为：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>90%的养护箱中养护23～27小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养23～27小时，即制得墙体材料——砌块产品。
本发明的内容中：所述活性激发剂的制备方法是：按聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的重量比例取聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾；将聚丙烯酸加热至40～60℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌15～25min后，再加入硫酸铝钾并搅拌5～10min，即制得活性激发剂。
本发明的内容中：所述锂渣可以是生产锂或锂盐的工业废渣。
所述锂渣的重量百分比例化学组成可以包括SiO2 43.2～59.1%、CaO 6.4～11.4%、Al2O3 12.8～18.6%、Fe2O3 1.1～3.4%、以及水10.4～17.1%。锂渣的重量百分比例化学组成也可以为现有其它化学组成的生产锂或锂盐的工业废渣。
本发明的内容中：所述水泥较好的是强度等级达到42.5或52.5的水泥（见中国的有关水泥的标准）。
本发明的内容中：所述造纸白泥（即含水的重量百分比例为40～55%的造纸白泥）经加热烘干后，烘干白泥的重量百分比例化学组成可以包括：CaO 44.35～50.85%、SiO2 4.26～12.34%、烧失量38.12～42.17%，还包括少量的K2O、Na2O、C1-、P2O5、以及MgO等。所述造纸白泥的化学组成也可以为现有其它化学组成的造纸白泥。
本发明的内容中：所述步骤b更好的可以替换为：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>95%的养护箱中养护24小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养24小时，即制得墙体材料——砌块产品。
本发明的内容中：所述聚丙烯酸较好的是分子量为3000-4000的聚丙烯酸，该聚丙烯酸是现有市售产品。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
（1）采用本发明，原来造纸白泥、锂渣、水泥与活性激发剂混合，生成了絮凝状固体凝胶和大量纤维状水化产物，白泥颗粒在这一体系中，发挥了微晶核和微集料效应，填充于纤维与凝胶互相搭接形成的空间网络中，使固体凝胶和纤维成核结晶与长大，起到了基体的密实作用，并固化了白泥中的可溶性碱盐，部分形成了新的稳定的矿物体，因而使白泥生产墙体材料可以达到理想的强度，并根本解决泛碱问题；
（2）采用本发明，将现有普通烧结粘土砖厂设备稍加改造即可进行生产，无需添加新设备，前期投资小，收益快，工业化运行成本低；本发明的最大优势在于，所用制砖原料80%左右为工业垃圾（造纸白泥和锂渣），且无需进行任何预处理，原料经搅拌，成型，养护即可，降低了生产能耗和成本；本发明的优势还在于，工业垃圾白泥和锂渣的大量应用，不仅降低环境负荷，墙体材料的制造成本，节省了大量建筑用材，保护耕地，而且达到了治理环境污染和废物综合高效利用的双重效果，促进了造纸工业和墙体材料工业的可持续发展；
（3）采用本发明方法的原料组成和工艺步骤，能有效解决造纸白泥中残碱在成品中出现泛碱的问题、强度问题、以及含水率问题，因而造纸白泥能大量使用，原料组成中的重量百分比例达到40～60%；大量废弃物的有效利用，使本发明方法制备的墙体材料成本与普通同类的墙体材料直接成本比较，降低了30%～40%，经济效益明显；
（4）采用本发明方法制备的墙体材料——墙体砖，力学性能优异，经检测，采用本发明蒸养法（GB11945-1999）制得的墙体砖，其力学性能如下表：
（5）本发明方法工艺简单，易操作，设备简单、易于实施、运行成本低；合理利用了工业垃圾造纸白泥和锂渣，减少了工业垃圾对环境污染，明显降低了墙体材料的制造成本，节省了大量建筑用材，降低了能耗，既经济又利于环保，经济效益和社会效益显著，实用性强。
具体实施方式
下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
1)按重量百分含量计，取白泥43.5%、锂渣45%、PO42.5水泥10%、活性激发剂（RDDM) 1.5%。加入搅拌机中混合3分钟，然后倒入模具内，在振实台上振动120次成型；
2）将模具放入温度为20±1℃和湿度为91%的养护箱中养护20小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养20小时，即得墙体材料。
实施例2：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
1)按重量百分含量计，取白泥48.9%、锂渣30%、PO42.5水泥20%，活性激发剂（RDDM） 1.1%，加入搅拌机中混合5分钟，然后倒入模具内，在振实台上振动80次成型；
2）将模具放入温度为20±1℃和湿度为92%的养护箱中养护24小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养30小时，即得墙体材料。
实施例3：
一种利用白泥生产墙体材料的方法，其特征在于：它包括:
1)按重量百分含量计，取白泥58.2%、锂渣20%、PO42.5水泥20%，活性激发剂（RDDM) 1.8%，加入搅拌机中混合10分钟，然后倒入模具内，在振实台上振动60次成型；
2）将模具放入温度为20±1℃和湿度为95%的养护箱中养护30小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养24小时，即得墙体材料。
将本例制得的墙体材料通过蒸压法制得的墙体砖，通过测定，优等品力学性能如下：
实施例4：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
1)按重量百分含量计，取白泥53.2%、锂渣30%、PO42.5水泥15%，活性激发剂（RDDM) 1.8%，加入搅拌机中混合8分钟，然后倒入模具内，在振实台上振动100次成型；
2）将模具放入温度为20±1℃和湿度为97%的养护箱中养护24小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养24小时，即得墙体材料。
将本例制得的墙体材料通过蒸压法制得的墙体砖，通过GB11945-1999测定，优等品力学性能如下表：
实施例5：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为40%的造纸白泥、39%的锂渣、20%的水泥、以及1%的活性激发剂，加入搅拌机中混合3分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25:3的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养（即：用水蒸气养护，后同）20小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例6：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为60%的造纸白泥、20%的锂渣、14%的水泥、以及6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动120次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100： 50: 11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例7：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为50%的造纸白泥、37%的锂渣、10%的水泥、以及3%的活性激发剂，加入搅拌机中混合6分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动80次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：38:7的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护25小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养25小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例8：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为40～60%的造纸白泥、20～45%的锂渣、10～20%的水泥、以及1～6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合3～10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60～120次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养20～30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例9—15：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为40～60%的造纸白泥、20～45%的锂渣、10～20%的水泥、以及1～6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合3～10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60～120次成型；各实施例中各组分的具体用量见下表1；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；各实施例中各组分的具体用量见下表2；
表1：实施例9—15中的各组分的用量（重量百分比例）
表2：实施例9—15中活性激发剂的各组分的用量（重量比例）
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养20～30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例16—22：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取造纸白泥、锂渣、1水泥、以及活性激发剂，加入搅拌机中混合3～10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60～120次成型；各实施例中各组分的具体用量可以同1—15中任一，略；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；各实施例中各组分的具体用量见下表3；
表3：实施例16—22中活性激发剂的各组分的用量（重量比例）
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养20～30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例23：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：同1—22中任一，略；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>90%的养护箱中养护23～27小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养23～27小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例24：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：同1—22中任一，略；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>95%的养护箱中养护24小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养24小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例25：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：同1—22中任一，略；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>92%的养护箱中养护26小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养26小时，即制得墙体材料——砌块产品。
实施例26：
一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，包括下列步骤：
a、取料并混合成型：同1—22中任一，略；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>92%的养护箱中养护23小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养23小时，即制得墙体材料——砌块产品。
上述实施例中：所述造纸白泥含水率40%～55%的造纸白泥。
上述实施例中：所述水泥可以是普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、复合水泥或铝酸盐水泥；所述水泥较好的是强度等级达到42.5或52.5的水泥。
上述实施例中：所述活性激发剂的制备方法是：按聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的重量比例取聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾；将聚丙烯酸加热至40～60℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌15～25min后，再加入硫酸铝钾并搅拌5～10min，即制得活性激发剂。
上述实施例中：所述锂渣可以是生产锂或锂盐的工业废渣。
上述实施例中：所述锂渣的重量百分比例化学组成可以包括SiO2 43.2～59.1%、CaO 6.4～11.4%、Al2O3 12.8～18.6%、Fe2O3 1.1～3.4%、以及水10.4～17.1%。锂渣的重量百分比例化学组成也可以为现有其它化学组成的生产锂或锂盐的工业废渣。
上述实施例中：所述造纸白泥（即含水的重量百分比例为40～55%的造纸白泥）经加热烘干后，烘干白泥的重量百分比例化学组成可以包括：CaO 44.35～50.85%、SiO2 4.26～12.34%、烧失量38.12～42.17%，还包括少量的K2O（例如：0.55%）、Na2O（例如：1.2%）、C1-（例如：0.063%）、P2O5（例如：0.129%）以及MgO（例如：0.24%）等。所述造纸白泥的化学组成也可以为现有其它化学组成的造纸白泥。
上述实施例中：所述聚丙烯酸的分子量较好的为3000-4000，是现有市售产品。
本发明内容及上述实施例中：生产墙体材料时采用砌块成型机，成型机内安装有振实装置机构，用于砌块成型时所需的振动密实工艺要求，确保制品的均匀和一致性， 也可另外选用单独的振实装置——振实台，振实台的形式有两种，台振式和模振式，对本发明，这两种形式都可以；采用振实台设备频率在40～50HZ。
上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量（重量）百分比例；所采用的比例中，未特别注明的，均为质量（重量）比例。
上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术，所述原材料均为市售产品。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
Claims (10)
1.一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是包括下列步骤：
a、取料并混合成型：取重量百分比例为40～60%的造纸白泥、20～45%的锂渣、10～20%的水泥、以及1～6%的活性激发剂，加入搅拌机中混合3～10分钟，得混合物料；然后将混合物料分装入一组模具内，再将装有混合物料的模具置于砌块成型机的振实台上振动60～120次成型；
所述活性激发剂由重量比例为聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾混合组成；
b、养护：将装有混合物料的模具置于温度为15～25℃和湿度>90%的养护箱中养护20～30小时后脱模，再放入温度为60～80℃的养护箱中蒸养20～30小时，即制得墙体材料——砌块产品。
2.按权利要求1所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述造纸白泥是含水的重量百分比例为40～55%的造纸白泥。
3.按权利要求1所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述水泥是普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、复合水泥或硫酸盐水泥。
4.按权利要求1、2或3所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述步骤b替换为：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>90%的养护箱中养护23～27小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养23～27小时，即制得墙体材料——砌块产品。
5.按权利要求1、2或3所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述活性激发剂的制备方法是：按聚丙烯酸：聚羧酸减水剂：硫酸铝钾=100：25～50:3～11的重量比例取聚丙烯酸、聚羧酸减水剂与硫酸铝钾；搅拌下，将聚丙烯酸加热至40～60℃，加入聚羧酸减水剂、搅拌15～25min后，再加入硫酸铝钾并搅拌5～10min，即制得活性激发剂。
6.按权利要求1、2或3所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述锂渣是生产锂或锂盐的工业废渣。
7.按权利要求6所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述锂渣的重量百分比例化学组成包括SiO2 43.2～59.1%、CaO 6.4～11.4%、Al2O3 12.8～18.6%、Fe2O3 1.1～3.4%、以及水10.4～17.1%。
8.按权利要求3所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述水泥是强度等级达到42.5或52.5的水泥。
9.按权利要求2所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述造纸白泥经加热烘干后，烘干白泥的重量百分比例化学组成包括：CaO 44.35～50.85%、SiO2 4.26～12.34%、烧失量38.12～42.17%。
10.按权利要求4所述的一种利用造纸白泥生产墙体材料的方法，其特征是：所述步骤b替换为：将装有混合物料的模具置于温度为20±1℃和湿度>95%的养护箱中养护24小时后脱模，再放入温度为65℃的养护箱中蒸养24小时，即制得墙体材料——砌块产品。
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