CN107266031A - 利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:将工程渣土、矿山渣土、页岩、煤矸石、煤渣、建筑垃圾、木屑和晶硅切割废砂浆原料按照重量配比称量,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料;混合料通过堆料机送入均化库进行陈化;陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机;成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥;烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,冷却得到烧结砖、砌块或陶瓷制品。本发明利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品,充分发挥了PEG在坯料中的粘结力、增塑作用以及改善坯料的干燥敏感型,为利用建筑渣土、建筑垃圾、煤渣、页岩等瘠性废弃物原料提供了一条廉价的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,特别是涉及一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法。
背景技术
近年来,我国对太阳能的研制取得很大的发展,也促使了作为太阳能的主要原料的单晶硅和多晶硅产业的迅猛发展。晶硅必须经过切片工艺才能应用于光伏行业,需要大量使用多晶硅切削液,晶硅切削液在切割机内重复使用几次以后会逐渐失效。目前国内外采用的多晶硅液主要是水性切削液,其主要成分为包括聚乙二醇(PEG)和碳化硅(SC)。光伏行业的迅速发展造成大量废切削液的产生,每台晶硅切割机产生的切割废浆料高达上百吨/年,给企业和环境带来了巨大压力,也造成了资源的极大浪费。
晶硅切废砂浆是一种黑色稠状、粘度极大的固液混合物,成分见表1,其 COD 值远远超过废水排放标准。目前废液处理回收办法主要集中于分离提纯回收PEG、碳化硅和硅粉(CN101327622A、CN 102173419 A等)、利用晶硅切割废砂浆制备抛光液(CN 102492366 B)、用硅切割废砂浆制备碳化硅或氮化硅结合碳化硅(CN 103553647 B)等。这些方法的共同问题在于:回收产品纯度低、工艺复杂、投资巨大、生产成本高昂、利用酸、碱、蒸馏等的生产方式会产生严重的二次污染。随着环保政策不断收紧和管理力度的加大,这些废砂浆回收利用的企业四面楚歌、举步维艰,目前回用率仅达60%左右。因此国内企业的硅片切割废砂浆大量堆放或填埋,硅粉的氧化放热导致PEG的大量挥发或自燃,产生巨大的环境压力,已成为光伏行业健康发展的拦路虎。
烧结砖/砌块的生产和使用在我国已有3000多年的历史,因其价格低廉、取材方便、原料适应性强、力学性能优越、生产工艺简单,设计和施工技术成熟。跟其他墙材相比,烧结砖/砌块具备无与伦比的耐久性;与此同时,烧结砖/砌块所承载的“秦砖汉瓦”的文化内涵和独特装饰效果的艺术性是其他墙体材料无法替代的。在今后很长一段时间,烧结墙材依然是主要的墙体材料之一。
随着现代科技的发展和新型墙体材料改革的推进,中国的烧结砖/砌块行业一方面遇到禁止使用粘土和禁止实心砖的双重限制;另一方面,由于其在烧结过程中可将各种重金属离子固定在烧结产物的晶格中形成固溶体,大幅度降低污染物的释放速度,是一种安全的韩重金属废弃物资源化利用渠道;同时,烧结墙材可利用各种低品位燃料热值,由于其焙烧温度高达850~1200℃,可有效抑制二噁英、苯并芘等污染物的生成,在可燃废物利用方面具有其他工业难以企及的优势。近年来,随着煤渣、建筑渣土、污泥、淤泥、页岩、煤矸石等固体废弃物在烧结砖/砌块行业的应用技术的不断进步,应用范围、固废消耗量逐年扩大。复合我国绿色发展的方向,属于国家鼓励发展的项目。利用各种固体废弃物制备的烧结砖/砌块和具有多功能的烧结砖/砌块越来越广泛的应用在我国广大城乡,如烧结多孔砖/砌块、空心砖/砌块、自保温砖/砌块/墙板正成在为极具潜力的建筑材料,可大大提高房屋的保温隔热性能,降低工匠的施工负荷,并可提高施工速度。
目前利用晶硅切割废砂浆用于制备烧结砖、砌块、陶瓷制品的的技术方案尚无报道。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品,充分发挥了PEG在坯料中的粘结力、增塑作用以及改善坯料的干燥敏感型,为利用建筑渣土、建筑垃圾、煤渣、页岩等瘠性废弃物原料提供了一条廉价的解决方案。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)将工程渣土、矿山渣土、页岩、煤矸石、煤渣、建筑垃圾、木屑和晶硅切割废砂浆原料按照重量配比称量,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在13~15wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化3~7天,陈化后的坯料的塑性指数7~15,干燥收缩率2~8%,干燥敏感系数≤1.7;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为5~7MPa;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥温度设置为起始温度设为室温,5~7h升至105℃,在105℃下干燥6~8h,使坯体水分降到3%以下;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧温度设置为起始温度环境温度,2~4h升至800~1000℃,在温度为800~1000℃焙烧2~10h,再保温0.5~2h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖、砌块或陶瓷制品。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30~50%、矿山渣土0~40%、页岩5~20%、煤矸石0~20%、煤渣0~15%、建筑垃圾0~30%、木屑0~5%和晶硅切割废砂浆8~20%。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土25%、页岩20%、煤矸石13%和晶硅切割废砂浆12%。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土35%、矿山渣土27%、页岩10%、煤矸石10%、煤渣10%和晶硅切割废砂浆8%。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土20%、页岩10%、煤矸石20%、木屑3%和晶硅切割废砂浆17%。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土40%、建筑垃圾30%、页岩5%、煤渣15%和晶硅切割废砂浆10%。
在本发明一个较佳实施例中,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土50%、矿山渣土10%、页岩8%、煤矸石6%、煤渣5%、建筑垃圾10%、木屑2%和晶硅切割废砂浆9%。
在本发明一个较佳实施例中,步骤(2)中陈化后的坯料的塑性指数9~12,干燥收缩率4~6%,干燥敏感系数≤1.3。
在本发明一个较佳实施例中,步骤(1)中采用的破碎机为多级对辊破碎机。
本发明把晶硅切割废砂浆作为烧结砖、砌块、陶瓷制品的原材料,可为这些烧结制品提供的必需硅质原料;由于切割废砂浆中的SiC和Si粉末粒径主要集中于4~12μm,因其巨大的比表面积,一方面蕴含着巨大的化学活性,可明显提高烧结速度、降低烧结温度;另一方面,这些细小的颗粒可显著改善烧结制品坯料的颗粒级配,降低了成型难度、减少了干燥开裂、还可以提高制品的密实度,从而大大提高了成品的合格率、力学性能和耐久性;于此同时废砂浆中的PEG具有优良的水溶性、粘结性、润滑性和热稳定性,可大幅度的提高坯料的可塑性、便于制品的成型,还能明显改善砖坯抗裂性;在焙烧阶段,PEG燃烧放热可为烧结提供热量,降低产品热耗;同时PEG的燃烧放出的气体在烧结制品内造孔,可降低制品容重,提高保温隔热性能;而经过烧结后,废砂浆中的重金属等污染物固结于晶格之中,从而实现了晶硅切割废砂浆便捷、廉价、无污染、无三废排放的资源化利用。
本发明的有益效果是:
(1)本发明利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品,充分发挥了PEG在坯料中的粘结力、增塑作用以及改善坯料的干燥敏感型,为利用建筑渣土、建筑垃圾、煤渣、页岩等瘠性废弃物原料提供了一条廉价的解决方案;
(2)本发明充分利用PEG燃烧时放出的热量,降低了烧结墙材的能耗,与此同时,850℃以上的煅烧温度有效的抑制了二噁英、苯并芘等污染物的产生;
(3)本发明可充分利用晶硅切割废砂浆中PEG燃烧时产生的烟气,可在烧结墙体材料中造孔,既降低了烧结墙材的容重,同时提高了产品的保温隔热性能;
(4)本发明晶硅切割废砂中的高细度、高活性的SiC和Si粉末,因其巨大的比表面积,一方面蕴含着巨大的化学活性,可明显提高烧结速度、降低烧结温度;另一方面,这些细小的颗粒可显著改善烧结制品坯料的颗粒级配,降低了成型难度、减少了干燥开裂、还可以提高制品的密实度,从而大大提高了成品的合格率、力学性能和耐久性;
(5)本发明将晶硅切割废砂、各种污泥中的重金属通过烧结反应的固化在烧结砖/砌块中,实现多种废弃物的无害化利用;
(6)本发明实现了晶硅切割废砂浆便捷、廉价、安全、无二次污染、无新增三废排放的资源化利用,大幅度降低光伏企业废渣处理费用,减轻环境压力,保护生态环境。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,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做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
一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)原料的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土25%、页岩20%、煤矸石13%和晶硅切割废砂浆12%,按照上述重量配比称量配料,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在14wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化5天,陈化后的坯料的塑性指数8.0,干燥收缩率4.8%,干燥敏感系数1.2;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为5MPa;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥的起始温度设置为环境温度,5.5h升温至105℃,在105℃下恒温干燥7小时,使坯体水分降到2%;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧的起始温度设为环境温度,2h升温至850℃,在温度850℃焙烧5h,再保温1h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖/砌块,烧结砖/砌块抗压强度18MPa、容重为930Kg/m3。
实施例2
一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)原料的重量配比为:工程渣土35%、矿山渣土27%、页岩10%、煤矸石10%、煤渣10%和晶硅切割废砂浆8%,按照上述重量配比称量配料,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在13wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化3天,陈化后的坯料的塑性指数8.0,干燥收缩率4.9%,干燥敏感系数1.1;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为7MPa;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥的起始温度设置为环境温度,6h升温至105℃,在105℃下恒温干燥8小时,使坯体水分降到1.5%;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧的起始温度设为环境温度,3h升温至1000℃,在温度1000℃焙烧4h,再保温0.5h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖/砌块,烧结砖/砌块抗压强度19.38 MPa、容重为1000kg/m3。
实施例3
一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)原料的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土20%、页岩10%、煤矸石20%、木屑3%和晶硅切割废砂浆17%,按照上述重量配比称量配料,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在13.5wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化7天,陈化后的坯料的塑性指数10.6,干燥收缩率5.20%,干燥敏感系数1.12;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为6MPa,挤压成型制成孔洞率60~75%的空心砌块坯体;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥的起始温度设置为环境温度,7h升温至105℃,在105℃下恒温干燥6小时,,使坯体水分降到2.5%;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧的起始温度设为环境温度,2h升温至900℃,在温度900℃焙烧6h,再保温1.5h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖/砌块,烧结砖/砌块抗压强度7.30 MPa,容重780kg/m3,砌块厚度为270mm时,其传热系数为0.37W/m2.K。
实施例4
一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)原料的重量配比为:工程渣土40%、建筑垃圾30%、页岩5%、煤渣15%和晶硅切割废砂浆10%,按照上述重量配比称量配料,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在15wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化6天,陈化后的坯料的塑性指数10.2,干燥收缩率4.3%,干燥敏感系数1.04;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为5MPa,挤压成型制成孔洞率40~50%的空心砌块坯体;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥的起始温度设置为环境温度,7h升温至105℃,在105℃下恒温干燥8小时,使坯体水分降到1%;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧的起始温度设为环境温度,2.5h升温至1000℃,在温度1000℃焙烧4h,再保温2h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖/砌块,烧结砖/砌块抗压强度9.16 MPa、容重为850kg/m3,砌块厚度为270mm时,其传热系数为0.38W/m2.K。
实施例5
一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,包括以下步骤:
(1)原料的重量配比为:其原料的各组分的重量配比为:工程渣土50%、矿山渣土10%、页岩8%、煤矸石6%、煤渣5%、建筑垃圾10%、木屑2%和晶硅切割废砂浆9%,按照上述重量配比称量配料,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在14.5wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化4天,陈化后的坯料的塑性指数9.0,干燥收缩率4.7%,干燥敏感系数1.08;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为6MPa;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥的起始温度设置为环境温度,6.5h升温至105℃,在105℃下恒温干燥7.5小时,使坯体水分降到1.8%;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧的起始温度设为环境温度,2h升温至950℃,在温度950℃焙烧7h,再保温1h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖/砌块,烧结砖/砌块抗压强度17MPa、容重为1530Kg/m3。
本发明利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法的有益效果是:
(1)本发明利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品,充分发挥了PEG在坯料中的粘结力、增塑作用以及改善坯料的干燥敏感型,为利用建筑渣土、建筑垃圾、煤渣、页岩等瘠性废弃物原料提供了一条廉价的解决方案;
(2)本发明充分利用PEG燃烧时放出的热量,降低了烧结墙材的能耗,与此同时,850℃以上的煅烧温度有效的抑制了二噁英、苯并芘等污染物的产生;
(3)本发明可充分利用晶硅切割废砂浆中PEG燃烧时产生的烟气,可在烧结墙体材料中造孔,既降低了烧结墙材的容重,同时提高了产品的保温隔热性能;
(4)本发明晶硅切割废砂中的高细度、高活性的SiC和Si粉末,因其巨大的比表面积,一方面蕴含着巨大的化学活性,可明显提高烧结速度、降低烧结温度;另一方面,这些细小的颗粒可显著改善烧结制品坯料的颗粒级配,降低了成型难度、减少了干燥开裂、还可以提高制品的密实度,从而大大提高了成品的合格率、力学性能和耐久性;
(5)本发明将晶硅切割废砂、各种污泥中的重金属通过烧结反应的固化在烧结砖/砌块中,实现多种废弃物的无害化利用;
(6)本发明实现了晶硅切割废砂浆便捷、廉价、安全、无二次污染、无新增三废排放的资源化利用,大幅度降低光伏企业废渣处理费用,减轻环境压力,保护生态环境;
(7)本发明利用晶硅切割废砂浆的烧结砖/砌块在成型、干燥、焙烧各阶段均能达到生产烧结砖/砌块的要求,完全符合GB/T5101-1998《烧结普通砖》标准要求。利用本发明技术生产的烧结轻质多孔砖/砌块和烧结轻质空心砖/砌块,均达到GB26538-2011《烧结保温砖和保温砌块》标准要求。普通烧结砖/砌块强度达到15MPa以上,烧结保温砖和保温砌块强度达到5MPa以上,且颜色纯正、鲜艳,外观与传统黏土砖无明显差异;
(8)本发明技术生产的烧结墙体材料的重金属、放射性均符合国家相关标准要求,生产过程不产生二次污染。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将工程渣土、矿山渣土、页岩、煤矸石、煤渣、建筑垃圾、木屑和晶硅切割废砂浆原料按照重量配比称量,经破碎机破碎,将所有原料搅拌混合均匀得到混合料,使混合料含水量控制在13~15wt%;
(2)混合料通过堆料机送入均化库进行陈化,陈化3~7天,陈化后的坯料的塑性指数7~15,干燥收缩率2~8%,干燥敏感系数≤1.7;
(3)陈化后的坯料经取料机送入挤出机成型机,控制挤出机压力为5~7MPa;
(4)成型好的坯体推入烘干窑里进行干燥,干燥温度设置为起始温度设为室温,5~7h升至105℃,在105℃下干燥6~8h,使坯体水分降到3%以下;
(5)烘干后的坯体放入隧道窑内进行焙烧,焙烧温度设置为起始温度环境温度,2~4h升至800~1000℃,在温度为800~1000℃焙烧2~10h,再保温0.5~2h,然后进入冷却带,待炉内温度冷却至120℃以下,再自然冷却得到烧结砖、砌块或陶瓷制品。
2.根据权利要求1所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30~50%、矿山渣土0~40%、页岩5~20%、煤矸石0~20%、煤渣0~15%、建筑垃圾0~30%、木屑0~5%和晶硅切割废砂浆8~20%。
3.根据权利要求2所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土25%、页岩20%、煤矸石13%和晶硅切割废砂浆12%。
4.根据权利要求2所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土35%、矿山渣土27%、页岩10%、煤矸石10%、煤渣10%和晶硅切割废砂浆8%。
5.根据权利要求2所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土30%、矿山渣土20%、页岩10%、煤矸石20%、木屑3%和晶硅切割废砂浆17%。
6.根据权利要求2所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土40%、建筑垃圾30%、页岩5%、煤渣15%和晶硅切割废砂浆10%。
7.根据权利要求2所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,其原料的各组分的重量配比为:工程渣土50%、矿山渣土10%、页岩8%、煤矸石6%、煤渣5%、建筑垃圾10%、木屑2%和晶硅切割废砂浆9%。
8.根据权利要求1所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,步骤(2)中陈化后的坯料的塑性指数9~12,干燥收缩率4~6%,干燥敏感系数≤1.3。
9.根据权利要求1所述的利用晶硅切割废砂浆生产烧结砖、砌块或陶瓷制品的方法,其特征在于,步骤(1)中采用的破碎机为多级对辊破碎机。
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