CN107365164A - 一种细粉状废渣透水烧结路面砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废物资源化利用以及建筑材料领域，提供一种细粉状废渣透水烧结路面砖，其透水系数大于2.0×10‑2cm/s，强度等级为Rf4.0以上。本发明还提出一种细粉状废渣透水烧结路面砖的制备方法：将40‑90份的废渣粉料和10‑60份的塑性废料混合并打散为混合粉料，采用高压雾化喷水造粒工艺控制颗粒级配成球，造粒过程中包裹粉料结合剂，在成型模具中分层布料压制成坯体，干燥后在1000‑1250℃烧成。本发明提出的制备方法，解决了细粒度、粉状废料因为缺乏骨料难以利用堆积法造孔的问题，创新性地提出造粒堆积造孔同时包裹结合剂、一次烧成工艺。该方法废渣掺量高，废弃物减量化效果明显，实用性强，有利于进行标准化生产及推广。

Description

一种细粉状废渣透水烧结路面砖及其制备方法
技术领域
本发明属于废物资源化综合利用和建筑材料领域，具体涉及一种细粉状废渣透水烧结路面砖及其制备方法。
背景技术
“逢雨必涝”已成为我国城市的一大通病。在修建车站、广场、运动场、道路等公共场所时，都必须考虑到对雨水的迅速泄排问题，由于平时道路、广场都会积存一些垃圾，加上大雨将至时，伴随的大风将不少枯枝、败叶吹落至道路、广场上，雨水将这些残枝败叶、垃圾冲至地漏口并经常堵塞住漏水口，造成低洼处积水严重。透水砖是具有很强吸水功能的路面砖，由于其具有很高的孔隙率，并且大部分孔隙为连通孔，其上的降水可以通过本身与地下铺垫层相通的渗水路径渗入下部土壤，对于地下水资源的补充具有重要的作用；另外，透水砖能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势，减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度，可以提高土壤的透水、透气性，改善地面植物的生长环境，调整生态平衡。我国大量堆存的废渣，开发契合海绵城市建设过程中所需的渗水透水砖材料，可达到废渣大量消纳处理的目的，也可以解决城市发展面临的巨大水涝压力。
现有不少国内学者与科研机构采用以固体工业废料建筑垃圾为主要原料进行透水砖的研制，基本有免烧类透水砖制品和烧结型陶瓷透水砖两种产品：免烧类产品类主要是使用水泥和天然骨料，或者使用碱激发工业废渣胶凝材料，与一定粒径的冶金渣颗粒拌和，养护后制备出路面透水砖，但是这种免烧产品的强度和耐久性较差，尤其在寒冷或者极寒地区的工程使用存在抗冻性较差的问题，表现为容易吸水冻融破坏。另一类是以陶瓷废料为骨料，废玻璃、页岩为高温助熔剂或加入造气剂烧制的陶瓷透水砖。烧结的陶瓷类透水砖相对免烧混凝土透水砖性能更优，但是目前工业化应用的基本都是以陶瓷废料为骨料生产，这种原料一方面产出地主要集中在一些陶瓷产区，具有局限性；另一方面陶瓷厂目前的废陶瓷都能返回自身回收利用。
综上所述，目前的陶瓷透水产品都以骨料堆积造孔的方法制备透水砖，但是目前的大宗工业废弃物如废渣、污泥等，基本都属于细粒度的粉料，因缺乏堆积造孔所需的骨料颗粒，很难被大量利用制备该类透水类材料；同时废渣等原料又不具有火山灰活性，也难于作为集料应用到免烧类透水砖中。该发明正是利用细粉体状废渣易于造粒的特点，提出一种适用于细粒度尾矿等废弃物堆积造孔制备高性能透水砖的方法。
发明内容
针对本领域的不足之处，本发明的目的在于提供一种新型透水烧结路面砖，适用于细粒度尾矿等废弃物堆积造孔制备高透水系数、高强度、高抗冻性透水砖的方法，以解决现有的混凝土类免烧透水砖强度低、抗冻性差不足的问题，目前的大宗工业废弃物如尾矿、污泥等，基本都属于细粒度的粉料，因缺乏堆积造孔所需的骨料颗粒，很难被大量使用；同时尾矿等原料又不具有火山灰活性，也难于应用到免烧类透水砖中。
本发明的第二个目的是提出所述新型透水烧结路面砖的制备工艺方法。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种细粉状废渣透水烧结路面砖，是以细粒度废渣、粉料为主要原料制成，所述细粉状废渣透水烧结路面砖的透水系数大于2.0×10-2cm/s，强度等级为Rf4.0以上；所述细粒度废渣为有色金属选矿尾矿、冶金污泥、城市污泥、塑性废料中的一种或多种。
塑性废料是易于造粒的有塑性的废料，可以是粘土、瓷土、膨润土中的一种或几种。
一种新型透水烧结路面砖的制备方法，包括步骤：
S1、将40-90份的废渣粉料和10-60份的塑性废料混合并打散为混合粉料作为底层原料；面料层的原料为粉料造球、砂粒、卵石、人工骨料和天然骨料中一种或多种；
S2、将底层和面层混合粉料在圆盘造粒机内高压雾化喷水造粒，加水量为混合粉料质量的5-30％；
S3、在圆盘造粒机中分别将面层和底层混合料造粒，待圆盘造粒机内形成合适粒度的球粒和粒度级配时，撒入5-50％(外掺)干粉结合剂，在料球表层包裹均匀；
S4、造粒完成后，在成型模具中分2层布料，先布底料层，再布面料层，在1-5MPa的成型压力下压制成砖坯；
S6、将压制成型的坯体在90-130℃干燥3-5h；
S7、干燥后的坯体在1000-1250℃烧成，保温30-120min，得到新型透水烧结路面砖制品。
其中，所述废渣为有色金属矿山废渣、冶金污泥、市政污泥、塑性废料、冶金废渣中的一种或多种，废渣中粒径在200目(0.075mm)筛下的颗粒占30-100％。
其中，步骤S3中，所述底层料球粒度为：粗粒度范围为5-7mm、中等粒度为3-5mm及细粒度为1-3mm，用所述粒度的底层料球中的一种或三种配合使用，三种配合使用的粒度级配为粗：中：细粒度＝(20-50)：(30-60)：(20-50)。
级配的比例是质量比。造粒后可通过常规的筛分方式分出不同粒度。
本发明的优选技术方案之一为，面料层的原料为粉料造球，所述粉料造球是将50-70份的废渣粉料和30-50份的塑性废料混合并打散为混合粉料造球；
或，所述面料层的原料为粒径1-3mm的碎石、砂粒、卵石、人工骨料和天然骨料中的一种或多种。
其中，步骤S3中，所述干粉结合剂为高塑性低熔点非金属矿物，包括无机结合剂和/或有机结合剂，所述无机结合剂为低温球土、页岩、低熔点玻璃粉中的一种或多种，所述有机结合剂为纤维素、水玻璃、淀粉中的一种或几种，所述有机结合剂需要溶解后随着造粒喷水过程加入。撒入5-50％干粉结合剂是按外掺计量，也就是说，撒入圆盘造粒机中物料总量的5-50％干粉结合剂。
所述高塑性低熔点非金属矿物熔点低于粉料球，高塑性既保证生坯强度同时保证高温下熔融软化，对颗粒之间起到粘结作用，有效地保证了透水砖的强度。其粘粒含量：＜0.005mm，粘粒含量占30％～45％；塑性指数：17～20，主要化学成分范围为SiO2(40-60％)，Al2O3(10-15％)，CaO(10-15％)，MgO(10-15％)，K2O(10-15％)，Na2O(10-15％)。
优选地，步骤S4中，成型模具中，底料层：面层的质量比＝(8-9)：(1-2)。
其中，步骤S7中，所采用的烧成方式为：所采用的烧成方式为：以5-15℃/min的升温速率将炉温升至900-1000℃，保温10-40min，然后以6-15℃/min的升温速率将炉温升至1100-1250℃，保温30-120min。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种适用于细粒度尾矿等废弃物堆积造孔制备高透水系数、高强度、高抗冻性透水砖的方法，以解决现有的混凝土类免烧透水砖强度低、抗冻性差不足的问题，同时解决了目前的大宗工业废弃物如尾矿、污泥等，基本都属于细粒度的粉料，因缺乏堆积造孔所需的骨料颗粒，很难被大量掺入利用的问题；同时尾矿等原料又不具有火山灰活性，也难于应用到免烧类透水砖中。本发明的制备方法创新性地提出造粒堆积造孔同时包裹结合剂、一次烧成；产品废渣掺量高、透水系数高、废弃物减量化效果明显，实用性强。利于进行标准化生产及推广。
附图说明
图1为本发明细粒废渣陶瓷透水砖的制备流程图；
图2为本发明细粒废渣陶瓷透水砖结构的示意图；
图3为透水烧结路面砖烧成后底料层和面料层样块形貌的照片。
图中，1.面料层，2.底料层。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
下面结合附图及具体实施对本发明作进一步说明。
实施例1
以铜矿选矿尾矿(粒度0.075mm以下占60-70％)为原料，制备废渣陶瓷透水砖，流程参见图1，具体包括步骤：
S1、将80质量份的废渣和20质量份的塑性土(粘土)混合并打散为混合粉料，作为底层的原料；将70质量份的废渣和30质量份的塑性土(铝矾土废料)混合并打散为混合粉料，作为面层的原料；
S2、混合粉料在圆盘造粒机内加水造粒，在造粒过程中持续高压雾化喷水，加水量为混合粉料质量的30％，撒入20％(外掺)干粉结合剂(页岩)，在料球表层包裹均匀。
S3、将造出的颗粒过筛，底层料球粒度级配中，粗粒度范围为5-7mm，中等粒度为3-5，细粒度为1-3mm，按质量比，粗：中：细度＝20：30：50。粒径为2～3mm生料球作为透水砖面层材料。
S4、参见图2，在成型模具中分2层布料，先布底料层2，再布面料层1，形成坯体，底料层材料占8质量份，面料层材料占2质量份。
S5、将坯体在1MPa的压力下压制成型，在120℃下干燥3h；
S6、干燥后的坯体烧成，升温过程为：以5℃/min的升温速率将炉温升至950℃，保温20min，然后以15℃/min的升温速率将炉温升至1250℃，保温40min得到透水烧结路面砖制品。
实施例2
以冶金污泥(粒度0.075mm以下占60％)为主要原料，制备细粒废渣陶瓷透水砖，其中步骤1为：
S1、将70质量份的污泥和30质量份的塑性土混合并打散为混合粉料作为底层的原料；将60质量份的污泥和40质量份的塑性土(膨润土尾矿)混合并打散为混合粉料，作为面层的原料；
S2、混合粉料在圆盘造粒机内雾化喷水造粒，在造粒过程中持续高压雾化加水，加水量为混合粉料质量的10％，撒入25％(外掺)膨润土，在料球表层包裹均匀。
S4、参见图2，在成型模具中分2层布料，先布底料层2，再布面料层1，形成坯体，底料层材料占8质量份，面料层材料占2质量份。
S5、将坯体在3MPa的压力下压制成型，在120℃下干燥3h；
S6、干燥后的坯体烧成，升温过程为：以6℃/min的升温速率将炉温升至900℃，保温10min，然后以15℃/min的升温速率将炉温升至1200℃，保温45min。
其他操作同实施例1。
实施例3
以市政污泥(粒度0.075mm以下)为原料，制备细粒废渣陶瓷透水砖，其中步骤1为：
S1、将70质量份的市政污泥和30质量份的化工废石膏混合并打散为混合粉料，作为底层的原料；将60质量份的市政污泥和40质量份的化工废石膏混合并打散为混合粉料，作为面层的原料。
S2、混合粉料在圆盘造粒机内加水造粒，在造粒过程中持续均匀加水，加水量为混合粉料质量的10％，撒入40％(外掺)干粉结合剂低温球土，在料球表层包裹均匀。
S4、参见图2，在成型模具中分2层布料，先布底料层2，再布面料层1，形成坯体，底料层材料占8质量份，面料层材料占2质量份。
S5、将坯体在3MPa的压力下压制成型，在120℃下干燥3h；
S6、干燥后的坯体烧成，升温过程为：以6℃/min的升温速率将炉温升至950℃，保温15min，然后以15℃/min的升温速率将炉温升至1250℃，保温45min。
其他操作同实施例1。图3之(1)、之(2)示出了透水烧结路面砖底料层和面料层的形貌，可见透水砖颗粒间有明显连通空隙。
按照标准GBT25993-2010的方法测试透水砖性能，结果见表1。表1比较了实施例1-3透水砖的性能，其中透水系数的单位为1×10-2cm/s。
表1：实施例1-3透水砖的技术参数
实施例1～3的比较可知，本发明的方法可以获得孔隙率较大、透水性能好的透水砖，抗折强度等级在Rf4.0以上。
实施例4
以市政污泥(粒度0.075mm以下)为原料，制备细粒废渣陶瓷透水砖，其中步骤1为：
S1、将70质量份的市政污泥和30质量份的化工废石膏混合并打散为混合粉料，作为底层的原料；取粒径1～3mm的碎石作为面层的原料，70质量份的碎石和30质量份的化工废石膏混合并打散为混合粉料。
S2、两种混合粉料分别在圆盘造粒机内加水造粒，在造粒过程中持续高压雾化加水，加水量为混合粉料质量的20％，撒入10％干粉结合剂纤维素，纤维素溶解在水里随雾化喷水加入、在料球表层包裹均匀。
S4、在成型模具中分2层布料，先布底料层2，再布面料层1，形成坯体，底料层材料占8质量份，面料层材料占2质量份。
其他操作同实施例1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种细粉状废渣透水烧结路面砖，其特征在于，是以细粒度废渣、粉料为主要原料制成，所述细粉状废渣透水烧结路面砖的透水系数大于2.0×10-2cm/s，强度等级为Rf4.0以上；所述细粒度废渣为有色金属选矿尾矿、冶金污泥、城市污泥、塑性废料中的一种或多种。
2.一种细粉状废渣透水烧结路面砖的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将40-90份的废渣粉料和10-60份的塑性废料混合并打散为混合粉料作为底层原料；将40-90份的砂粒、卵石、人工骨料和天然骨料中一种或多种，和10-60份的塑性废料混合并打散为混合粉料作为面料层的原料；
S2、将底层和面层的混合粉料分别在圆盘造粒机内高压雾化喷水造粒，加水量为混合粉料质量的5-30％；
S3、在圆盘造粒机中分别将面层和底层混合粉料造粒，待圆盘造粒机内形成合适粒度的球粒时，加入混合粉料质量的5-50％干粉结合剂，在料球表层包裹均匀；
S4、造粒完成后，在成型模具中分2层布料，先布底料层，再布面料层，在0.5-5MPa的成型压力下压制成砖坯；
S6、将压制成型的坯体在90-130℃干燥3-5h；
S7、将干燥后的透水砖坯体在1000-1250℃烧成，保温30-120min，得到透水烧结路面砖制品。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述废渣为有色金属矿山废渣、冶金污泥、市政污泥、塑性废料、冶金废渣中的一种或多种细粉状物料，废渣中粒径在200目筛下的颗粒占30-100％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述面料层的原料为粉料造球，所述粉料造球是将50-70份的废渣粉料和30-50份的塑性废料混合并打散为混合粉料造球。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述面料层的原料采用粒径为1-3mm的碎石、砂粒、卵石、人工骨料和天然骨料中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述底层料球粒度为：粗粒度范围为5-7mm、中等粒度为3-5mm及细粒度为1-3mm，用所述粒度的底层料球中的一种或三种配合使用，三种配合使用的粒度级配为粗：中：细度＝(20-50)：(30-60)：(20-50)。
7.根据权利要求2～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述干粉结合剂为高塑性低熔点非金属矿物，包括无机结合剂和/或有机结合剂，所述无机结合剂为低温球土、页岩、低熔点玻璃粉中的一种或多种，所述有机结合剂为纤维素、水玻璃、淀粉中的一种或几种，所述有机结合剂需要溶解后随着造粒喷水过程加入。
8.根据权利要求2～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所采用的烧成方式为：以5-15℃/min的升温速率将炉温升至900-1000℃，保温10-40min，然后以6-15℃/min的升温速率将炉温升至1100-1250℃，保温30-120min。
9.根据权利要求2～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，成型模具中，底料层：面层的质量比＝(8-9)：(1-2)。
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