CN108383473A - 一种基于煤矸石制备透水砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤矸石制备透水砖的方法，属于透水砖领域。本发明将具有粘结性能的煤矸石在二氧化碳氛围中进行高温熔融，在高温作用下，形成的偏铝酸钠与二氧化碳反应产生碳酸氢钠，碳酸氢钠受热进一步分解产生碳酸钠，并且进行了造孔，增加了孔隙度，同时吸附的木质素、纤维素等热解掉，保护了孔隙，随后在于添加颗粒及冰晶石粉末进行混合煅烧，通过冰晶石粉末降低混合物的熔点，同时在煅烧过程中蛇纹石结构被破坏，形成类镁橄榄石，增加了孔隙度，增加强度，且煅烧物中的二氧化硅与碳酸钠进行反应，生成了硅酸钠，增加了各物质间的结合力度，提高了抗压及抗折强度。本发明解决了目前透水砖生产成本高、抗压强度低的问题。
Description
技术领域
本发明属于透水砖领域，具体涉及一种基于煤矸石制备透水砖的方法。
背景技术
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城市地表被越来越多的水泥路面、沥青路面等不透水材料覆盖，带来便利交通的同时，也造成了许多负面的影响。大量研究表明，与不透水路面相比，透水砖路面具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、改善城市热环境、吸收城市噪音、改善城市地表土壤生态环境等作用。我国现今正处于城市化的高峰期，城市面积越来越大，原来的农田、水塘和湿地都没有了，地表“硬质化”取代了“绿地”，这也就导致了地面无法自然渗水，突然倍增的雨水进入城市排水系统却无处可去。相比于其他的雨水回收技术，以透水砖铺设道路具备高透水性、成本低廉、绿色环保等优良性质。至今工艺最成熟的便是混凝土路面砖铺设的透水性路面，以其成本低廉为美称。
透水砖起源于荷兰，在荷兰人围海造城的过程中，发现排开海水后的地面会因为长期接触不到水分而造成持续不断的地面沉降。一旦海岸线上的堤坝被冲开，海水会迅速冲到比海平面低很多的城市把整个临海城市全部淹没。为了使地面不再下沉，荷兰人制造了一种长200毫米宽100毫米50或60毫米高的小型路面砖铺设在街道路面上，并使砖与砖之间预留了2毫米的缝隙。这样下雨时雨水会从砖之间的缝隙中渗入地下，这就是后来很有名的荷兰砖。之后美国舒布洛科公司发明了一种砖体本身具有很强吸水功能的路面砖。当砖体被吸满水时水分就会向地下排去，但是这种砖的排水速度很慢，在暴雨的天气这种砖几乎帮不上什么忙，这种砖也被叫作舒布洛科路面砖。九十年代中国出现了舒布洛科砖，北京市政部门的技术人员根据舒布洛科砖的原理发明了一种砖体本身布满透水孔洞，渗水性很好的路面砖。雨水会从砖体中的微小孔洞中流向地下。又过了一段时间，为了加强砖体的抗压和抗折强度，技术人员用碎石作为原料加入水泥和胶性外加剂使其透水速度和强度都能满足城市路面的需要，这种砖的价格比起用陶瓷烧制的陶瓷透水砖相对便宜，适用于大多数地区工程。
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。目前我国已将煤矸石用作发电、制造建筑材料等，但大量煤矸石仍未得到有效利用造成大量浪费。
现有市场上的透水砖大致可分为陶瓷透水砖、水泥基透水砖和树脂结合透水砖三种基本类型。近些年来砂基透水砖成为关注热点，这种砂基透水砖，是以沙漠里的沙子为原料，透水性能好，防滑，但抗压强度低，耐磨性差。因此，合理利用煤矸石制备一种抗压强度高的透水砖具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前透水砖生产成本高、抗压强度低的问题，提供一种基于煤矸石制备透水砖的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种基于煤矸石制备透水砖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中进行球磨，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:1~3，放入球磨机中进行球磨，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为700~720℃，进行熔融40~60min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比6~9:0.3~0.6:2~4碾磨均匀，并放入煅烧炉中，设定温度为1100~1300℃，进行煅烧；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比10~16:1~3:5~7搅拌混合均匀，放入模具中，并在4~10MPa下进行压制，再进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，养护3~5次，每次养护时间为1~2h，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒20~30min，即得透水砖。
优选的，所述步骤（2）中的造纸黑液为碱法造纸黑液。
优选的，所述步骤（3）中添加颗粒为将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
优选的，所述步骤（3）中促进剂为电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
选的，所述步骤（5）中水蒸气的温度为100~105℃。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以煤矸石作为基础料，首先通过氯化钠溶液进行除杂，去除其中的杂质，再与造纸黑液进行混合，在球磨过程中，通过造纸黑液对煤矸石的孔隙进行填充木质素、纤维素等，防止造纸黑液中的碱与煤矸石中的氧化铝进行反应形成的偏铝酸钠堵塞孔隙，而形成的偏铝酸钠使煤矸石具有粘结性能，通过球磨增加活性；
（2）本发明将具有粘结性能的煤矸石在二氧化碳氛围中进行高温熔融，在高温作用下，形成的偏铝酸钠与二氧化碳反应产生碳酸氢钠，碳酸氢钠受热进一步分解产生碳酸钠，并且进行了造孔，增加了孔隙度，同时吸附的木质素、纤维素等热解掉，保护了孔隙，随后在于添加颗粒及冰晶石粉末进行混合煅烧，通过冰晶石粉末降低混合物的熔点，同时在煅烧过程中蛇纹石结构被破坏，形成类镁橄榄石，增加了孔隙度，增加强度，二氧化硅暴露出来，且煅烧物中的二氧化硅与碳酸钠进行反应，生成了硅酸钠，增加了各物质间的结合力度，提高了抗压及抗折强度，随后进行养护，通过水蒸气与勃姆石的作用形成凝胶进一步增加了结合度，进一步提高了抗压强度及力学性能，通过凝胶的形成，增加了透水系数，并且通过店家电气石粉与蒙脱石可以有效对孔隙进行清理，达到一定的自清洁的能力，并且增加了力学性能。
具体实施方式
造纸黑液为碱法造纸黑液，碱法造纸黑液选择利用氢氧化钠处理草木植物过程中所产生的废液，碱含量为1.3~18g/L。
添加颗粒的制备：将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
促进剂的配制：将电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
一种基于煤矸石制备透水砖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中以800r/min进行球磨2h，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置1~3h，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:1~3，放入球磨机中以500r/min进行球磨50min，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为700~720℃，进行熔融40~60min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比6~9:0.3~0.6:2~4以700r/min碾磨30min，并放入煅烧炉中，设定温度为1100~1300℃，进行煅烧35~45min；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比10~16:1~3:5~7搅拌混合均匀，放入模具中，并在4~10MPa下进行压制10min，再在30~35℃进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，水蒸气的温度为100~105℃，养护3~5次，每次养护时间为1~2h，每次间隔10~15min，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒20~30min，即得透水砖。
造纸黑液为碱法造纸黑液，碱法造纸黑液选择利用氢氧化钠处理草木植物过程中所产生的废液，碱含量为1.3g/L。
添加颗粒的制备：将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
促进剂的配制：将电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
一种基于煤矸石制备透水砖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中以800r/min进行球磨2h，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置1h，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:1，放入球磨机中以500r/min进行球磨50min，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为700℃，进行熔融40min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比6:0.3:2以700r/min碾磨30min，并放入煅烧炉中，设定温度为1100℃，进行煅烧35min；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比10:1:5搅拌混合均匀，放入模具中，并在4MPa下进行压制10min，再在30℃进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，水蒸气的温度为100℃，养护3次，每次养护时间为1h，每次间隔10min，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒20min，即得透水砖。
造纸黑液为碱法造纸黑液，碱法造纸黑液选择利用氢氧化钠处理草木植物过程中所产生的废液，碱含量为18g/L。
添加颗粒的制备：将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
促进剂的配制：将电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
一种基于煤矸石制备透水砖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中以800r/min进行球磨2h，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置3h，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:3，放入球磨机中以500r/min进行球磨50min，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为720℃，进行熔融60min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比9:0.6:4以700r/min碾磨30min，并放入煅烧炉中，设定温度为1300℃，进行煅烧45min；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比16:3:7搅拌混合均匀，放入模具中，并在10MPa下进行压制10min，再在35℃进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，水蒸气的温度为105℃，养护5次，每次养护时间为2h，每次间隔15min，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒30min，即得透水砖。
造纸黑液为碱法造纸黑液，碱法造纸黑液选择利用氢氧化钠处理草木植物过程中所产生的废液，碱含量为9.5g/L。
添加颗粒的制备：将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
促进剂的配制：将电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
一种基于煤矸石制备透水砖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中以800r/min进行球磨2h，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置2h，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:2，放入球磨机中以500r/min进行球磨50min，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为710℃，进行熔融50min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比7.5:0.45:3以700r/min碾磨30min，并放入煅烧炉中，设定温度为1200℃，进行煅烧40min；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比13:2:6搅拌混合均匀，放入模具中，并在7MPa下进行压制10min，再在33℃进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，水蒸气的温度为103℃，养护4次，每次养护时间为1.5h，每次间隔12.5min，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒25min，即得透水砖。
对比例：合肥市某公司生产的透水砖。
对实施例及对比例的透水砖进行测试，参考《GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板》，测试结果如表1。
表1
综合上述，本发明合理利用了煤矸石制备得到的透水砖，各项性能优于市售透水砖，值得推广使用。
Claims (5)
1.一种基于煤矸石制备透水砖的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）取煤矸石放入球磨机中进行球磨，收集球磨物A，将球磨物A与0.3mol/L氯化钠溶液按质量比1:3进行混合，静置，去除表面漂浮的杂质，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，粉碎，过筛，收集过筛颗粒；
（2）将过筛颗粒与造纸黑液按质量比7:1～3，放入球磨机中进行球磨，球磨过程中使用二氧化碳进行保护，收集球磨物，将球磨物放入电熔融炉中，使用二氧化碳将电熔融炉中的气体排出，设定温度为700～720℃，进行熔融40～60min；
（3）待熔融结束后，收集熔融物，将熔融物、冰晶石粉末与添加颗粒按质量比6～9:0.3～0.6:2～4碾磨均匀，并放入煅烧炉中，设定温度为1100～1300℃，进行煅烧；
（4）在煅烧结束后，收集煅烧物，将煅烧物、促进剂及水按质量比10～16:1～3:5～7搅拌混合均匀，放入模具中，并在4～10MPa下进行压制，再进行干燥，脱模，收集脱模物；
（5）将脱模物在水蒸气进行养护，养护3～5次，每次养护时间为1～2h，待养护完成后，将养护后的脱模物进行自然晾晒20～30min，即得透水砖。
2.根据权利要求1所述基于煤矸石制备透水砖的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的造纸黑液为碱法造纸黑液。
3.根据权利要求1所述基于煤矸石制备透水砖的方法，其特征在于，所述步骤（3）中添加颗粒为将蛇纹石、勃姆石按质量比3：2放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，即得添加颗粒。
4.根据权利要求1所述基于煤矸石制备透水砖的方法，其特征在于，所述步骤（3）中促进剂为电气石粉与蒙脱石按质量比1:2混合而成。
5.根据权利要求1所述基于煤矸石制备透水砖的方法，其特征在于，所述步骤（5）中水蒸气的温度为100～105℃。
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