专利名称：一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂及应用的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂及应用；属于固体废弃物利用技术领域和无机建筑保温材料技术领域。
背景技术：
我国传统墙体建筑材料粘土实心砖的原料主要是从耕地中取得，造成更替资源的浪费。为了保护环境、保护土地，加快淘汰粘土实心砖，国家建材局、农牧渔业部、国土资源部、城乡建设部联合发出了《严格限制毁田烧砖、积极推进墙体材料改革意见的通知》，国家规定县级以上城市2010年底全部禁止使用实心粘土砖。2010年，工业和信息化部、科学技术部、国土资源部、国家安全生产监督管理总局联合印发《金属尾矿综合利用专项规划(2010-2015年)》通知，加强尾矿综合利用的进程。随着经济的快速发展，城市建设加快、面积扩大，每年因烧制粘土砖毁掉耕地25-30万亩。如此下去，土地资源变将成为可持续发展 的障碍、瓶颈与危机，发展利用绿色环保的墙体材料已经到了刻不容缓的地步。同时，随着国民经济的飞速发展和城市化进程的深化，以及节能、减排、环保、节地的要求，加上人们对墙体材料的品质指标、节能保暖提出了更高的要求，从而促进墙体向高强、隔热保温、轻质耐用的高性能发展。研制开发节能保温墙体材料具有十分重要的社会意义和实际意义。目前，传统建材工业存在的突出矛盾是一方面建材工业高速发展，产品数量巨大；另一方面，建材产品如水泥、玻璃、建筑装饰材料、墙体材料、道路工程建筑材料等产业面临资源成本、节能减排与环境保护、集约化生产程度较低等多种问题。因此，绿色建材概念的应运而生，符合了建材工业可持续发展的中长期目标。将固体废物作为组分或替代组分加入到建筑材料原物系中形成新的材料，达到资源化的效果，既满足绿色建材的属性要求，又可实现固体废物的资源化目标，具有经济效应与社会效益均十分显著的特点。工业固体废弃物是工业生产过程产生的固态及半固态的废弃物的统称。在我国工业固体废弃物占固体废弃物总量的87%。大量的固体废弃物不仅占用土地，而且严重污染了环境。据测算，我国上世纪末每年因固体废物污染环境造成的经济损失在300亿元人民币以上。长期以来，我国经济的发展走的是一条高投入、高消耗的道路。如2009年我国占全球经济总量的6-7%，消耗的能源却占到17. 7% ;水泥工业年排放CO2约12亿吨，占全国排放总量的15%左右，占全国工业企业排放总量的26-30%。为此，将建材工业的发展同节约能源和资源、保护生态环境、治理污染有机结合起来，实现固体废弃物的利用及建材行业发展的良性循环具有重要的社会意义和经济价值。当前我国的尾矿处理有以下一些方式[I]把尾矿堆存于修筑的尾矿库内或直接占地堆放，此法占用土地、且可能污染环境或造成溃坝等危害；[2]在尾矿堆积场上覆土植被造林；[3]有用元素、有价资源再选用；[4]作为建筑材料原料，如水泥、砂砖、加气混凝土、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花砖、泡沫玻璃和泡沫材料等；[5]矿山采空区回填料，如水砂充填料或胶结充填集料；[6]用作路面材料、防滑材料、海岸造田等。
尾矿作为复合矿物原料进行整体开发利用，作为经济实用的新矿产资源，不仅可使原来资源枯竭或不足的矿山重新成为新资源基地，还可充分利用矿产资源和原有的矿山设施，挖掘矿山潜力。这还可以解决环境污染问题，改善生态环境和国土整治，具有巨大经济、社会和环境效益。综合利用尾矿资源不仅是发展矿业循环经济、保证可持续发展的重要环节，也是利己利民的客观要求和重大举措。研制生产节能保温墙体材料，特别是生产节约耕地、节能、造价低、实现承重保温一体的建材产品是非常必要的。利用矿山尾矿生产烧结多孔砖，做到了变废为宝目的。这既有利于减少矿山尾矿库的尾矿堆放量、减少尾矿库的安全隐患，又满足了节能保温墙体材料的节约耕地、节能保温建材产品的现实要求。利用尾矿制备多孔或泡沫砖已有一些报道，如公开号为CN101412597A的发明专利公开了 “一种利用铁尾矿常温发泡制备烧结泡沫砖的方法”，其采用松香胶、树脂皂类发泡剂经高速打泡机制备得到泡沫；公开号为CN101684680A和CN101638918A的发明专利公开了一种铁尾矿烧结多孔保温板材技术，采用碳酸钠、碳化硅、铁粉和磷酸钙粉的混合物为发泡剂在烧结过程中反应成泡。CN101412597A发明专利公开的 方法可以实现常温发泡制备烧结泡沫砖，但其方法实施中必须利用高速打泡机才能实现发泡，增加了烧结泡沫砖的生产成本；CN101684680A和CN101638918A发明专利公开的烧结多孔保温板技术，其发泡原理是在成型的坯砖在高温烧结过程中由发泡剂热分解释放气体而成泡，这种方法需要将混合生料置于耐高温的模具中进行发泡、烧结，否则导致生料在烧结过程中发泡胀大而无法控制产品形状尺寸，因此，应用耐高温模具也将大大提高生产成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种组分配比合理、原材料来源广泛、成本低、常温下即可发泡的尾矿烧结多孔砖用发泡剂及应用；利用所述发泡剂，以尾矿为主要原料，通过常温发泡、烧结制备孔隙率可调、密度小、导热系数小、保温隔热性能好的尾矿烧结多孔砖。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，包括下述组分，按质量百分比组成
食用粉1-20%
蔗糖1-20%
綱 0.1-10%
水 50-97% ο本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，所述食用粉选自面粉、大米粉、玉米粉、薯粉中的至少一种。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，还包含有发泡促进剂，其用量按调发泡剂pH值=2-6确定。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，所述发泡促进剂选自柠檬酸、冰醋酸、碳酸、氢氰酸，磷酸中的一种。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，是向浆料中添加占浆料质量百分比
O.1-25%的发泡剂，搅拌均匀，得到混合浆料；将混合浆料装入模具中，于10-40°C发酵3-12小时，使混合浆料发泡后，脱模，得到砖坯；然后，将砖坯于50-120°C干燥1-24小时；最后，于800-1100°C保温烧结1-5小时，得到尾矿烧结多孔砖；所述浆料中尾矿的重量百分含量为 60% 90%。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，所述浆料由下述组分，按质量百分比组成尾矿60 90%水10-40%。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，所述尾矿为铁矿尾矿、钨矿尾矿、铜矿尾矿、铅矿尾矿、锌矿尾矿、金矿尾矿、钥矿尾矿、镍矿尾矿、锡矿尾矿、钛矿尾矿、铝土矿红泥、浙青砂尾矿中的至少一种；所述尾矿的化学成分由Si、Al、Ca、Mg、K、Na、Sr、Ba、Fe、Ti、Mn、P、Zn、Cu、Ni、Co、V、Nb、S、W、Mo中至少两种元素的氧化物、硅酸盐或硅铝酸盐组成， 其中Si和Al元素折合成氧化物的质量百分比含量为Al20310-75%、Si0225-90% ;所述尾矿粒径小于等于4毫米。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，在所述混合浆料中添加占其质量百分数为O. 5-20%的外加剂，所述外加剂选自高岭土、粘土、膨润土、硼砂、钾长石、钠长石中的一种或几种，外加剂的添加，可以改善多孔砖的结构强度。本发明一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，在所述混合浆料中添加占其质量百分数为O. 5-15%的粘结剂，所述粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂、纤维素醚中的一种或几种。粘结剂的添加可以改善多孔砖砖坯的强度。本发明由于采用上述组分制备发泡剂，具有以下优点I、利用食用粉、蔗糖和酵母为发泡剂，所用原料安全环保；2、发泡孔隙率可以通过调整发泡剂用量进行调节；3、常温条件下的发泡，对模具限制小，避免了碳酸钙等高温发泡对模具的严格要求；4、常温制备砖坯，操作安全方便；5、尾矿利用量大，变废为宝，减少尾矿库的安全隐患，避免粘土砖对耕地良田的破坏。利用本发明的发泡剂烧结制备的尾矿烧结多孔砖，具体孔隙率、砖的尺寸大小和制备工艺可以根据实际生产需要进行相应调整，灵活性大；本发明的重点在于烧结多孔砖的常温发泡技术，应用在尾矿烧结多孔砖中，制备的尾矿烧结多孔砖具有以下优良特性。I、质量可靠，各项指标均达到和超过国家建材规定指标。2、孔隙率高孔隙率可达到2(Γ60%以上，比重小，降低了墙体重量。3、尺寸规格可根据实际需要设计相应的模具，能制备出砖块整齐、一致性好的多孔烧结砖。4、保温隔热效果好热扩散系数可达O. OOfO. 06cm2/s，是普通烧结砖的1/3^1/10,具有很好的“冬保暖、夏隔热”之能效，实现有效节能。5、隔音效果好，减少喧吵环境的影响。6、绿色环保尾矿原料经检测不含放射性元素，其它添加料也不含放射性元素和有毒元素，居住环保安全。7、使用本发明制备的尾矿烧结多孔砖，能降低建筑工人的劳动强度，降低建筑成本和工程造价；还实现矿山尾矿的有效利用，变废威宝，减轻尾矿可能造成危害；可以避免因制造粘土砖而毁坏耕地的不良结果。综上所述，本发明的发泡剂具有组分配比合理、原材料来源广泛、成本低、常温下即可发泡的优点；其应用在尾矿烧结多孔砖中，利用所述发泡剂，以尾矿为主要原料，通过常温发泡、烧结制备出孔隙率可调、密度小、导热系数小、保温隔热性能好的尾矿烧结多孔砖，适于在建筑以框架结构为主、非承重、低密度轻质墙体材料中的应用，可广泛应用于框架结构的建筑墙体材料、装饰材料以及房屋隔热保温材料等领域。
具体实施例方式结合以下实施例，对本发明的内容作更进一步的说明。以下实施例只是符合本发明技术内容的几个实例，并不说明本发明仅限于下述实例所述的内容。本发明的重点在于发泡剂成分配方及其在尾矿烧结多孔砖中的应用，所述原材料、工艺方法和步骤可以根据生产条件进行相应的调整，灵活性大。
本发明实施例的主成分尾矿分别选用湖南柿竹园川口钨矿尾矿和内蒙古宁城某铁矿尾矿；外加剂选用湖南郴州某粘土矿的粘土 ；粘结剂为聚乙烯醇；发泡剂选用食用面粉、蔗糖和干酵母；发泡促进剂为柠檬酸、冰醋酸。实施例I本实例以湖南柿竹园川口钨矿尾矿为主要原料，以蔗糖、淀粉和干酵母为发泡剂，柠檬酸为发泡促进剂制备烧结多孔砖。所用钨矿尾矿的化学组成为重量含量Si0279. 28%、Al2O3IO. 17%、MgO O. 89%、CaO 2. 47%、Fe2034. 12%、Na2O O. 49%、K2O 2· 08%、P2O5O. 11%、TiO2O. 30%、Μη020. 06%。该钨尾矿料的粒度小于I毫米。材料制备按以下实验的工艺步骤进行①分别称取蔗糖2克、淀粉O. 2克和干酵母O. 02克，并将它们溶于18. 78克水中，搅拌使其形成均匀悬浊液，获得尾矿烧结多孔砖用发泡剂；②将2克柠檬酸发泡促进剂溶于20克水中，然后慢慢滴入步骤①制得的尾矿烧结多孔砖用发泡剂中，同时搅拌使其形成均匀悬浊液，用酸碱计检测发泡剂溶液的酸碱度，得到合适的pH值约为5 ；③称取尾矿500克，将尾矿与70克水置于搅拌器中，搅拌混合均匀，获得尾矿浆料；④将步骤②制备的尾矿烧结多孔砖用发泡剂混合溶液加入到步骤③制备好的尾矿浆料中，搅拌均匀，制得混合浆料；⑤将步骤④制备的混合浆料装入方形泡沫模具中，置于温度为30°C烘箱中发酵12h小时使混合浆料发泡；⑥将步骤⑤发泡后的湿坯置于80°C烘箱中烘烤干燥24小时。⑦将干燥好的混合料砖坯放入硅碳棒加热的电阻炉中，经1050°C保温2h烧结制备得到烧结多孔砖。所制备的烧结多孔砖的体积比重为I. 174g/cm3，气孔率为24. 6%，热扩散系数为
O.015cm2/s。实施例2
本实例以湖南柿竹园川口钨矿尾矿为主要原料，所用钨矿尾矿的化学组成为重量含量Si0279. 28%、Α120310· 17%,MgO O. 89%,CaO 2. 47%、Fe2034. 12%,Na2O O. 49%,K2O 2. 08%、P2O5O. 11%、TiO2O. 30%、MnO2O. 06%。该钨尾矿料的粒度小于I毫米。以蔗糖、淀粉和干酵母为发泡剂，柠檬酸为发泡促进剂制备烧结多孔砖。材料制备按以下实验的工艺步骤进行①分别称取蔗糖2. 5克、淀粉2. 5克、干酵母O. 5克和聚乙烯醇O. 5克，并将它们溶于44克水中，搅拌使其形成均匀悬浊液，获得尾矿烧结多孔砖用发泡剂； ②将4克柠檬酸发泡促进剂溶于20克水中，然后慢慢滴入步骤①制得的尾矿烧结多孔砖用发泡剂中，同时搅拌使其形成均匀悬浊液，用酸碱计检测发泡剂溶液的酸碱度，得到合适的pH值约为4 ；
③称取尾矿350克，将尾矿与50克水置于搅拌器中，搅拌混合均匀，获得浆料；④将步骤②制备的尾矿烧结多孔砖用发泡剂混合溶液加入到步骤③制备好的尾矿浆料中，搅拌均匀，制得混合浆料；⑤将步骤④制备的混合浆料装入方形泡沫模具中，置于温度为30°C烘箱中发酵12h小时使混合浆料发泡；⑥将步骤⑤发泡后的湿坯置于80°C烘箱中烘烤干燥24小时。⑦将干燥好的混合料砖坯放入硅碳棒加热的电阻炉中，经1050°C保温2h烧结制备得到烧结多孔砖。所制备的烧结多孔砖的体积比重为O. 931g/cm3，气孔率为40. 2%，热扩散系数为
O.008cm2/s。实施例3本实例以湖南柿竹园川口钨矿尾矿为主要原料，以蔗糖、淀粉和干酵母为发泡剂，柠檬酸为发泡促进剂制备烧结多孔砖。所用钨矿尾矿的化学组成为重量含量Si0279. 28%、Al2O3IO. 17%、MgO O. 89%、CaO 2. 47%、Fe2034. 12%、Na2O O. 49%、K2O 2· 08%、P2O5O. 11%、TiO2O. 30%、Μη020. 06%。该钨尾矿料的粒度小于I毫米。材料制备按以下实验的工艺步骤进行①分别称取蔗糖20克、淀粉I. 5克和干酵母10克，并将它们溶于68. 5克水中，搅拌使其形成均匀悬浊液，获得尾矿烧结多孔砖用发泡剂； ②将4. 5克柠檬酸发泡促进剂溶于20克水中，然后慢慢滴入步骤①制得的尾矿烧结多孔砖用发泡剂中，同时搅拌使其形成均匀悬浊液，用酸碱计检测发泡剂溶液的酸碱度，得到合适的pH值约为3. 5 ;③称取尾矿300克，将尾矿与100克水置于搅拌器中，搅拌混合均匀，获得浆料；④将步骤②制备的尾矿烧结多孔砖用发泡剂混合溶液加入到步骤③制备好的尾矿浆料中，搅拌均匀，制得混合浆料；⑤将步骤④制备的混合浆料装入方形泡沫模具中，置于温度为28°C烘箱中发酵IOh小时使混合浆料发泡；⑥将步骤⑤发泡后的湿坯置于80°C烘箱中烘烤干燥24小时。⑦将干燥好的混合料砖坯放入硅碳棒加热的电阻炉中，经1000°C保温2h烧结制备得到烧结多孔砖。所制备的烧结多孔砖的体积比重为O. 74g/cm3，气孔率为57. 6%，热扩散系数为O.0036cm2/s。实施例4本实例以内蒙古宁城某铁矿尾矿为主要原料，所用铁矿尾矿的化学组成为重量含量Si0243. 89%、Α120315· 06%、MgO 10. 56%、CaO 10. 83%、Fe 氧化物 14. 74%、Na2O 2. 25%、K2Ol. 38%、Ti02l. 14%。该铁矿尾矿的粒度小于3毫米。粘土为外加剂，以蔗糖、淀粉和干酵母为发泡剂，冰醋酸为发泡促进剂制备烧结多孔砖。材料制备按以下实验的工艺步骤进行①分别称取蔗糖3克、淀粉5克、干酵母I克，并将它们溶于91克水中，搅拌使其形成均匀悬浊液，获得尾矿烧结多孔砖用发泡剂；②将5毫升冰醋酸发泡促进剂溶于20克水中，然后慢慢滴入步骤①制得的尾矿烧结多孔砖用发泡剂中，同时搅拌使其形成均匀悬浊液，用酸碱计检测发泡剂溶液的酸碱度，得到合适的PH值约为4;③称取尾矿400克、粘土 15克，并与85克水置于搅拌器中，搅拌混合均匀，获得浆 料；④将步骤②制备的尾矿烧结多孔砖用发泡剂混合溶液加入到步骤③制备好的尾矿浆料中，搅拌均匀，制得混合浆料；⑤将步骤④制备的混合浆料装入方形泡沫模具中，置于温度为30°C烘箱中发酵12h小时使混合浆料发泡；⑥将步骤⑤发泡后的湿坯置于60°C烘箱中烘烤干燥24小时。⑦将干燥好的混合料砖坯放入硅碳棒加热的电阻炉中，经950°C保温2h烧结制备得到烧结多孔砖。所制备的烧结多孔砖的体积比重为O. 91g/cm3，气孔率为46. 4%，热扩散系数为
O.009cm2/s。实施例5本实例以内蒙古宁城某铁矿尾矿为主要原料，所用铁矿尾矿的化学组成为重量含量Si0243. 89%、Α120315· 06%、MgO 10. 56%、CaO 10. 83%、Fe 氧化物 14. 74%、Na2O 2. 25%、K2Ol. 38%、Ti02l. 14%。该铁矿尾矿的粒度小于3毫米。粘土为外加剂，以蔗糖、淀粉和干酵母为发泡剂，冰醋酸为发泡促进剂制备烧结多孔砖。材料制备按以下实验的工艺步骤进行①分别称取蔗糖I. 5克、薯粉I. 5克、干酵母O. 2克，并将它们溶于30克水中，搅拌使其形成均匀悬浊液，获得尾矿烧结多孔砖用发泡剂；②将5克磷酸发泡促进剂溶于15毫升水中，然后慢慢滴入步骤①制得的尾矿烧结多孔砖用发泡剂中，同时搅拌使其形成均匀悬浊液，用酸碱计检测发泡剂溶液的酸碱度，得到合适的pH值约为3 ；③称取尾矿500克、膨润土 30克，并与100毫升水置于搅拌器中，搅拌混合均匀，获得浆料；④称取纤维素醚5克，并逐渐加入到正在搅拌的60度的温水中，获得粘结剂溶液；⑤将步骤②制备的尾矿烧结多孔砖用发泡剂混合溶液和步骤④粘结剂溶液加入到步骤③制备好的尾矿浆料中，搅拌均匀，制得混合浆料；⑥将步骤⑤制备的混合浆料装入方形泡沫模具中，置于温度为35°C烘箱中发酵8h小时使混合浆料发泡；⑦将步骤⑥发泡后的湿坯置于60°C烘箱中烘烤干燥24小时。⑧将干燥好的混合料砖坯放入硅碳棒加热的电阻炉中，经950°C保温2h烧结制备 得到烧结多孔砖。所制备的烧结多孔砖的体积比重为I. 04g/cm3，气孔率为40. 2%，热扩散系数为
O.011cm2/s。
权利要求
1.一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，包括下述组分，按质量百分比组成食用粉1-20%蔗糖1-20%酵母 0.1-10%水 50-97%。
2.根据权利要求I所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，其特征在于所述食用粉选自面粉、大米粉、玉米粉、薯粉中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，其特征在于还包含有发泡促进剂，其用量按调发泡剂PH值=2-6确定。
4.根据权利要求3所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，其特征在于所述发泡促进剂选自柠檬酸、冰醋酸、碳酸、氢氰酸、磷酸中的一种。
5.一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，是向浆料中添加占浆料质量百分比O. 1-25%的发泡剂，搅拌均匀，得到混合浆料；将混合浆料装入模具中，于10-40°C发酵3-12小时，使混合浆料发泡后，脱模，得到砖坯；然后，将砖坯于50-120°C干燥1-24小时；最后，于800-1100°C保温烧结1-5小时，得到尾矿烧结多孔砖；所述浆料中尾矿的重量百分含量为60% 90%。
6.根据权利要求5所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，其特征在于所述浆料由下述组分，按质量百分比组成 尾矿60 90%水 10-40%。
7.根据权利要求6所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，其特征在于所述尾矿为铁矿尾矿、钨矿尾矿、铜矿尾矿、铅矿尾矿、锌矿尾矿、金矿尾矿、钥矿尾矿、镍矿尾矿、锡矿尾矿、钛矿尾矿、铝土矿红泥、浙青砂尾矿中的至少一种；所述尾矿的化学成分由Si、Al、Ca、Mg、K、Na、Sr、Ba、Fe、Ti、Mn、P、Zn、Cu、Ni、Co、V、Nb、S、W、Mo 中至少两种元素的氧化物、硅酸盐或硅铝酸盐组成，其中Si、Al元素折合成氧化物的质量百分比含量为Al20310-75%、Si0225-90% ;所述尾矿粒径小于等于4毫米。
8.根据权利要求7所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，其特征在于在所述混合浆料中添加占其质量百分数为O. 5-20%的外加剂，所述外加剂选自高岭土、粘土、膨润土、硼砂、钾长石、钠长石中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂的应用，其特征在于在所述混合浆料中添加占其质量百分数为O. 5-15%的粘结剂，所述粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树月旨、酚醛树脂、纤维素醚中的一种或几种。
全文摘要
一种尾矿烧结多孔砖用发泡剂，包括下述组分，按质量百分比组成食用粉1-20%，蔗糖1-20%，酵母0.1-10%，水50-97%。其应用是向尾矿重量百分含量为60%~90%的浆料中添加占浆料质量百分比0.1-25%的发泡剂后于模具中发酵，得到砖坯；将砖坯干燥、烧结得尾矿烧结多孔砖；本发明的发泡剂具有组分配比合理、原材料来源广泛、成本低、常温下即可发泡的优点；其应用在尾矿烧结多孔砖中，以尾矿为主要原料，通过常温发泡、烧结制备出孔隙率可调、密度小、导热系数小、保温隔热性能好的尾矿烧结多孔砖，适于在建筑以框架结构为主、非承重、低密度轻质墙体材料中的应用，可广泛应用于框架结构的建筑墙体、装饰或房屋隔热保温材料等领域。
文档编号C04B38/02GK102826868SQ201210306529
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者李志成, 张鸿, 陈浩 申请人:中南大学