本发明涉及化工领域，特别是涉及一种高性能合成矿渣块材及其制备方法。
背景技术：
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种水渣。在冶炼生铁时，加入高炉的原料，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，还有助熔剂。当炉温达到1400℃～1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质所组成的易熔混合物。矿渣是工业生产中“三废”的重要组成之一，它从采掘、洗选、冶炼、提纯、加工、使用各环节产生，其中相当大一部分是硅酸盐。工业硅酸盐水渣大多缺乏生物活性，有的还会有生物毒性，占堆地面而不能生长植物甚至还会危害人类。
无法用于制作玻璃的废料石英砂，通常的处理方法是填埋或者回炉重新炼制，回炉重新炼制费用高昂，填埋会产生垃圾并且可能会影响土壤质量。
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化铁(FeO)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化钙(CaO)、氧化钛(TiO2)等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业水渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。目前国家级别的粉煤灰可以分为三级：
国标一级：可以采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混凝土，主要用于普通硅酸盐水泥和混泥土厂。
国标二级：次优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土。
国标三级：此类粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点。但是目前并没有工业生产可以利用到三级粉煤灰。
传统工艺中制作矿渣棉的时候需要加入玄武岩和白云石作为辅料。玄武岩是一种基性喷出岩，主要可以在深海洋脊，洋盆内群岛，活动大陆边缘和内陆裂隙喷发口开采，开采难度大，属于矿产资源。白云石晶体属三方晶系的碳酸盐矿物，白云石存在于结晶石灰岩以及其它富含镁的变质岩中，部分产于热液矿脉和碳酸盐岩石的孔穴内，偶尔作为各种沉积岩的胶结物，为碳酸盐岩中最常见的一种造岩矿物。开采白云石会对山体环境造成严重影响，破坏自然环境，而且开采成本相对较高，导致使用成本提高。同时国家已经命令禁止对白云石和玄武岩的私挖乱采，导致这两种矿石的价格进一步提高。
在制作矿渣棉的时候原材料需要燃烧焦炭融化，通常生产一吨矿渣棉需要消耗300Kg焦炭。焦炭完全燃烧产生大量的二氧化碳(CO2)，二氧化碳是温室气体的一种，也是导致全球气候变暖的原因之一，大量的二氧化碳排放对全球气候有一定的负面影响。焦炭不完全燃烧会产生一氧化碳(CO)，一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性的有毒气体，几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，故可在大气中停留2～3年之久。如果大量排放入空气中会对人体健康产生极大地负面影响，严重时甚至可以导致一氧化碳中毒。另外，燃烧焦炭会产生二氧化硫(SO2),二氧化硫是大气的主要污染物之一，当二氧化碳溶于水的时候会形成亚硫酸，而亚硫酸是酸雨的主要成分。
岩棉板生产中含有较多的渣球的岩棉被剔出来成为废岩棉，熔融的废玻璃体也是岩棉生产过程中水渣废料之一，这些废料由于难降解，污染环境，大部分被倾倒掩埋了。每年下来这部分水渣废料数量少则几千吨多则上万吨，倾倒掩埋不仅浪费人力、运力，而且面对很大的环保压力，未来建筑垃圾资源化利用会使建筑垃圾零填埋，岩棉厂水渣废料再想伴随建筑垃圾填埋将会变的不可能。
现有技术还有以下缺点：
化学成分不固定或者不合适，生产用户没有化验设备，不利于材料配比，容易造成产品质量不稳定和燃料浪费。
块径大小不一，粉面成分较多，在生产过程中需要筛选之后按比例添加，会增加生产成本。
产品价格和供应不固定，会随市场、季节等因素变化。会对企业的成本控制和定价造成不良影响。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、制作简便的高性能合成矿渣块材。
本发明还提供了一种所述高性能合成矿渣块材的制备方法，所述方法操作简便、成本低、无污染。
一种高性能合成矿渣块材，由如下质量百分比的物质构成：
水泥：8％～15％；
粒化高炉矿渣：45％～60％；
石英砂：6％～15％；
粉煤灰：6％～15％；
废岩棉：10％～15％。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，其中，所述粒化高炉矿渣为钢铁厂水渣。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，其中，所述石英砂为不适宜生产玻璃的石英砂粉末或者是打磨玻璃剩下的石英砂粉末。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，其中，所述粉煤灰为国家三级粉煤灰。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，其为以下四种中的一种：
(1)所述高性能合成矿渣块材由如下质量百分比的物质构成：
水泥：15％；
粒化高炉矿渣：60％；
石英砂：6％；
粉煤灰：9％；
废岩棉：10％；
(2)所述高性能合成矿渣块材由如下质量百分比的物质构成：
水泥：8％；
粒化高炉矿渣：52％；
石英砂：10％；
粉煤灰：15％；
废岩棉：15％；
(3)所述高性能合成矿渣块材由如下质量百分比的物质构成：
水泥：13％；
粒化高炉矿渣：45％；
石英砂：15％；
粉煤灰：14％；
废岩棉：13％；
(4)所述高性能合成矿渣块材由如下质量百分比的物质构成：
水泥：11％；
粒化高炉矿渣：58％；
石英砂：11％；
粉煤灰：6％；
废岩棉：14％。
本发明所述的高性能合成矿渣块材，为柱状体，其横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形。
一种所述的高性能合成矿渣块材的制备方法，其包括如下步骤：将粒化高炉矿渣、石英砂、粉煤灰和废岩棉按照比例分别放入四个制备仓中，并将普通硅酸盐水泥放入水泥仓中；将以上五种原材料放入搅拌机中，加入10％的水搅拌1-3分钟，将搅拌均匀的原料放入免烧砖机中压制成型形成半成品，将所述半成品自然晾晒1-2天后得到产品。
本发明所述的高性能合成矿渣块材的制备方法，其中，制备过程中温度大于等于5℃。
本发明所述的高性能合成矿渣块材的制备方法，其中，所述搅拌机设置在所述免烧砖机的内部，所述搅拌机的搅拌仓与所述免烧砖机的原料仓相连；所述搅拌机和所述免烧砖机的功率为22KW。
本发明高性能合成矿渣块材与现有技术不同之处在于：
本发明高性能合成矿渣块材采用的原材料绝大多数都是工业生产中产生的废料，粒化高炉矿渣是原本无法利用或者很难利用的炼钢废料，成功的达到了废物利用，减少填埋垃圾的优良效果；本发明使用的石英砂是石英砂厂产生的无法用于制作玻璃的废料，成功的达到了废物利用，保护环境的优良效果；本发明使用了目前被认为是废料的国家三级粉煤灰。极大地提高了粉煤灰的使用率，减少了处理此类粉煤灰产生的一系列环境负面影响，成功的达到了废物利用，减少环境污染的优良效果。废岩棉现在属于回收品，没有收购成本，只需要付运费大约5元/吨，成本低廉，达到了变废为宝的效果。
传统工艺中制作矿渣的时候需要加入玄武岩和白云石作为辅料。玄武岩是一种基性喷出岩，主要可以在深海洋脊，洋盆内群岛，活动大陆边缘和内陆裂隙喷发口开采，开采难度大，属于矿产资源。白云石晶体属三方晶系的碳酸盐矿物，白云石存在于结晶石灰岩以及其它富含镁的变质岩中，部分产于热液矿脉和碳酸盐岩石的孔穴内，偶尔作为各种沉积岩的胶结物，为碳酸盐岩中最常见的一种造岩矿物。开采白云石会对山体环境造成严重影响，破坏自然环境，而且开采成本相对较高，导致使用成本提高。同时国家已经命令禁止对白云石和玄武岩的私挖乱采，导致这两种矿石的价格进一步提高。使用本发明产品高性能合成矿渣块材，制作矿渣棉的时候则不需要加入玄武岩和白云石作为辅料，可以有效的减少矿物的使用，在减少成本的同时减少对矿物的开采，从而达到了保护环境的优良效果。使用本发明产品高性能合成矿渣块材制作矿渣棉的过程中可以使焦炭使用量减少约15％-20％，从而极大地减少温室气体和一些有毒，污染气体的排放。长期使用可以显著的减少保温材料生产对环境的污染。
此外，本发明的产品还有以下优点：
(1)耐火度可控，通过对产品各种原料的配比调控，可以达到控制耐火度的效果，使用本发明产品生产出的矿渣棉可以达到耐火度1100℃-1500℃之间，充分满足产业化生产要求。
(2)化学成分配比可控，矿渣棉用原料酸度系数可在厂调节至1.2-1.3，在不增加富氧的情况下生产出优质的矿渣棉。
(3)产品块径可控，减少使用过程中的过大、过小原料和粉面状成分，对冲天炉内气流的通透性产生有益的影响。
(4)产品密度可控，能根据焦炭成分及热值选择不同密度的原料，便于保持在生产过程中的融化带的位置。
下面结合具体实施例对本发明的高性能合成矿渣块材作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种高性能合成矿渣块材，由如下质量百分比的物质构成：
水泥：15％；
粒化高炉矿渣：60％；
石英砂：6％；
粉煤灰：9％；
废岩棉：10％；
其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述粒化高炉矿渣为钢铁厂水渣；所述石英砂为不适宜生产玻璃的石英砂粉末或者是打磨玻璃剩下的石英砂粉末；所述粉煤灰为国家三级粉煤灰。
所述的高性能合成矿渣块材为柱状体，其横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形。
实施例2
一种高性能合成矿渣块材，由如下质量百分比的物质构成：
水泥：8％；
粒化高炉矿渣：52％；
石英砂：10％；
粉煤灰：15％；
废岩棉：15％；
其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述粒化高炉矿渣为钢铁厂水渣；所述石英砂为不适宜生产玻璃的石英砂粉末或者是打磨玻璃剩下的石英砂粉末；所述粉煤灰为国家三级粉煤灰。
所述的高性能合成矿渣块材为柱状体，其横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形。
实施例3
一种高性能合成矿渣块材，由如下质量百分比的物质构成：
水泥：13％；
粒化高炉矿渣：45％；
石英砂：15％；
粉煤灰：14％；
废岩棉：13％；
其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述粒化高炉矿渣为钢铁厂水渣；所述石英砂为不适宜生产玻璃的石英砂粉末或者是打磨玻璃剩下的石英砂粉末；所述粉煤灰为国家三级粉煤灰。
所述的高性能合成矿渣块材为柱状体，其横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形。
实施例4
一种高性能合成矿渣块材，由如下质量百分比的物质构成：
水泥：11％；
粒化高炉矿渣：58％；
石英砂：11％；
粉煤灰：6％；
废岩棉：14％。
其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述粒化高炉矿渣为钢铁厂水渣；所述石英砂为不适宜生产玻璃的石英砂粉末或者是打磨玻璃剩下的石英砂粉末；所述粉煤灰为国家三级粉煤灰。
所述的高性能合成矿渣块材为柱状体，其横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形。
实施例5
一种所述的高性能合成矿渣块材的制备方法，其包括如下步骤：将粒化高炉矿渣、石英砂、粉煤灰和废岩棉按照比例分别放入四个制备仓中，并将普通硅酸盐水泥放入水泥仓中；将以上五种原材料放入搅拌机中，加入10％的水搅拌1-3分钟(具体时间视搅拌均匀程度而定)，将搅拌均匀的原料放入免烧砖机中压制成型形成半成品，将所述半成品自然晾晒1-2天后得到产品。
其中，制备过程中温度大于等于5℃；所述搅拌机设置在所述免烧砖机的内部，所述搅拌机的搅拌仓与所述免烧砖机的原料仓相连，为一体的；所述搅拌机和所述免烧砖机的功率为22KW。
本发明的配比不限于实施例1～3中的具体值，在水泥：8％～15％；粒化高炉矿渣：45％～60％；石英砂：6％～15％；粉煤灰：6％～15％；废岩棉：10％～15％，这个范围内的所有组合均可以达到本发明的目的。本发明的产品尺寸为根据需要设置的任意尺寸，例如，可以是圆柱形，其横截面为直径8～12cm的圆形，高为8～10cm；可以是柱形体，其高为7～10cm，横截面为边长7～9cm的正方形或者边长为6～11cm的六边形等等。
由于国家已经命令禁止钢铁厂的废渣(干渣)的产出，导致矿渣棉的生产需要使用粒化高炉矿渣(水渣)，这就会导致矿渣棉的生产成本增加，工艺变复杂。本发明产品可以用粒化高炉矿渣生产出一种高性能的合成矿渣块材，可是使矿渣棉的生产工艺变简单。本发明的产品成功的达到了废物利用，保护环境的优良效果，其具有耐火度可控、化学成分配比可控、产品块径可控、产品密度可控等优点。
本发明制备方法的产出效率：
每台免烧砖机每分钟可以生产400公斤成型产品(晾晒前)。
本发明产品的制备过程具有节约能源的优点：
本发明产品所使用的搅拌机和免烧砖机功率为22KW，而传统工艺中使用的压球机功率高达135KW，在使用产出效率相近的情况下电力能源节省超过6.14倍。
本发明产品的使用方法：
1.根据焦炭的固定碳含量，计算出本发明产品与焦炭的配合比例。
2.直接将配比完的本发明产品和焦炭与其他原料添加混合放入生产炉中使用。
本发明产品的应用：
河北省廊坊市大城县泰岳保温材料厂与河北省廊坊市大城县祁源保温材料厂将本发明产品投入工业化生产中，产品性能和属性与上文分析完全相符。本产品达到了预期效果和工业生产标准。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。