本发明属于材料合成及有害物处理交叉领域，涉及一种生产环保建材的工艺，具体涉及一种利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺。
背景技术：
煤炭作为三大化石能源之一，长期以来都是我国发展最为重要的能源支柱，而且其地位在未来一段时间内也不会发生改变。但是，大量的煤矿活动也带来了诸多问题。其中，最主要的就是采煤和加工期间产生的大量废弃物的处理以及连带对周围环境的破坏。矿区的生产安全、周围土壤和水质的污染以及相关活动造成的空气污染等都和这些废弃物有着一定的关联。煤矿废弃物主要物质是废矿石，在实际生产中，大多数采煤后的废弃物采用填埋、堆积或焚烧来进行处理。
但是，采用填埋、堆积或焚烧处理煤矿废弃物，会残存大量的污染性物质，对土壤、水源和空气都带来了极大地破坏。因此，煤矿废弃物的再利用是目前亟需解决的问题。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，采用煤矿废弃物和页岩为原料进行工艺制备得到环保砖，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采用破碎机对煤矿废弃物进行破碎及研磨，采用筛网对研磨后的煤矿废弃物进行筛分，采用均化器对筛分后的煤矿废弃物进行均化，得到煤矿废弃物颗粒；步骤2，将煤矿废弃物颗粒与页岩原料混合得到混合物，再将该混合物与碳酸钡和水混合得到制料；步骤3，采用液压机在1MPa～12MPa下压制制料，得到圆柱形或棱柱形的坯样；步骤4，将坯样在室温下干燥6小时～48小时，再采用烘箱在40℃～90℃下对坯样进行受控干燥8小时～36小时，得到干燥坯样；步骤5，采用砖炉以10℃/min～80℃/min的加热速率烧制干燥坯样，并在温度500℃～1400℃下保持2小时～24小时，得到环保砖。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中混合物中煤矿废弃物的质量含量为40％～80％。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中混合物中煤矿废弃物的质量含量为60％。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中制料中混合物与碳酸钡的质量比为1:0.01～1:0.04。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中液压机的压制压力为6MPa。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中坯样在室温下干燥24小时，再采用烘箱在60℃下对坯样进行受控干燥24小时。
本发明提供的利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中采用砖炉以30℃/min的加热速率烧制干燥坯样，并在温度100℃下保持6小时。
发明作用与效果
根据本发明提供的一种利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，由于采用了煤矿废弃物为主要原料，提高了废物利用率，而且所得环保建材砖料的性能、成本乃至烧制过程中废气的排放均优于常规建材砖料许多，同时有效地降低了煤矿废弃物对周边环境的影响。
具体实施方式
以下结合实施例来说明本发明的具体实施方式。
<实施例1>
本实施例的一种利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，包括如下步骤：
步骤1，采用破碎机对蒙东地区伊敏煤田的煤矿废弃物进行破碎及研磨，采用筛网对研磨后的煤矿废弃物进行筛分，采用均化器对筛分后的煤矿废弃物进行均化，得到煤矿废弃物颗粒。
步骤2，称取20g煤矿废弃物颗粒与80g页岩原料混合得到混合物，再将该混合物与2g碳酸钡和足量的水混合得到制料。
步骤3，采用液压机在6MPa下压制制料，得到100mm×20mm×15mm的棱柱形的坯样。
步骤4，将坯样在室温下干燥24小时，再采用烘箱在60℃下对坯样进行受控干燥24小时，得到干燥坯样。
步骤5，采用砖炉以30℃/min的加热速率烧制干燥坯样，并在温度1000℃下保持6小时，得到环保砖。
本实施例中制得的环保砖的燃烧收缩率为0.3％，机械强度为9MPa，吸水率为7.5％，表面密度为2.05g/cm3，开孔率为15.8％。
<实施例2>
在本实施例2中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，称取100g页岩原料与2g碳酸钡和足量的水混合得到制料，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为0.6％，机械强度为9.8MPa，吸水率为7.6％，表面密度为1.95g/cm3，开孔率为16％。
<实施例3>
在本实施例3中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取30g煤矿废弃物颗粒和70g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为1.0％，机械强度为10MPa，吸水率为7.8％，表面密度为1.93g/cm3，开孔率为16.4％。
<实施例4>
在本实施例4中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取40g煤矿废弃物颗粒和60g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为1.2％，机械强度为10.4MPa，吸水率为7.8％，表面密度为1.90g/cm3，开孔率为16.5％。
<实施例5>
在本实施例5中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取50g煤矿废弃物颗粒和50g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为1.5％，机械强度为10.6MPa，吸水率为8％，表面密度为1.90g/cm3，开孔率为16.8％。
<实施例6>
在本实施例6中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取60g煤矿废弃物颗粒和40g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为1.7％，机械强度为11MPa，吸水率为9.5％，表面密度为1.87g/cm3，开孔率为17.8％。
<实施例7>
在本实施例7中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取70g煤矿废弃物颗粒和30g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.05％，机械强度为10.7MPa，吸水率为10％，表面密度为1.9g/cm3，开孔率为19.5％。
<实施例8>
在本实施例8中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取80g煤矿废弃物颗粒和20g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.4％，机械强度为10.5MPa，吸水率为10.5％，表面密度为1.86g/cm3，开孔率为20％。
<实施例9>
在本实施例9中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，分别称取90g煤矿废弃物颗粒和10g页岩原料进行混合制样，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.5％，机械强度为9.8MPa，吸水率为11％，表面密度为1.87g/cm3，开孔率为21.5％。
<实施例10>
在本实施例10中，对于和实施例1中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤2中，称取100g煤矿废弃物颗粒与2g碳酸钡和足量的水混合得到制料，其余实施步骤和条件与实例1相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.5％，机械强度为8.7MPa，吸水率为12％，表面密度为1.86g/cm3，开孔率为22.5％。
<实施例11>
在本实施例11中，对于和实施例10中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤5中，将煅烧温度设置为800℃，其余实施步骤和条件与实例10相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.1％，机械强度为8.3MPa，吸水率为10％，表面密度为1.68g/cm3，开孔率为20.5％。
<实施例12>
在本实施例12中，对于和实施例10中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤5中，将煅烧温度设置为900℃，其余实施步骤和条件与实例10相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.3％，机械强度为8.5MPa，吸水率为10.8％，表面密度为1.78g/cm3，开孔率为17％。
<实施例13>
在本实施例13中，对于和实施例10中相同的步骤及条件，省略相同的说明。
本实施例中步骤5中，将煅烧温度设置为1100℃，其余实施步骤和条件与实例10相同。
实验结果检测制得的环保砖，其中燃烧收缩率为2.35％，机械强度为8.4MPa，吸水率为11％，表面密度为1.80g/cm3，开孔率为17％。
以上实施例重复进行了3～5次的试验，其结果也有一定的波动，试验过程中制样压力、干燥温度和时间、样品尺寸大小、煅烧速率等都会影响处理结果。具体结果见下表1。
表1是在较为合适的试验条件即实施例1中的相关条件的试验结果
实施例作用与效果
根据本实施例提供的一种利用煤矿废弃物生产环保建材的工艺，由于采用了煤矿废弃物替代部分页岩为主要原料，除了碳酸钡不添加其他化学试剂，制作成本比常规工艺减少许多，而且所得环保建材砖料的各项性能指标均能达到国家标准，同时，提高了废物利用率，而且烧制过程中废气的排放也优于常规建材砖料许多，有效地降低了煤矿废弃物对周边环境的影响。
如表1，其中，根据实施例4～实施例8可知，当实验步骤2中的混合物内煤矿废弃物颗粒的质量含量为40％～80％时，对应制得的环保砖的机械强度比其它实施例更高，再综合燃烧收缩率、吸水率为、表面密度、开孔率其他性能，说明该条件制得的环保砖能在保证综合性能的情况下得到更好的机械强度，也表明，煤矿废弃物对页岩有着很好的替代性。
根据实施例6可知，当实验步骤2中的混合物内煤矿废弃物含量达到60％时，对应制得的环保砖机械强度最高，而且此时的吸水率和开孔率也较低。这是由于在高温条件下，煤矿废弃物中的有机物发生分解，这导致气体析出以及孔隙大小和孔隙率的增加。此外，这种变化也与有机质的玻璃化和烧结过程有一定关联。对于该煤矿废弃物含量下的砖样，一方面开孔率还不是很大，另一方面40％的页岩原料在混合后会填补到煤矿废弃物的空隙中，经高温烧制后会牢固地粘结在孔隙中，从而阻止水分的复吸，并且提高机械强度。后期对烧制过程可能产生的二氧化碳和二氧化硫等温室气体的排放进行监测，发现污染气体的排放比其它实施例也有一定的减少。说明该条件制得的环保砖能在保证综合性能的情况下得到最好的机械强度。
根据实施例10～实施例13可知，当实验步骤5中的煅烧温度为1000℃时，对应制得的环保砖的机械强度比其它煅烧温度条件要高，说明该条件制得的环保砖的机械强度相比在其他煅烧温度条件下要好。