本发明涉及免烧砖技术领域，具体涉及一种污淤泥环保型免烧砖及其制备方法。
背景技术：
我国在快速城市化建设、港口的建设和维护、河道湖泊的建设和维护等水利工程中都会产生大量的淤泥或污泥，常用淤泥/污泥的处理方法有海洋倾倒、堆置晾晒和就近掩埋，会造成河流和海洋污染、产生的堆放污染物扩散、占用耕地等问题。多年以来我国主要是采用粘土烧结制砖，以粘土为主要原料，破坏耕地，而且烧结粘土生产耗能高，因此研究废弃粘土原料、改用其它新型土工材料，如污泥或淤泥制备烧结砖，对保护耕地、节约能源起到重要意义。
中国专利文献cn1724446a公开了一种墙体材料及其用该材料加工墙体砖的方法，它由重量份比的材料：污泥20～80、淤泥0～60、粉煤灰10～40、添加剂0～5。加工步骤是先将污泥和粉煤灰混合制成坯体，干燥后粉碎得到干粉；然后以重量百分比的干粉0～45、淤泥0～60、污泥0～80、粉煤灰10～40、添加剂0～5混合、碾练、破碎，加入除臭剂或者二氧化氯杀菌剂，得到制坯料；制坯后干燥，在900～1100℃下焙烧18～36小时，得到成品砖。这种方法虽然环保，但是砖的烧制时间长、耗能高，另外制备的砖产品性能不稳定，使用过程中易出现裂痕或掉角。
中国专利申请cn201710029772.1公开了一种污泥与淤泥烧结砖，按绝干重量计，包括由以下重量分数的烧结原料制得：依次经热水解预处理和厌氧消化处理后的城市污泥30％-45％、含固率为60-70％的河湖淤泥35％-60％、粉煤灰5％-10％和添加剂5％-10％。该发明对污泥、淤泥的前处理工序非常复杂，且其添加剂的制得的烧结砖产品性能不稳定，易出现裂痕或掉角。
综上所述，目前使用淤泥/污泥制备的免烧砖存在耗时长、产品重量不稳定，抗折、抗压强度、耐磨性和抗冻融能力难以达到要求，生产工艺尚不够成熟，加工时间长、耗能高且产品性能不稳定等等问题，因此亟待进一步深入研究利用污泥/淤泥制备免烧砖。
技术实现要素：
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种原料组成简单、成本低廉的污淤泥环保型免烧砖及其制备方法，该免烧砖通过将污泥/淤泥采用专用固化剂固化处理后，并利用粗砂、硅铝铁钙氧化物和石粉形成良好级配，具有抗折、抗压强度高、耐磨性好和抗冻融能力强等特点，实现了污泥和河湖淤泥的资源化利用，变废为宝、保护环境；同时改善蒸压工艺，尽量缩短蒸压时间，降低生产能耗缩短生产周期，提高产品的生产效率及生产成本。
本发明采用的技术方案为：一种污淤泥环保型免烧砖，包括如下重量百分比的原料：废泥30～60％，粗砂5～25％，硅铝铁钙氧化物5～25％，石粉2～20％，生石灰2～20％，石膏2～20％；所述废泥为淤泥或/和污泥；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉或煤矸石中的一种或多种混合物。
本发明使用价格低廉的淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物作为主要原料，不仅可以就地取材、变废为宝、保护环境，而且还可以大大降低生产成本，提高生产效益；在淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物中搭配粗砂以及石粉，使得原料粒径粗细搭配，有利于确保砖成品的骨架均匀且强度高，通过反复优化调整这几种原料的比例可以使成品砖的抗压抗折强度进一步优化；在原料中加入生石灰、石膏，不仅可以调整生产混合原料的可塑性，便于搅拌成型加工，也可以提高砖坯和成品砖的内部均匀度以及抗压抗折强度和耐磨及抗冻融能力；另外，硅铝铁钙氧化物的加入不仅可以提高产品的表面光泽度、耐火隔热性，粉煤灰、细煤渣或矿渣粉和生石灰可以和淤泥/污泥中的酸性物质反应，达到调整酸度、杀菌除臭的作用，使产品稳定性提高。
优选地，所述污淤泥环保型免烧砖包括如下重量百分比的原料：废泥35～50％，粗砂10～20％，硅铝铁钙氧化物10～20％，石粉5～15％，生石灰5～15％，石膏5～15％。
优选地，所述污淤泥环保型免烧砖包括如下重量百分比的原料：废泥40％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物15％，石粉10％，生石灰10％，石膏10％。
优选地，所述废泥为淤泥和污泥以重量比为1：2～5的比例混合而成。
优选地，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉以重量比为5：1～2：1～2的比例混合而成。
作为本发明的免烧砖的进一步优化，所述废泥为经专用固化剂处理后含水率≤15％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为1～5％。采用污泥/淤泥作为原料制备免烧砖时都需对污泥/淤泥进行前处理，但是大部分污泥/淤泥进行前处理工序非常复杂，且处理后的免烧砖原料中还需加入除臭、杀菌等添加剂才能制备可以出厂使用的成品砖，而本发明采用含壳聚糖的固化剂对污泥/淤泥进行前处理，不仅能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，使得本发明原料中无需再添加除臭、杀菌等一类的添加剂，提高生产效率，降低生产成本，制备的免烧砖中几乎无重金属浸出，不会对人体造成危害，环保性能进一步加强。
优选地，所述废泥为经专用固化剂处理后含水率2～7％，
作为本发明污淤泥环保型免烧砖的进一步优化，所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
作为本发明污淤泥环保型免烧砖的进一步优化，所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm。
作为本发明污淤泥环保型免烧砖的进一步优化，所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
作为本发明污淤泥环保型免烧砖的进一步优化，原料中还可包含0.5～5％的耐热剂、絮凝剂、防裂剂中的一种或多种添加剂。耐热剂可以是氧化锆、氧化铈、氧化、氧化钛中的一种或多种混合物。絮凝剂可以是三氯化铁、聚合三氯化铁、聚丙烯酰胺中的一种或多种混合物。防裂剂可以是剑麻纤维、秸秆纤维、聚丙烯纤维、膨胀剂、木屑、麸皮中的一种或多种混合物。耐热剂、絮凝剂、防裂剂这些添加剂的加入进一步改善原料及成品的加工性能，改善产品稳定性。
本发明还公开了上述污淤泥环保型免烧砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将所述原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入2～20％水搅拌混合均匀得到混合料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型得到砖坯；ⅳ.将成型的砖坯在0.62～1.57mpa下先升温到160～200℃后恒温蒸养4～8h；ⅴ.自然降温制得所述污淤泥环保型免烧砖。本发明的工艺简单高效，不受外界天气温湿度影响，蒸压时间＜12小时，温度160～200℃适中，最终产品砖的性能稳定。
作为本发明污淤泥环保型免烧砖制备方法的一种优化，步骤ⅳ所述砖坯在1mpa下先升温到180℃后恒温蒸养，所述升温的时间为1.5h，所述恒温蒸养时间为6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明使用原料简单、价格低廉，节约生产成本，可就地取用淤泥/污泥，变废为宝，不污染环境，实现污/淤泥的资源化利用，不仅能够避免污染转移和二次污染的发生，而且可为城建项目的淤泥/污泥及废弃土方处置提供有效的处置方式；(2)本发明原料搭配及比例合理，以淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物作为主要原料搭配粗砂、石粉、生石灰、石膏使得产品成型速度快内部均匀，提高了成品砖的抗折、抗压强度、耐磨性能及其抗冻融能力；(3)本发明采用含壳聚糖的固化剂对污泥/淤泥进行前处理，不仅能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，使得本发明原料中无需再添加除臭、杀菌等一类的添加剂，提高生产效率，降低生产成本，制备的免烧砖中几乎无重金属浸出，不会对人体造成危害，更加环保可靠；(4)本发明采用高压蒸汽养护，杜绝空气污染，通过蒸压工艺调整，不仅缩短生产周期，同时保证产品内部产生缺陷少，使得产品稳定性更好，并且降低了生产能耗，进一步节约了生产成本，适于大规模推广使用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
作为一种优选的实施方式，下述实施例及对比例中所述的免烧砖的制备方法，均包括如下步骤：ⅰ.将所述原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入2～20％水搅拌混合均匀得到混合料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型得到砖坯；ⅳ.将成型的砖坯在0.62～1.57mpa下先升温到160～200℃后恒温蒸养4～8h；ⅴ.自然降温制得所述污淤泥环保型免烧砖。本发明的工艺简单高效，不受外界天气温湿度影响，蒸压时间＜12小时，温度160～200℃适中，最终产品砖的性能稳定。
发明人发现，在上述制备方法限定的参数范围内调整，对于制备获得的免烧砖的功效影响不大，因此上述方法作为本发明的优选制备方法。
以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。
实施例1
一种污淤泥环保型免烧砖，包括如下重量百分比的原料：废泥40％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物15％，石粉10％，生石灰10％，石膏10％；
其中，所述废泥为经专用固化剂处理后含水率为4％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的污泥泥粉；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰。
所述专用固化剂为氧化钙、水泥、聚丙烯酰胺、壳聚糖的混合物，壳聚糖的含量为3％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm；所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm；所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
所述污淤泥环保型免烧砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将所述原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入15％水搅拌混合均匀得到混合料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型得到砖坯；ⅳ.将成型的砖坯在1mpa下1.5h升温到180℃后恒温蒸养6h；ⅴ.自然降温1.5h制得所述污淤泥环保型免烧砖。
实施例2
一种污淤泥环保型免烧砖，包括如下重量百分比的原料：废泥50％，粗砂5％，硅铝铁钙氧化物22％，石粉8％，生石灰13％，石膏2％；
其中，所述废泥为经专用固化剂处理后含水率为7％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的淤泥泥粉，所述专用固化剂中壳聚糖的含量为5％；所述硅铝铁钙氧化物为细煤渣。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm；所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm；所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
其它与实施例1相同。
实施例3
一种污淤泥环保型免烧砖，包括如下重量百分比的原料：废泥30％，粗砂23％，硅铝铁钙氧化物8％，石粉17％，生石灰5％，石膏17％；
其中，所述废泥经专用固化剂处理后含水率为6％的淤泥和含水率为5％的污泥以重量比为2：1的比例混合而成，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的混合泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为2％；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉以重量比为5：2：1的比例混合而成。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm；所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm；所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
其它与实施例1相同。
实施例4
一种污淤泥环保型免烧砖，包括如下重量百分比的原料：废泥60％，粗砂12％，硅铝铁钙氧化物13％，石粉3％，生石灰8％，石膏4％；
其中，所述废泥经专用固化剂处理后含水率为5.2％的淤泥和含水率为6.8％的污泥以2：5的比例混合而成，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的混合泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为4％；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣以重量比为4：3的比例混合而成。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm；所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm；所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
其它与实施例1相同。
实施例5
一种污淤泥环保型免烧砖，与实施例1的不同之处在于：所述废泥为经专用固化剂处理后含水率为6.5％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的污泥泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为3.5％；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉以重量比为5：1.5：1的比例混合而成。
其它均与实施例1相同。
实施例6
一种污淤泥环保型免烧砖，与实施例1的不同之处在于：所述废泥经专用固化剂处理后含水率为12％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的淤泥泥粉，所述专用固化剂中壳聚糖的含量为1％；所述硅铝铁钙氧化物为矿渣粉和煤矸石以重量比为3：5的比例混合而成。
其它均与实施例1相同。
实施例7
一种污淤泥环保型免烧砖，与实施例1的不同之处在于：所述废泥为经专用固化剂处理后含水率为6.5％的淤泥和含水率为8.6％的污泥以重量比为2.5：2的比例混合而成，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的混合泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为5％；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉、煤矸石以重量比为1：2：1：1的比例混合而成。
其它均与实施例3相同。
实施例8
一种污淤泥环保型免烧砖，与实施例1的不同之处在于：所述废泥为经专用固化剂处理后含水率为6％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过100目筛得到的污泥泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为4％；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、矿渣粉、煤矸石以重量比为3：1：4的比例混合而成。
其它与实施例1相同。
对比例1
一种免烧砖，与实施例1的不同之处在于：去掉粗砂和石粉，所述废泥的含量为55％，粉煤灰的含量为25％。
其它与实施例1相同。
对比例2
一种免烧砖，与实施例1的不同之处在于：所述专用固化剂为氧化钙、水泥、聚丙烯酰胺的混合物。
对比例3
一种免烧砖，与实施例1的不同之处在于：废泥70％，粗砂2％，硅铝铁钙氧化物15％，石粉2％，生石灰1％，石膏10％；
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm；所述粗砂80％以上颗粒粒径为0.5～1mm；所述石粉选用废弃的混凝土、经粉碎的石或石粉砖构成，其粒径在3～7mm，含泥量小于2％。
所述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将所述原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入30％水搅拌混合均匀得到混合料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型得到砖坯；ⅳ.将成型的砖坯在1mpa下1h升温到180℃后恒温蒸养5.8h；ⅴ.自然降温制得免烧砖。
其它与实施例1相同。
将实施例1～8、对比例1～3的免烧砖和普通砖按照企业标准进行抗压强度、抗折强度、抗冻融性、耐磨性和重金属固化效果测试，得到结果如下表所示：
以上测试结果表明，本发明实施例1～8制备的污淤泥环保型免烧砖的抗压、抗折强度、抗冻融性、耐磨性均高于对比例免烧砖及普通砖的相应性能，其中实施例1免烧砖性能最优。对比例1与实施例1相比，由于对比例1中不含粗砂及石粉，对比例1得到的免烧砖内部骨料级配不合理导致砖成品的抗压抗折强度较低；对比例2与实施例1相比，固化剂不含壳聚糖，对比例2得到的免烧砖中重金属浸出量较高，如不处理对人体伤害较大，不宜推广使用，采用含壳聚糖的固化剂有利于降低免烧砖中重金属的浸出量，固化重金属效果好；对比例3与实施例1相比，废泥量较高，其抗冻融性、耐磨性能均较差，成品稳定较差。
综上所述，本发明制备的免烧砖抗压强度、抗折强度、抗冻融性和耐磨测性能均较好，且免烧砖中的重金属浸出量较低无臭味，环保安全，且生产成本低廉，易于大规模批量生产，可以代替普通砖用在市政广场铺装、人行道铺装、水利工程护坡、等工程建设领域。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。