用铝灰制作的免烧砖及其制备方法与流程

本发明涉及一种免烧砖，具体涉及一种用铝灰制作的免烧砖及其制备方法。

背景技术：

铝灰(也被称作铝渣)是在一次和二次铝工业中所产生的一种废弃物。

铝灰主要生成于氧化铝经熔盐电解生产铝的过程中，由于操作和测定器具的携带、阳极更换、出铝、铸锭以及电解槽大修等原因，会产生一定量的铝渣。近年来，我国铝生产能力及产量大幅度增加，每年产生的铝灰量很大，堆积占用土地，污染环境。

另一方面，铝灰是一种可再生的资源，但一直没得到足够的重视，成为破坏环境的一个因素。随着经济的发展，废铝积蓄量的逐年大幅度增加，如果不寻找经济有效并且环保的方法加以治理，将越来越突显其对环境的严重威胁。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用铝灰制作的免烧砖，将难以处理的铝灰处理得到免烧砖，具有免烧、免蒸养、高强度、高软化系数等特点；本发明还提供其制备方法，成本低，保护环境，不会产生二次污染。

本发明所述的用铝灰制作的免烧砖，包括以下重量百分数的原料制成：铝灰80％-95％和外加剂5％-20％，外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐70-80份、氧化物15-30份、硼酸盐3-5份、硫酸盐5-10份、磷酸盐3-5份、卤素盐1-2份和木质素磺酸盐1-5份。

所述的硅酸盐为a组分、b组分和c组分按重量比为25-30：50-60：0-5的混合物，其中：a组分为硅酸二钙，b组分为硅酸三钙，c组分为硅酸钠或偏硅酸钠中的至少一种。

所述的氧化物为氧化钙；

所述的硼酸盐选自硼酸钠或硼酸钙中的至少一种；

所述的硫酸盐选自硫酸钙、硫酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁或硫酸铝中的至少一种；

所述的磷酸盐选自磷酸钠或偏磷酸钠中的至少一种；

所述的卤素盐选自氯化钙、氯化钠、氯化铵或氯化铁中的至少一种；

木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠或木质素磺酸钙的至少一种。

铝灰选自铝厂产出的废弃物铝灰，铝灰粒径≤30mm，其含水率要求小于1％，且要求连续级配。连续级配指粗颗粒的空隙恰好由中颗粒填充，中颗粒的空隙恰好由细颗粒填充，如此逐级填充使制品形成最密致的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达最大值。这样可达到提高制品综合性能的目标。选用连续级配铝渣能够降低制品的空隙率和总表面积，提高强度、耐久性，改善和易性，并且有助于压砖机的压实成型过程。

本发明中硅酸盐中的硅酸二钙及硅酸三钙发生水化反应生成硅酸钙凝胶，将体系中的颗粒、晶体牢固粘结，很大程度上提高制品的强度。硅酸钠与硫酸盐、卤化物等发生反应生成凝胶，并与颗粒固结，与体系中其他组分相互催化以提高制品强度。

本发明中的硼酸盐的作用机理是非常复杂的，起到多功能的作用。以硼酸钠为例，硼酸钠在体系中电离分解，起到调节ph的作用，分子式为：

na2b4o7+2h2o→2na⁺+2oh-+h2b4o7

将硼酸盐掺入到体系中能促使钙离子和氧化铝形成钙矾石，提高制品的致密度和强度。

本发明中的硫酸盐如硫酸铝、硫酸铁等经水解反应自身水解成胶凝物质(如氢氧化铁、氢氧化铝等)，或与铝灰中的某一组分反应并胶结铝灰颗粒。且硫酸铝及硫酸铁的水解产物具有极强的螯合性能，以硫为配位原子产生的螯合效应对铝灰中的重金属的稳定固化起到关键性作用。

本发明中的磷酸盐在铝灰的碱性条件下发生一定的水合反应，磷酸盐与钙离子、氯离子发生多种反应生成氯基磷灰石、重金属羟基磷灰石等。磷酸盐同其它化学组分发生一系列的化学反应，不仅加强了晶体结构的形成，也对重金属的稳定化起到了一定的作用。

本发明采用的卤化物如氯化钙、氯化铵等，可以改变铝灰粒及胶团表面电位，钙离子、铵离子与铝灰粒或胶团结合，从而缩小颗粒间距，易于铝灰颗粒团结和提高密实度，从而提高强度。

本发明中木质素磺酸盐在制品制备时起到分散剂的作用，易于原料的搅拌均匀。并可作为减水剂可降低拌和用水量，以降低制品的孔隙率提高产品的致密程度，从而提升制品的强度。在降低制品孔隙率和提高制品致密度的同时，能减少制品的吸水率和水对制品的破坏作用，以提高制品的软化系数。

本发明所述的用铝灰制作的免烧砖的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：将原料按比例称重，备用；

(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加铝灰及外加剂，搅拌，然后加入水，再搅拌；

(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓；

(4)成型：将步骤(3)陈化好的混合料送入砖材压制机进行压制成型，成型的砖材尺寸由模具所决定；

(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的砖材避水避光自然养护，码垛，打包。

其中：

步骤(2)中加入水后的水料比为0.1-0.25。

步骤(2)为：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加铝灰及外加剂，搅拌1-2min，然后加入水，再搅拌2-5min。

步骤(3)中在陈化仓中的陈化时间为30min-5h。

步骤(5)中养护时间为30min-6h。

步骤(4)中压制成型采用的成型压力在9.5～10.5mpa，优选为10mpa。此数据是在经过多次试验摸索后确定的最佳成型压力；在此成型压力下，具有连续级配的铝渣能够形成致密的堆积状态，孔隙率低，具有一定的初始强度，可以达到码垛的强度要求。此成型压力能够在保证砖材性能的前提下，达到最佳的经济效果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用铝灰，在外加剂各组分协同作用下，铝灰中各种氧化物发生键合反应，生成莫来石晶体结构、钙矾石晶体结构等硬化骨架，颗粒间生成c-s-h凝胶，本发明将难以处理的铝灰处理得到免烧砖，经处理后的铝灰表现出稳定的物理化学性能，具有免烧、免蒸养、高强度、高软化系数等特点。

(2)本发明还提供其制备方法，采用免煅烧工艺，成本低，保护环境，不会产生二次污染；制备的免烧砖质量稳定，具有免烧、免蒸养、高强度、高软化系数等特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种用铝灰制备的免烧砖，包括以下重量百分数的原料制成：

铝灰90％

外加剂10％

水料比0.17；

外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐70份、氧化物20份、硼酸盐4份、硫酸盐8份、磷酸盐4份、卤素盐2份和木质素磺酸盐2份；

其中：硅酸盐为a组分、b组分和c组分按重量比为25：50：1的混合物，其中：a组分为硅酸二钙，b组分为硅酸三钙，c组分为硅酸钠；

氧化物为氧化钙；

硼酸盐为硼酸钠和硼酸钙等重量比的混合物；

硫酸盐选自硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝按重量比为3：1：1的混合物；

磷酸盐选自磷酸钠和偏磷酸钠等重量比的混合物；

卤素盐为氯化钙和氯化铁重量比为2：1的混合物；

木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。

制备方法包括以下步骤：

(1)配料：将原料按比例称重，备用；

(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加铝灰及外加剂，搅拌2min，然后加入水，加入水后的水料比为0.17，再搅拌5min；

(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓陈化1h；

(4)成型：将步骤(3)陈化好的混合料送入砖材压制机进行压制成型，成型压力为10mpa；

(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的砖材避水避光自然养护5h，码垛，打包。

实施例2

一种用铝灰制备的免烧砖，包括以下重量百分数的原料制成：

铝灰85％

外加剂15％

水料比0.14；

外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐80份、氧化物25份、硼酸盐3份、硫酸盐10份、磷酸盐3份、卤素盐1份和木质素磺酸盐3份；

其中：硅酸盐为a组分、b组分和c组分按重量比为30：60：4的混合物，其中：a组分为硅酸二钙，b组分为硅酸三钙，c组分为硅酸钠；

氧化物为氧化钙；

硼酸盐为硼酸钠和硼酸钙等重量比的混合物；

硫酸盐选自硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝按重量比为2：2：1的混合物；

磷酸盐选自磷酸钠和偏磷酸钠按重量比为1：2的混合物；

卤素盐为氯化钙；

木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。

制备方法包括以下步骤：

(1)配料：将原料按比例称重，备用；

(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加铝灰及外加剂，搅拌2min，然后加入水，加入水后的水料比为0.14，再搅拌5min；

(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓陈化2min；

(4)成型：将步骤(3)陈化好的混合料送入砖材压制机进行压制成型，成型压力为10.5mpa；

(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的砖材避水避光自然养护6h，码垛，打包。

以实施例1和实施例2制备的免烧砖标准尺寸(240mm×115mm×53mm)为例，进行性能测试，测试结果见表1。

表1