专利名称：全粉煤灰建筑用砖及其制造方法和专用添加剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用粉煤灰为原料的建筑用砖及其制造方法和生产该建筑用砖专用的添加剂。
背景技术：
利用粉煤灰为原料生产建筑用砖已有许多成熟技术，但现有技术的粉煤灰砖多数掺量都比较低，一般不超过40％，其余原料多采用高塑性优质粘土，或经粉碎的粘土质煤矸石或粘土质页岩(经粉碎)，有的是上述原料皆而有之。其生产工艺以湿法生产为主，即加水量在20％以上，真空挤压成型。其要求坯料的塑性指数大于7，为此须采用一系列大动力设备，以适应原料预处理搅拌揑泥等工艺要求。因此，在设备投资上占用了大量资金，同时也带来了产品耗电多，产品成本高的必然结果，因而该产品难以得到市场认同，不足以与粘土砖竞争。第二，上述原料配比，仍需大量的粘土材料，既不符合国家有关保护耕地和自然生态及墙体材料改革的政策，也不能真正达到粉煤灰治理的要求。第三，现有的粉煤灰砖多数强度不足，大量地是作为隔墙材料砖使用，而目前国家采取限制粘土砖政策以后，市场低层建筑需要新的承重墙体用砖来替代粘土砖。
中国专利02129387.2公开了一种“高掺量粉煤灰烧结建筑用砖及其制备方法”，其粉煤灰掺量可高达85-95重量份，其余为钠基澎润土和由硫化镁、三氧化二铁、氧化亚铁组成的改性添加剂。按百分比折算，其粉煤灰最高含量只能达到86.36％，而价格较贵的钠基膨润土和改性添加剂至少为13.64％，其产成品成本显然较高，难以在市场立足。此外，该粉煤灰砖生产方法采用湿法生产，含水量达18-22％，必须将混合料采用大动力捏泥预处理和挤压切割制坯工艺，这类设备的投资都比较大，而且能耗很高，制砖成本亦较高，难以大范围推广，其产品也缺乏竞争力。而且，由于其含水量大，干燥时间必然增加，即使热风干燥，通常也要8-14个小时。第三，由于粉煤灰的基本组成为二氧化硅和三氧化二铝微珠，二者本身均有较高的硬度，按普通工艺碾压难以将大部分微珠碾碎。大量微珠的存在直接影响成品砖的强度。
中国专利91110966.8公开的一种“粉煤灰砖及生产工艺”，该粉煤灰砖的粉煤灰含量可达95％以上，其余3-5％的水玻璃作为粘接剂，其存在的不足是水玻璃含量太高。目前市场水玻璃价格为700元一吨，按掺合5％计算，折合每块标砖的水玻璃成本为0.07元，与目前市场的粘土砖价格已相差无几，加上其它成本，每块砖的成本为0.15元左右，令市场难以承受。此外，该砖的粉煤灰成份该砖的生产工艺复杂，时间较长，其干燥时间较长，在人工环境下，利用干燥介质进行干燥，仍需要36-48小时。焙烧时间在17-20小时左右，而且焙烧过程中温度需阶梯式提高，其过程控制不易掌握，砖的质量难以保证。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，研制了一种全粉煤灰建筑用砖及其制造方法和专用添加剂，改进了现有粉煤灰砖的生产方法。本发明的高粉煤灰掺量建筑用砖中粉煤灰掺量大，生产工艺简单，成本低。本发明的生产工艺所需设备简单，投资少，建厂周期短。本发明的专用添加剂原料来源广泛，价格低，可以大大降低生产成本，缩短生产周期，并有效地降低产品的总成本，具有较高的经济、社会效益。
本发明的全粉煤灰建筑用砖，含有90-96％(重量)的粉煤灰，余量为添加剂；其中所述添加剂为复合添加剂，所述复合添加剂成份中含有水玻璃，并且还有碱性物、澎润土或其同类物和/或铁氧化物，其中，碱性物含量为30-60％(重量)；膨润土或其同类物含量为10-40％(重量)；水玻璃含量为5-10％(重量)；所述铁氧化物含量为10-40％(重量)。
上述全粉煤灰建筑用砖，其中的碱性物包括碱性氧化物、氢氧化物或碳酸盐(正盐)，所述的碱性氧化物为石灰粉(CaO≥60％)，其可以由等当量的氢氧化物或碳酸盐(正盐)替代。
所述的全粉煤灰建筑用砖，其中的氢氧化物为造纸废液中的NaOH或其它碱性废液中的碱物质，所述碳酸盐(正盐)为土碱中的Na2CO3或其同类物。
所述的全粉煤灰建筑用砖，其中粉煤灰优选含量为95％(重量)，复合添加剂的优选含量为5％(重量)。
制造全粉煤灰建筑用砖的方法，包括如下步骤a、备料，取90-96％(重量)的粉煤灰于搅拌器内；b、配添加剂，取复合添加剂4-10％(重量)，加60℃以上水10-12％(粉煤灰干料重)充分搅拌水解；c、混合搅拌，将粉煤灰与水解复合添加剂混合后强力搅拌，使二者充分混合；d、坯料陈化，搅拌后的坯料加温静置约一小时；e、坯料碾压，将陈化后的坯料用轮碾机连续碾压3-10分钟；f、坯料二次陈化，将碾压好的坯料再加温静置约一小时；g、坯料二次碾压，将再陈化后的坯料用混碾机再碾炼2-5分钟；h、成型，将二次碾炼后的坯料成型；I、干燥，使砖坯含水率小于6％；J、将干燥后的砖坯入窑焙烧，并且窑内温度升至1000±50℃左右时，保持恒温2小时，然后将温度逐渐降至常温后出窑。
生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，含有水玻璃、碱性无机物、澎润土或其同类物和铁氧化物，所述水玻璃含量5-10％(重量)；所述碱性无机物为石灰粉(CaO≥60％)，含量为30-60％(重量)，或等当量的碳酸钠(Na2CO3)或等当量的氢氧化钠(NaOH)，所述膨润土或其同类物含量为10-40％(重量)，所述铁氧化物含量10-40％(重量)。
生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其中的碳酸钠(Na2CO3)取自土碱或其同类物，氢氧化钠(NaOH)取自造纸废液或其它碱性废液。
生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其中水玻璃的优选含量为6-8％(重量)；所述石灰粉(CaO≥60％)的优选含量为35-55％(重量)，或等当量的土碱(Na2CO3)，或等当量的造纸废液(有效成份为NaOH)；所述膨润土的优选含量为15-30％(重量)；所述铁氧化物的优选含量为10-30％(重量)。
全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其中铁氧化物为氧化亚铁FeO或三氧化二铁Fe2O3。
本发明的全粉煤灰建筑用砖，由于粉煤灰掺量可达到95％以上，且基本不用粘土作添加剂，既可以节约大量的耕地，而且增加了粉煤灰用量，一座年产6000万标砖的砖厂，年使用13万吨粉煤灰，相当于一台大型发电机组的年粉煤灰产出量。本发明的全粉煤灰建筑用砖的质量较高，完全满足国家标准关于建筑用承重砖的要求，其检测数据见表1。
全粉煤灰建筑用砖质量数据比较 表1
此外，本发明的全粉煤灰建筑用砖由于完全不用添加粘土，也减少了运输成本。而添加剂使用量较少且主要成份为常见的石灰粉，成本较低，因此，使得整体成本大幅度下降，每块砖成本≤0.08元。能满足目前替代粘土砖作为建筑用承重砖的需要，亦可用作隔墙砖使用。
本发明的全粉煤灰建筑砖的制造方法，由于加水量较少，只有干料总重量的10-12％，属半干料制砖，省却了大动力捏泥预处理设备和挤压切割制坯设备，可以节省大量的设备投资并且降低了制砖过程中的耗时耗电成本，一座年产6000万块标砖的砖厂，生产装机容量不足300KW。较现行粉煤灰烧结砖厂减少45-75％，每块砖仅耗电成本可降低1.5-2.5分钱。建厂投资可减少30-85％。而且，由于加水量少，还缩短了干燥时间与烧结时间，因而可有效地降低综合成本。
第二，本发明的制砖方法加入含碱性添加剂对粉煤灰进行碱激活，并对坯料采用两次陈化，有助于使粉煤灰颗粒软化及碾压时易破碎，使粉煤灰表面与复合添加剂充分接触，其碱激活反应进行较彻底，形成了凝胶态的粉煤灰与添加剂的混合物。有利于制坯及烧结，减少了制胚及烧结时间和降低了烧结温度。
第三，采用两次碾压，将球状粉煤灰颗粒尽量破碎，形成不规则的微颗粒，有利于这些颗粒的紧密结合，使得成型时更加密实。另外，还可使粉煤灰与复合添加剂充分结合，表面形成凝胶态混合料，利于成型及提高成品砖的强度。
本发明的复合添加剂，以石灰粉(CaO)为主，其成本非常低(如用土碱或造纸废液就更低，还具有环保效益)。由于其属复合型，各成份的综合作用是在提高粉煤灰砖质量的前提下降低了生产成本，因而，它的综合经济、社会效益非常明显。有利于大范围推广应用。
由于本发明的添加剂为碱性物，其对于粉煤灰中的硅酸盐颗粒及铝酸盐颗粒具有软化作用，有利于这两类物质的破碎，并能与上述物质表面形成凝胶态物质，有利于提高砖的粘接强度和砖的成型。
使用膨润土可以提高砖的湿强度，提高砖的成品率，降低成本。特别是有条件使用废淤泥时不仅成本更低，且具有明显的环保和社会效益。
添加水玻璃后能有效地提高砖的干强度。而且此处的水玻璃还可以用面粉厂的废面粉加火碱的混合物替代。成本更低。
采用本发明的添加剂，大大提高了粉煤灰在砖中的比例，由目前普遍比例的45-86％提高到95％甚至更高。为彻底解决粉煤灰污染、变废为利提供了可行的技术方案。
本发明的复合添加剂都是低熔点物质，其与粉煤灰混合并经碾压后充分接触，有效地降低了粉煤灰砖的烧结温度，一般不超过1000℃窑温，所以，使用现有制砖的轮窑即能满足工艺要求，不需使用耐火砖砌筑的耐高温专用窑进行烧结。
具体实施例方式
全粉煤灰建筑用砖及其生产方法，按如下步骤选料及制备；首先制取复合添加剂，按百分重量取石灰粉(CaO≥60％)60份，膨润土20份，水玻璃6份，氧化亚铁粉14份，以上材料混合，粉碎后筛分取粒度200目左右，最好小于200目粉体。
取上述复合添加剂5吨，电厂粉煤灰95吨备用。
另取8-10吨水(冬天8吨，夏天10吨)加热至60℃以上，冬天水温可加热到70-80℃。将复合添加剂放入水中，充分搅拌约5-10分钟。制成添加剂浆料。
将添加剂浆料与备用粉煤灰原料入搅拌机混合搅拌5-6分钟，然后加保湿措施(如覆盖或密闭)加热静置1小时。使碱性物质(石灰粉中的氧化钙已转化为氢氧化钙)对粉煤灰的激活反应充分进行。粉煤灰颗粒表面软化，破碎的微粒则与氢氧化钙反应生成凝胶。由于粉煤灰的主要成份为二氧化硅与三氧化二铝微珠，其与碱性物质混合后的反应式如下
将上述陈化后的原料入轮碾机连续碾压3-5分钟，使得原为空心状玻璃体微球的粉煤灰破碎，形成不规则的粉煤灰微型颗粒。再静置约1小时，即二次陈化，使游离的氢氧化钙(碱性物质)与经碾压后露出的微粒新表面继续反应生成新的凝胶。此时，由轮碾机进行二次碾炼约2-3分钟，目的是使粉煤灰进一步破碎以及使破碎后的颗粒均化。
经过上述步骤后，原料制备过程已基本完成。将上述原料由成型机制坯成型。由于是半干料成型，最好选用液压成型机制坯，以保证砖坯的密实度。
码垛干燥，如采用自然干燥法，则视地区与季节不同，时间亦不同，但干燥至含水率小于6％即可入窑焙烧。如果在潮湿季节或冬季，可选择人工环境干燥砖坯。由于本发明的方法采用了半干料成型方式，因而，干燥时间较短，经测试，在北方地区4-5月份，自然干燥时间大约为10个小时，即可达到上述要求。如采用轮窑余热干燥，则只需不到4小时即可达入窑标准。
砖坯焙烧，由于砖坯主要成份为粉煤灰，其中含有一定量的碳元素，所以不需另加燃料，点火以后砖坯依靠自燃进行烧结。由于不同地区煤种燃烧后的粉煤灰成份略有不同，因而砖坯烧结温度随粉煤灰原料的不同略有差异，一般在950-1050℃之间，当温度达到烧结温度时，恒温1.5-2小时，即可降温，冷却至常温时出窑。
本发明的全粉煤灰建筑用砖中粉煤灰掺量的多少与复合添加剂有直接关系。如添加剂中石灰粉或土碱中的有效成份含量较低，比如低于60％，则可以加大复合添加剂的比例，但最高不能超过总重量的10％。如果添加剂中有效成份含量较高，比如达到80％以上，则添加剂比例可以降低至4％。本发明的全粉煤灰建筑用砖中粉煤灰与复合添加剂之比例的部分具体实施例见表1。
表2
在上表中实施例3使用了造纸废液，其中含有较多的纤维素，因而纤维素用量相应减少。此外，使用造纸废液时应相应减少水的用量。
在实例3中氧化亚铁用量增加，是因为粉煤灰中三氧化二铝含量较大，其属高熔点物质。为了降低焙烧温度，因此，增加了低熔点的氧化亚铁比例。氧化亚铁和氧化铁的作用，一是为了上色，使砖的颜色成为人们常见的红色，适用于作外墙承重砖。二是用于调节焙烧温度，当粉煤灰中高熔点物质含量较大时，增加铁氧化物，可降低焙烧所需温度。
添加剂及其制备本发明的添加剂成份包括石灰粉或其它无机碱性物如碳酸钠或氢氧化钠；膨润土或其它可以提高砖坯湿强度的材料，比如耐火土或纤维素或污水厂、造纸厂、饮水厂淤泥等；水玻璃或其它可以提高砖坏干强度的类似材料，如面粉与火碱的混合物；以上为保证粉煤灰砖质量的必备成份。
为满足作为外墙承重砖时的美观效果，还可以添加适量氧化亚铁粉或三氧化二铁粉，用以调节成品砖的颜色和调节粉煤灰砖的焙烧温度。
上述石灰粉中碳酸钙含量通常应大于60％，用以替代石灰粉的无机碱性物中，常见的成本较低的有土碱(其主要成分为碳酸钠Na2CO3)或造纸废液(其主要成分为氢氧化钠NaOH)。替代时，其中有效成份的化学当量应相等。使用土碱时，因其中有效成份含量较低，故用量较大，使得添加剂的总用量也增加。
各主要成份的比例石灰粉30-60％；膨润土10-40％；水玻璃5-10％；铁氧化物10-40％。将以上各原料按比例混合后进行粉碎，用200目以上的筛分设备筛选所得粉料即本发明的复合添加剂构成。使用时首先与一定比例水混合成浆料，再与一定比例的粉煤灰混合并搅拌，便完成了高掺量粉煤灰砖原料的制备过程。本发明的复合添加剂部分配比实施例见表3表3 100％(重量)
上表中，增加砖坯湿强度的材料中，除耐火土、膨润土、纤维素外还可以使用污水厂、造纸厂、饮水厂等废淤泥作为替代品。其成本更低。
而增加砖坯干强度的材料水玻璃替代物用面粉厂的落地面粉加少量火碱。其中废面粉占80％(重量)，火碱占20％(重量)。此时，其在复合添加剂中所占的比重应在8-10％(重量)。这种替代物的使用使得成本更低。
权利要求
1.一种全粉煤灰建筑用砖，含有90-96％(重量)的粉煤灰，余量为添加剂，所述的添加剂为含有水玻璃的复合添加剂，其特征在于该复合添加剂成份中还有碱性物质、澎润土或其同类物和铁氧化物，其中，碱性物质含量为30-60％(重量)；膨润土或其同类物含量为10-40％(重量)；水玻璃含量为5-10％(重量)；所述铁氧化物含量为10-40％(重量)。
2.按照权利要求1的全粉煤灰建筑用砖，其特征在于所述的碱性物包括碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐(正盐)，所述的碱性氧化物为石灰粉(CaO≥60％)，其可以由等当量的氢氧化物或碳酸盐(正盐)替代。
3.按照权利要求2的全粉煤灰建筑用砖，其特征在于所述氢氧化物为造纸废液中的NaOH或其它碱性废液中的碱性物质，所述碳酸盐(正盐)为土碱中的Na2CO3或其同类物。
4.按照权利要求1、2或3的全粉煤灰建筑用砖，其特征在于所述粉煤灰优选含量为95％(重量)，所述复合添加剂的优选含量为5％(重量)。
5.一种制造全粉煤灰建筑用砖的方法，包括如下步骤a、备料，取90-96％(重量)的粉煤灰于搅拌器内；b、配添加剂，取复合添加剂4-10％(重量)，加60℃以上水10-12％(粉煤灰干料重)充分搅拌水解；c、搅拌，将粉煤灰与水解复合添加剂混合并强力搅拌，使之充分混合；d、坯料陈化，搅拌后的坯料加温静置约一小时；e、坯料碾压，将陈化后的坯料用轮碾机连续碾压3-10分钟；f、坯料二次陈化，将碾压好的坯料加温静置约一小时；g、坯料二次碾炼，将再陈化好的坯料用混碾机再碾炼2-5分钟；h、成型，将二次碾炼后的坯料成型；I、干燥，使砖坯含水率小于6％；J、将干燥后的砖坯入窑焙烧，并且窑内温度升至1000±50℃左右时，保持恒温2小时，然后将温度逐渐降至常温后出窑。
6.一种生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，含有水玻璃，其特征在于还有碱性物、澎润土或其同类物和铁氧化物，所述水玻璃含量为5-10％(重量)；所述碱性物为氧化钙，含量为30-60％(重量)，或等当量的碳酸钠(Na2CO3)或等当量的氢氧化钠(NaOH)；所述膨润土或其同类物含量为10-40％(重量)；所述铁氧化物含量为10-40％(重量)。
7.按照权利要求6的生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其特征在于所述碱性氧化物取自石灰粉(CaO≥60％)，所述碳酸钠取自土碱或其同类物，所述氢氧化钠取自造纸废液或其它碱性废液。
8.按照权利要求6的生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其特征在于所述水玻璃的优选含量为6-8％(重量)；所述石灰粉(CaO≥60％)的优选含量为35-55％(重量)，或等当量的土碱(Na2CO3)，或等当量的造纸废液(有效成份为NaOH)；所述膨润土的优选含量为15-30％(重量)；所述铁氧化物的优选含量为10-30％(重量)。
9.按照权利要求8的生产全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其特征在于所述水玻璃的最佳含量为7％(重量)；所述石灰粉(CaO≥60％)的最佳含量为50％(重量)或等当量的土碱(Na2CO3)或等当量的造纸废液(有效成份为NaOH)；所述膨润土的最佳含量为30％(重量)；所述铁氧化物的最佳含量为13％(重量)。
10.按照权利要求6-9中任一项权利要求所述的全粉煤灰建筑用砖的专用添加剂，其特征在于所述铁氧化物为氧化亚铁或三氧化二铁。
全文摘要
一种全粉煤灰建筑用砖及其制造方法和专用添加剂，含有90－96％(重量)的粉煤灰及4－10％(重量)的复合添加剂。所述的制造方法包括两次陈化及两次碾压工艺。所述的复合添加剂包括水玻璃，碱性氧化物或其它碱性物、膨润土或类似物及铁氧化物。本发明的高粉煤灰掺量建筑用砖及其制造方法和专用添加剂，其中粉煤灰含量高，完全不有粘土添加剂。工艺简单，时间短，成本低。所述添加剂制造方法简单，原料来源广，成本较低，生产的粉煤灰砖具有强度高外观漂亮，能满足外墙承重砖的质量要求。
文档编号C04B18/04GK1556060SQ20031010973
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者刁鹏, 刁 鹏 申请人:山西民兴实业有限公司