专利名称：一种渗水无机材料及其制备方法
技术领域：
本发明一种渗水无机材料及其制备方法属于煤矸石烧结制备建筑材料技术领域。
背景技术：
煤矸石是一种天然在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。在采煤过程和洗煤过程中煤矸石被洗挑出来。煤矸石除含有一定量的碳，其它主要成分是Al203、Si02，Fe203、Ca0、Mg0、Na20、K20、P205。在我国产煤区域，煤矸石大量堆放，占地效应明显，造成一定程度的地区性污染。
由于煤矸石热值低于500-1000大卡/公斤，并且其含氧化硅、氧化铝含量高于65%。因此要把纯煤矸石粉制作成建筑材料，烧结温度高，能源消耗大，成本高昂，没有市场竞争力。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种以煤矸石为主要原料，通过添加助烧结剂降低烧结温度来制作建筑材料如建筑砖，铺路用的渗水砖的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种渗水无机材料按重量份配比该渗水无机材料由以下组分组成
煤石干石70-95份、天然红土 5-25份、天然瓦土 0-8份、石灰石0_15份、苏打0_5份。所述煤矸石为煤矸石生料或煤矸石熟料。所述煤砰石粒度小于5mm,所述其他组分粒度小于0. 5_。所述煤矸石熟料为天然煤矸石在800-1100°C煅烧I小时制得。一种渗水无机材料的制备方法，将所述煤矸石、天然红土、天然瓦土、石灰石和苏打按照上述重量份配比混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，再压制成型，最后经过烧结得到烧结无机材料。所述原料混合物与水的重量份比为25:1. 5-2. 75。所述压制成型所用压力为0. 5_3MPa。所述烧结温度为1050-1180°C。所述烧结工艺为先100°C烘干30-45min,然后升温至烧结温度保温60min。所述烧结无机材料的抗折强度为3_7MPa。本发明与现有技术相比具有的有益效果为本发明添加了天然红土、天然瓦土、石灰石或苏打作为助烧结剂使得煤矸石在烧结工艺中温度大大降低，从而节省了能源，延长了生产设备的使用寿命，降低了生产成本。同时再加入以上助烧结剂后，烧结后的强度明显提闻。我国煤矸石化学成分按照重量百分比范围为
氧化娃45-60%、氧化招25-35%、氧化铁2_5%、氧化钛0. 5-1. O、氧化|丐和氧化镁1-5%、氧化钠和氧化钾0. 5-1. 5% ；
烧失量(LOI) : 12-20%，烧失量由含碳和少量水所致。由于煤矸石的氧化铝和氧化硅含量高，要想制成具有一定强度的建筑材料，烧结温度就要高于1200°C。这就需要烧结窑炉耐火度好，烧结过程能量消耗大，从而导致建筑材料成本高，经济价值低。天然红土的化学成分为
氧化娃55-65%、氧化招10-20%、氧化铁4-8%、氧化钛0. 5-1. 0%、氧化韩和氧化镁1_3%、氧化纳和氧化钟0. 5-2. 0% ；
天然瓦土的化学成分为
氧化娃45-55%、氧化招20-30%、氧化铁5_12%、氧化钛0. 5-1. 0%、氧化韩和氧化镁1_2%、氧化纳和氧化钟0. 5-2. 0% ；
石灰石的化学成分主要为碳酸钙，另外含有少量氧化镁，氧化硅，氧化铝。氧化铝是一种耐火度很高的氧化物。当氧化铝含量低时，烧结温度下降。天然红土含氧化铝小于20%。当氧化铁含量高时，烧结温度也下降。天然红土含氧化铁大于4%。我们通过试验证实，当天然红土百分含量大于15%时，烧结温度明显下降。在低于1175 °C的温度，可烧制成具有一定强度的材料。天然瓦土的氧化铝含量比煤矸石低，同时含氧化铁量比煤矸石高。当在煤矸石粉料混入20%以上的天然瓦土时，烧结温度也明显下降。在低于1200°C的温度可良好烧结煤矸石混合料。当在煤矸石粉料混入15%以上的天石灰石粉料时，烧结温度没有明显下降。但当加入少于5%的石灰石粉料时，烧结温度有所下降。另外，我们也试验了 1-3%的碳酸钠，发现烧结温度明显下降。特别是当同时加入天然红土和天然瓦土的混合料时，烧结温度大大降低。综上所述，本发明具体在于以煤矸石为主要原料，通过添加小于30%的天然红土、天然瓦土、石灰石、苏打粉，在某个成分比例范围内配料，机械混合，再加入水作为低温结合剂，压制成型。之后在不高于1180°C的温度进行烧结，制成具有一定强度的建筑材料。抗折强度测试采用的是测定三点法。样品尺寸为IOmm x IOmm xlOOmm。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例I
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于I毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0.1毫米的天然瓦土。将460克煤矸石，30克天然红土，10克天然瓦土放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐滚动5-10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至2MPa。出模具后，这样成型的胚体具有一定强度，在生产操作过程中不宜损坏。很容易将其转移至烧结炉中。胚体在烧结炉里在100°C烘干30分钟后，逐渐升温至1175°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结，之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料，可用于铺路建筑材料。由于此种材料具有30%以上的气孔率，水容易渗入，故可用于路面透水砖。实施例2
与例I不同的是所采用原料的颗粒度不同，具体为颗粒度小于2毫米的煤矸石；颗粒度小于0. 05毫米的天然红土 ；颗粒度于小于0. 05毫米的天然瓦土。把460克煤矸石，30克天然红土，10克天然瓦土放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐滚动5-10分钟。之后 在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至2MPa。出模具后，这样成型的胚体具有一定强度，在触摸和转移过程中不宜损坏。很容易将其转移至烧结炉中。在10(TC烘干30分钟后，逐渐升温至1170°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结，之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有30%以上的气孔率，可用于铺路建筑透水材料。实施例3
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于I毫米的煤矸石；颗粒度小于0. 05毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. 05毫米的天然瓦土。把400克煤矸石，80克天然红土，20克天然瓦土放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动5-10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在10(TC烘干30分钟后，逐渐升温至1160°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有30%以上的气孔率，抗折强度在3. 56MPa。可用于铺路建筑材料。实施例4
此例与例3步骤一样，唯一不同之处是采用的煤矸石粉为熟料。也就是，先把天然煤矸石粉在1100°C段烧一小时，把煤矸石内90%以上的碳烧掉。这样的煤矸石熟料从原来的黑灰色转为浅灰色。用与例3同样的成分比例，同样的混合方式，压制方法和烧结温度，也得到了抗折强度在3-5MPa的无机烧结材料。实施例5
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于2毫米的煤矸石；颗粒度于小于0. 05毫米的天然红土。把400克煤矸石，100克天然红土，放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入44克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在10(TC烘干40分钟后，逐渐升温至1150°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有30%以上的气孔率，抗折强为3. 73MPa。可用于铺路建筑材料。此材料亦可应用于制作沿路吸水花盆，吸水假山等。实施例6
与例4不同点之一是所采用原料的颗粒度不同，具体为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于o. I毫米的天然红土。把400克煤矸石，100克天然红土，放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入44克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在10(TC烘干40分钟后，逐渐升温至1150°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有30%以上的气孔率，抗折强度为4.21MPa。可用于铺路建筑材料。此材料亦可应用于制作沿路吸水花盆，吸水假山等。实施例I
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于2毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土。把375克以上颗粒度的煤矸石，125克天然红土，放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在10(TC烘干40分钟后，逐渐升温至1135°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有25%以上的气孔率，抗折强度为4. 3MPa。可用于铺路和其它建筑材料。实施例8
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的天然瓦土。把400克以上颗粒度的煤矸石，70克天然红土，30克天然瓦土，放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在10(TC烘干40分钟后，逐渐升温至1135°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有25%以上的气孔率，抗折强度为3. 55MPa。可用于铺路和其它建筑材料。实施例9
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的石灰石粉。先将60克天然红土和20石灰石粉放入陶瓷碗中用研磨棒研磨3分钟。之后再与420克以上颗粒度的煤矸石一起放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在100°C烘干40分钟后，逐渐升温至1150°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有25%以上的气孔率，抗折强度为5. HMPa0可用于铺路和其它建筑材料。实施例10 所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0.1毫米的石灰石粉。先将70克天然红土和10石灰石粉放入陶瓷碗中用研磨棒研磨3分钟。之后再与420克以上颗粒度的煤矸石一起放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在100°C烘干40分钟后，逐渐升温至1150°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有25%以上的气孔率，抗折强度为3. 97MPa。可用于铺路和其它建筑材料。实施例11
此例与例10步骤一样，唯一不同之处是采用的煤矸石粉为熟料。也就是，先把天然煤石干石粉在1100°C段烧一小时,把煤砰石内的90%以上的碳烧掉。这样的煤砰石熟料从原来的黑灰色转为浅灰色。用与例10同样的成分比例，同样的混合方式，压制方法和烧结温度， 也得到了抗折强度为4. 66MPa的无机烧结材料。实施例12
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的石灰石粉。这个实验步骤与例8 一样，不同之处只是烧结温度是1140°C。测试证明，在这个烧结温度，无机烧结材料的抗折强度也是4. 38MPa。实施例13
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的石灰石粉。这个实验步骤与例9 一样，不同之处只是烧结温度是1130°C。测试证明，在这个烧结温度，无机烧结材料的抗折强度也为4. 94MPa。实施例14
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于与0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的石灰石粉。先将70克天然红土和10石灰石粉放入陶瓷碗中用研磨棒研磨3分钟。之后再与420克以上颗粒度的煤矸石一起放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在100°C烘干40分钟后，逐渐升温至1120°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有25%以上的气孔率，抗折强度在3. 9IMPa0可用于铺路和其它建筑材料。在此例的配方中，石灰石比例仅占总量的2%，但这却可以使烧结温度进一步下降至1120°C。说明少量加入石灰石粉，低共熔效应明显。实施例15
所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于0. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于0. I毫米的苏打粉。先将80克天然红土和20苏打粉放入陶瓷碗中用研磨棒研磨3分钟。之后再与400克以上颗粒度的煤矸石一起放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在100°C烘干40分钟后，逐渐升温至1050°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有20%以上的气孔率，抗折强度为5. 72MPa。可用于铺路和其它建筑材料。在此例的配方中，苏打粉比例仅占总量的4%，但这却可以使烧结温度进ー步下降至1050°C。说明少量加入苏打粉，低共熔效应明显。实施例16 所采用原料的颗粒度为颗粒度小于3毫米的煤矸石；颗粒度小于O. I毫米的天然红土 ；颗粒度小于O. I毫米的苏打粉。先将70克天然红土和10苏打粉放入陶瓷碗中用研磨棒研磨3分钟。之后再与420克以上颗粒度的煤矸石一起放入体积为2. 5升的塑料罐中，再在塑料罐中放500克直径为10毫米的陶瓷球。将此罐放置在一双辊滚动机上滚动10分钟。之后在这样均匀混合的粉料中加入40克水，手摇混合均匀，这里定义为混合湿料。将混合湿料放入钢质压制成型模具，加压至I. 5MPa。出模具后，在100°C烘干40分钟后，逐渐升温至1050°C，在这个温度保温60分钟，进行烧结。之后自然降温至室温。这样得到的无机烧结材料具有20%以上的气孔率，抗折强度为6. 65MPa。可用于铺路和其它建筑材料。在此例的配方中，苏打粉比例仅占总量的4%，但这却可以使烧结温度进ー步下降至 1075°C。实施例17
煤石干石粒度小于5mm,其他组分粒度小于O. 5_。ー种渗水无机材料的制备方法，将煤矸石和天然红土按照重量份配比为煤矸石生料95份、天然红土 25份混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，原料混合物与水的重量份比为25:1. 5，再压制成型，压制成型所用压カ为2MPa，最后100°C烘干45min，然后升温至1110で保温60!^11烧结得到烧结无机材料。烧结无机材料的抗折强度为3. 79MPa。实施例18
煤石干石粒度小于5mm,其他组分粒度小于O. 5_。ー种渗水无机材料的制备方法，将煤矸石、天然红土、天然瓦土、石灰石和苏打按照重量份配比为天然煤矸石在1100°c煅烧I小时制得的煤矸石熟料70份、天然红土 5份、天然瓦土 8份、石灰石15份、苏打5份混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，原料混合物与水的重量份比为25: 2. 75，再压制成型，压制成型所用压カ为O. 5MPa，最后100°C烘干30min，然后升温至1150°C保温60min烧结得到烧结无机材料。烧结无机材料的抗折强度为6. 47MPa。实施例19
煤石干石粒度小于5mm,所述其他组分粒度小于O. 5_。ー种渗水无机材料的制备方法，将煤矸石、天然红土和天然瓦土按照重量份配比为煤矸石生料95份、天然红土 20份、天然瓦土 5份混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，原料混合物与水的重量份比为25: 2，再压制成型，压制成型所用压カ为3MPa，最后100°C烘干45min，然后升温至1120°C保温60min烧结得到烧结无机材料。烧结无机材料的抗折强度是3. 22MPa。实施例20
煤石干石粒度小于5mm,其他组分粒度小于O. 5_。ー种渗水无机材料的制备方法，将煤矸石、天然红土、石灰石和苏打按照重量份配比为天然煤矸石在800°C煅烧I小时制得的煤矸石熟料75份、天然红土 10份、石灰石10份、苏打2份混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，原料混合物与水的重量份比为25:2. 25，再压制成型，压制成型所用压カ为2. 5MPa，最后100°C烘干30min，然后升温至1080°C保温60min烧结得到烧结无机材料。烧结无机材料的抗折强度为6. 34MPa。
实施例21
煤石干石粒度小于5mm,其他组分粒度小于O. 5_。ー种渗水无机材料的制备方法，将煤矸石、天然红土、天然瓦土、石灰石和苏打按照重量份配比为天然煤矸石在1000°c煅烧I小时制得的煤矸石熟料80份、天然红土15份、天然瓦土 2份、苏打3份混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，原料混合物与水的重量份比为25: 2. 5，再压制成型，压制成型所用压カ为O. 5MPa，最后100°C烘干30min,然后升温至1150°C保温60min烧结得到烧结无机材料。烧结无机材料的抗折强度为5. 73MPa。本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种渗水无机材料，其特征在于按重量份配比该渗水无机材料由以下组分组成 煤石干石70-95份、天然红土 5-25份、天然瓦土 0-8份、石灰石0_15份、苏打0_5份。
2.根据权利要求I所述的一种渗水无机材料，其特征在于所述煤矸石为煤矸石生料或煤矸石熟料。
3.根据权利要求I所述的一种渗水无机材料，其特征在于所述煤矸石粒度小于5mm，所述其他组分粒度小于0. 5mm。
4.根据权利要求2所述的一种渗水无机材料，其特征在于所述煤矸石熟料为天然煤矸石在800-1100°C煅烧I小时制得。
5.一种权利要求I所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于将所述煤矸石、天然红土、天然瓦土、石灰石和苏打按照上述重量份配比混合，得到原料混合物，然后向原料混合物加水混合均匀，再压制成型，最后经过烧结得到烧结无机材料。
6.根据权利要求5所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于所述原料混合物与水的重量份比为25:1. 5-2. 75。
7.根据权利要求5所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于所述压制成型所用压力为 0. 5-3MPa。
8.根据权利要求5所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于所述烧结温度为1050-1180°C。
9.根据权利要求5或8所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于所述烧结工艺为先100°C烘干30-45min,然后升温至烧结温度保温60min。
10.根据权利要求5所述的渗水无机材料的制备方法，其特征在于所述烧结无机材料的抗折强度为3-7MPa。
全文摘要
本发明一种渗水无机材料及其制备方法属于煤矸石烧结制备建筑材料技术领域；所要解决的技术问题为提供一种以煤矸石为主要原料，通过添加助烧结剂降低烧结温度来制作建筑材料如建筑砖，铺路用的渗水砖的制备方法；所采用的技术方案为按重量份配比该渗水无机材料由以下组分组成煤矸石70-95份、天然红土5-25份、天然瓦土0-8份、石灰石0-15份、苏打0-5份；将煤矸石、天然红土、天然瓦土、石灰石和苏打混合，然后向原料混合物加水混合均匀，再压制成型，最后经过烧结得到烧结无机材料；本发明添加了助烧结剂使得煤矸石在烧结工艺中温度大大降低，从而节省了能源，延长了生产设备的使用寿命，降低了生产成本，并明显提高了强度。
文档编号C04B18/04GK102674798SQ20121015176
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者刘莹, 钟昱明 申请人:山西西易能源集团股份有限公司