本发明属于建材领域，涉及一种蒸养砖及其制备方法，特别是利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖及其制备方法。
背景技术：
蒸压/养砖作为烧结黏土砖的替代产品已逐渐成为我国建材市场的主流，随着国家环保政策的收紧，蒸压/养砖将会完全取代烧结砖应用于工业、民用建筑。目前，蒸养砖一般是由粉煤灰或者矿渣作为原材料，并且加以石灰以及骨料，经过胚料制备、压制成型，然后再用蒸汽养护等工艺制作而成。专利文献“一种蒸养砖及其制备方法”（申请号：201210107212.0）公开了一种含有粉煤灰的蒸养砖制备方法，原料组成为：“半干法脱硫灰45％～60％、循环流化床粉煤灰30％～40％和陶瓷抛光渣10％～20％”。其制备工艺中包括“成型的条件为于30～40mpa成型”和“养护的条件为于压力为0.09～0.11mpa，温度为85～95℃，相对湿度为90％～95％进行养护”。其专利文件原料配方中使用了骨料，制备工艺中使用了压制成型。专利文献“利用工业废弃物制备的蒸压/蒸养砖及其制备工艺”（申请号：201110231310.0）公开了一种蒸养砖制备方法，原料组成为：“废弃水泥浆15-25%，炉渣40-60%，中砂10-30%，碎石5-20%”。其制备工艺中包括“原材料利用压制成型机压制成型，成型压力维持在8-10mpa”和“蒸压养护：时间为4-8h，水蒸气压强为0.5-1.0mpa，温度为210-230℃”。其专利文件原料配方中使用了骨料，制备工艺中使用了压制成型和高温养护。
尾矿在制备蒸养砖中也有应用，如专利文献“一种利用磷尾矿和磷渣生产的蒸养砖及其制备方法”（申请号：201310608006.2）公开了一种含有磷尾矿的蒸养砖制备方法，原料组成为：“瘠性基料、胶凝材料、活化剂和水。其中，磷尾矿占瘠性基料的质量百分数为20%～90%，其余为砂”。其制备工艺中包括“物料倒入模具中冲压成型，成型压力5mpa～25mpa”和“养护好的砖坯放入蒸压釜，先升温至80℃～90℃，保温10分钟后，再升温至150℃～190℃，在蒸压釜压力0.5mpa～1.25mpa下，保温6～16h”。其专利文件原料配方中使用了骨料，制备工艺中使用了压制成型和高温养护。专利文献“一种利用钼尾矿制备蒸养砖的工艺方法”（申请号：201210227247.8）公开了一种含有钼尾矿的蒸养砖制备方法，原料组成为：“钼尾矿18～57%、花岗岩石粉18～57%、炉渣15%、生石灰8%和石膏2%”。其制备方法中包括“控制成形压力为15mpa进行蒸养砖的压制成形”和“使蒸养室内的蒸汽压力在1.5～2h内从0mpa匀速升至1.5mpa；然后在1.5mpa压力下保持7h”。其专利文件原料配方中使用了骨料，制备工艺中使用了压制成型和高温养护。
综上可以看出，现有的专利文献制备蒸养砖时往往使用大量骨料，而且使用压制成型且养护的温度较高。
铝土矿尾矿是众多金属尾矿类型中的一种，但其氧化铝含量偏高使其在建筑材料制品中的应用受到限制。专利文献“一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法”（申请号：201410464432.8）公开了一种含有铝土矿尾矿的免烧免蒸砖，原料组成为：“铝土矿尾矿30-40％，铁尾矿40-50％，水泥10-30％，新型外加剂0.5-3.0％”。其制备方法中包括“搅拌均匀后进入压砖机，经20-50mpa压制成型”和“自然养护10-28天后制得免烧免蒸尾矿砖”。其专利文件原料配方中使用了0.11-1.7mm的细骨料，制备工艺中使用了压制成型。
上述文献提及了采用铝土矿尾矿制备免烧免蒸尾矿砖，其铁尾矿作为骨料，固化剂作为表面活性剂，改变铝土矿尾矿（粘土矿物）的亲水性，“改善粘土矿物的离子交换能力，使其吸附特定离子，从而促进物料颗粒间的相互作用，增加物料间结合的致密性，从而最终从宏观上增加试件的无侧限抗压强度。”，由此可见，铝土矿尾矿在其中的作用主要是物理作用。
技术实现要素：
本发明针对铝土矿尾矿活性不足和铝含量高的问题，采用高温煅烧处理铝土矿尾矿使铝土矿尾矿中的非活性矿物水铝石和高岭石转变为活性的矿物，同时使较高的铝含量发生化学反应转变为铝酸盐矿物，从而提高蒸养砖的强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖，由以下重量份数的原料组成：铝土矿尾矿粉40～60份，粉煤灰20～40份，石灰15～20份，脱硫石膏5～10份，外加剂0～2份，水60～65份。在本发明中，生石灰和熟石灰均可以应用在本发明中。
作为本发明优选的，所述铝土矿尾矿粉是铝土矿尾矿在650℃~850℃的温度下，煅烧0.5~2小时而成。
作为本发明优选的，所述粉煤灰为国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（gb/t1596）规定的ii级粉煤灰。
作为本发明优选的，所述铝土矿尾矿粉粒度小于30微米，粉煤灰、石灰、脱硫石膏粒度均小于45微米。
作为本发明优选的，所述外加剂是由水玻璃、液碱的一种或两种混合萘系减水剂组成。
作为本发明优选的，外加剂为水玻璃与萘系减水剂混合组成，其质量比为0～1：0～1。
作为本发明优选的，外加剂为液碱与萘系减水剂混合组成，其质量比为0～1：0～1。
作为本发明优选的，所述外加剂为水玻璃、液碱、萘系减水剂混合组成，其质量比为0～1：0～1：0～1。
上述利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将铝土矿尾矿粉、粉煤灰、石灰、脱硫石膏混合均匀；
第二步，在第一步混合均匀的原料中加入水或水和外加剂继续进行搅拌；
第三步，将第二步搅拌均匀的料浆倒入模具中，在45℃～60℃、相对湿度为90%~100%的环境下养护3～4小时；
第四步，清理模具上方多余的料浆后带模放入蒸养池或蒸养室中，在70℃～100℃的条件下蒸养20～24小时，自然冷却后拆模即得。
作为本发明优选的，所述第三步中，铝土矿尾矿粉、石灰、脱硫石膏形成的料浆在45℃～60℃的湿润环境下养护3～4小时后具有初步强度；在第四步中，原料在70℃～100℃的条件下，使铝土矿尾矿粉中的活性物质继续与石灰、石膏反应，粉煤灰也参与反应形成水化硅酸盐的网状结构，形成的水化铝酸盐矿物以细小晶体的形式填充在结构的空隙处，使结构更致密，增强料浆形成的结构强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明铝土矿尾矿进行了高温煅烧处理，使其非活性的矿物水铝石和高岭石等转变为了活性的矿物，可以作为一种化学反应型的增强材料使用；进行70℃～100℃条件下的蒸养制备，可以使铝土矿尾矿中活性的铝含量转变为强度较高的铝酸盐矿物。
2、本发明以铝土矿尾矿、粉煤灰和脱硫石膏为主要原料，可以减少固体废弃物的堆存，保护环境；在材料制备时不再使用砂、石等骨料，可以减少砂石消耗，保护自然资源；不再使用压制成型，减少能源消耗，同时以70℃～100℃的蒸养条件代替150℃以上的蒸压条件，也可以减少能源消耗。
附图说明
图1为煅烧前后铝土矿尾矿的xrd对比图；
图2为实施例1制备的样品的xrd图；
图3为实施例2制备的样品的xrd图；
图4为实施例3制备的样品的xrd图；
图5为实施例4制备的样品的xrd图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例中使用的铝土矿尾矿取自河南某铝土矿选矿厂，铝土矿尾矿粉由铝土矿尾矿晾晒、烘干、在800℃下煅烧1h而成，煅烧前后取样进行了x射线衍射分析，结果如图1所示，作为对比原尾矿也一并列出。从图1可以看出，经过处理后，铝土矿尾矿中的水铝石和高岭石转变为高活性的al2o3和sio2。
粉料混合均匀加水后铝土矿尾矿、石灰、石膏会首先反应，在45℃～60℃的湿润环境下养护3～4小时料浆已经具有初步强度；清理模具上方多余的材料后；料浆在70℃～100℃的条件下，铝土矿尾矿的活性物质继续与石灰、石膏反应，此时粉煤灰也参与反应形成水化硅酸盐的网状结构，形成的水化铝酸盐矿物以细小晶体的形式填充在结构的空隙处使结构更致密，增强料浆形成的结构强度。由于粉煤灰的反应相对慢一些，在蒸养结束后，仍会发生缓慢的化学反应，提高蒸养砖的强度。
实施例1
本实施例中利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖是由以下重量份的原料组成：
铝土矿尾矿40份，粉煤灰35份，石灰15份，脱硫石膏10份，外加剂0份，水60份。
其制备步骤如下：首先将铝土矿尾矿、粉煤灰、石灰、脱硫石膏混合均匀，然后加入水继续进行搅拌；随后将搅拌均匀的料浆倒入模具中，在45℃、相对湿度为90%的环境下养护4小时；清理模具上方多余的料浆后带模放入蒸养室中，在70℃的条件下蒸养24小时，自然冷却后拆模即得。
本实施例所得蒸养砖抗压强度为15.1mpa，样品的x射线衍射分析如图2所示。从图2中可以看出，制备出的蒸养砖水化产物中存在大量的钙矾石，这主要是由铝土矿尾矿中的活性成分与其它物质反应得到的，钙矾石填充到其它产物的间隙提高了蒸养砖的强度。
实施例2
本实施例中利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖是由以下重量份的原料组成：
铝土矿尾矿55份，粉煤灰22份，石灰15份，脱硫石膏8份，外加剂0份，水63份。
其制备方法：首先将铝土矿尾矿、粉煤灰、石灰、脱硫石膏混合均匀，然后加入水继续进行搅拌；将搅拌均匀的料浆倒入模具中，在50℃、相对湿度为95%的环境下养护4小时；清理模具上方多余的料浆后带模放入蒸养室中，在80℃的条件下蒸养22小时，自然冷却后拆模即得。
本实施例所得蒸养砖抗压强度为16.6mpa，样品的x射线衍射分析如图3所示。从图3中可以看出，制备出的蒸养砖水化产物中存在大量的钙矾石和低硫型水化硫铝酸钙，这主要是由铝土矿尾矿中的活性成分与其它物质反应得到的，钙矾石和低硫型水化硫铝酸钙填充到其它产物的间隙提高了蒸养砖的强度。
实施例3
本实施例中利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖是由以下重量份的原料组成：
铝土矿尾矿50份，粉煤灰34份，石灰20份，脱硫石膏6份，外加剂1份，水60份，外加剂为液碱1份、萘系减水剂1份混合而成。
其制备方法：首先将铝土矿尾矿、粉煤灰、石灰、脱硫石膏混合均匀，然后加入水和外加剂继续进行搅拌；将搅拌均匀的料浆倒入模具中，在55℃、相对湿度为95%的环境下养护3小时；清理模具上方多余的料浆后带模放入蒸养室中，在90℃的条件下蒸养20小时，自然冷却后拆模即得。
本实施例所得蒸养砖抗压强度为17.5mpa，样品的x射线衍射分析如图4所示。从图4中可以看出，制备出的蒸养砖水化产物中存在大量的单硫型固溶体和少量的钙矾石，这主要是由铝土矿尾矿中的活性成分与其它物质反应得到的，单硫型固溶体和少量的钙矾石填充到其它产物的间隙提高了蒸养砖的强度。
实施例4
本实施例中利用铝土矿尾矿制造的蒸养砖是由以下重量份的原料组成：
铝土矿尾矿55份，粉煤灰20份，石灰20份，脱硫石膏5份，外加剂2份，水60份，外加剂为水玻璃1份、萘系减水剂1份混合而成。
其制备方法：首先将铝土矿尾矿、粉煤灰、石灰、脱硫石膏混合均匀，然后加入水和外加剂继续进行搅拌；将搅拌均匀的料浆倒入模具中，在60℃、相对湿度为100%的环境下养护3小时；清理模具上方多余的料浆后带模放入蒸养室中，在100℃的条件下蒸养24小时，自然冷却后拆模即得。
本实施例所得蒸养砖抗压强度为20.5mpa，样品的x射线衍射分析如图5所示。从图5中可以看出，制备出的蒸养砖水化产物中存在大量的单硫型固溶体和少量的钙矾石，这主要是由铝土矿尾矿中的活性成分与其它物质反应得到的，单硫型固溶体和少量的钙矾石填充到其它产物的间隙提高了蒸养砖的强度。
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。