本发明涉及绿色建筑材料制备技术领域，特别涉及一种钒钛磁铁尾矿制备渗水砖的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿尾矿可用于制造路面砖、路肩等建材，砖与路基结合处易积水，长期浸泡使其强度降低，使用寿命较短。因此，开发一种新技术，以提高其抗水性及强度至关重要。
渗水砖是一种较理想的抗水材料，微型贯通气孔是其渗水的主要途径，亦为其制造难点。
技术实现要素：
本发明是针对常见手段难以提高路面砖抗水性与强度问题的研发领域现状，提供一种钒钛磁铁尾矿制备渗水砖的方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种钒钛磁铁尾矿制备渗水砖的方法，包括以下步骤：
1)将钒钛磁铁尾矿经表面粗糙化处理后，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉混合球磨，再加入成球剂置于模具中成型，得到成型坯体；
2)将成型坯体装入隧道窑中发泡、烧结，然后进行后续处理，最终得到渗水砖材料。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，表面粗糙化处理包括水洗、干燥、热处理、冲碎四步，热处理温度350～540℃。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉的质量百分比为(67.2～73)：(12.3～14.6)：(1.2～2.2)：(5.2～8.3)：(4.3～7.7)。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，球磨采用激励旋转搅拌球磨机，球磨机主轴转速120～180转/min，激励旋转频率0.5。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，成球剂为质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，模具材料为球墨铸铁，成型压力32～56mpa。
作为本发明的进一步改进，步骤2)中，发泡、烧结过程包括干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷七步；后续处理包括切割和表面低热强化，低热温度540～620℃。
作为本发明的进一步改进，制备的渗水砖的抗压强度大于等于12400mpa，孔隙率大于等于23.6％，通孔率大于等于22.9％。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
本发明先粗糙化处理得到活化钒钛磁铁尾矿，将其与强化原料、发泡剂、活化剂混合球磨后，用低压模具压制成型，最后在隧道窑中发泡、烧结及后续处理；其中强化原料可促进烧结过程中矿晶骨架快速形成，为后续处理提供强度基础；发泡剂通过自身及其与其他组分相互作用，在矿晶骨架中形成通孔；活化剂用于提供烧制过程中各组分元素扩散、晶粒搭接的驱动力。表面低热强化处理可在低能耗前提下完成表面相变强化。本发明以钒钛磁铁矿尾矿为主要原料，通过添加强化原料、发泡剂、活化剂并采用表面强化工艺可实现高强渗水砖制备，大幅提高路面砖抗水性。制备的渗水砖的抗压强度大于等于12400mpa，孔隙率大于等于23.6％，通孔率大于等于22.9％。
进一步，在制备渗水砖材料过程中，本发明为解决已有方法难以解决路面砖抗水性及强度差的问题，而是采用大比重钒钛磁铁尾矿、表面低热强化方法，研究粗化处理温度、原料组分质量比、球磨、成型、发泡、烧结和低热处理温度与渗水砖性能的关系，即：对于渗水砖，保持较高抗水和强度性能的最佳粗化处理温度、原料组分质量比、球磨、成型、发泡、烧结和低热处理温度。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现钒钛磁铁尾矿较高的工业附加值。
具体实施方式
本发明一种钒钛磁铁尾矿制备渗水砖的方法，包括下述步骤：
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度350～540℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按(67.2～73)：(12.3～14.6)：(1.2～2.2)：(5.2～8.3)：(4.3～7.7)比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速120～180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力32～56mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度540～620℃，最终得到渗水砖材料。
以下实施例制备的渗水砖的抗压强度和孔隙率如表1所示。
实施例1
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度440℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按73：13：2.2：5.2：6.6比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速160转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力45mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度620℃，最终得到渗水砖材料。
实施例2
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度370℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按72：14.6：2.2：6.9：4.3比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力32mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度560℃，最终得到渗水砖材料。
实施例3
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度520℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按71：13.9：2.2：5.2：7.7比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速140转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力36mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度600℃，最终得到渗水砖材料。
实施例4
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度440℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按69：14.3：2.2：8.3：6.2比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力42mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度570℃，最终得到渗水砖材料。
实施例1～4制备渗水砖材料的性能参数见表1所示：
表1
从上表可以得出，本发明制备的渗水砖的抗压强度大于等于12400mpa，孔隙率大于等于23.6％，通孔率大于等于22.9％。
实施例5
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度470℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按68：14.6：2.2：7.5：7.7比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速160转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力45mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度560℃，最终得到渗水砖材料。
实施例6
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度480℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按71：13.9：2.2：5.2：7.7比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力32mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度620℃，最终得到渗水砖材料。
实施例7
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度540℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按73：12.3：2.1：8.3：4.3比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速120～180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力50mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度590℃，最终得到渗水砖材料。
实施例8
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度540℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按73：12.6：2.2：6.2：6比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速170转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力36mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度550℃，最终得到渗水砖材料。
实施例9
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度540℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按67.2：14.6：2.2：8.3：7.7比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速120转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力32mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度540℃，最终得到渗水砖材料。
实施例10
1)将钒钛磁铁尾矿进行水洗、干燥、热处理、冲碎四步粗糙化处理，热处理温度540℃，与氧化铝粉、氮化硅粉、氧化亚铁粉、硼化锆粉按73：12.6：1.2：5.2：4.3比例混合球磨，球磨方式为激励旋转搅拌球磨，主轴转速180转/min，激励旋转频率0.5，再加入质量分数12％的聚乙烯醇缩甲醛酒精溶液成球剂置于球墨铸铁低压模具中成型，成型压力56mpa；
2)将成型坯体装入半自动简易隧道窑中进行干燥、预热、脱脂、发泡、保温、快冷、慢冷，最后进行切割和表面低热强化，低热温度620℃，最终得到渗水砖材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。