本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种页岩砖及其制备方法。
背景技术：
城市污泥是一种组成及其复杂的非均一质混合体，其基本组成为大部分的有机分子残片、微生物细菌菌体、无机相颗粒以及胶体等。城市污泥的状态主要介于液体和固体之间，处于二者混合而成的稠状物。
目前，对于城市污泥的处理方式主要集中在经过稳定脱水处理后卫生填埋、农用和焚烧的方式。卫生填埋是目前污泥处理的主要方式，但存在二次污染的问题；污泥农用会使土地结块，不利于长久的土地资源化利用；污泥焚烧处理能达到减量化、无害化的目的，但污泥焚烧处理的成本很高同时会产生大量的烟气污染；利用污泥制备建筑材料是污泥资源化利用的一种方式，是可持续发展的必然趋势。同时，页岩砖作为一种新型的墙体材料，具有密度小、强度适中，节能的优点。使城市污泥应用到页岩砖的制备中也成为了一种污泥资源化综合利用的发展趋势。
范英儒等在“污水污泥制备页岩烧结砖的试验研究”一文中公开了利用城市污泥、页岩为原料制备得到的页岩砖，但所述页岩砖质量大，保温性能差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种砖体质量轻，保温性能好的烧结页岩砖及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种页岩砖，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：
所述内燃煤的热值为6100～6800千卡/千克。
优选的，所述造孔计为锯末和/或秸秆。
优选的，所述城市污泥的含水量为60％～80％。
本发明还提供了所述的页岩砖的制备方法，包括以下步骤：
将页岩、城市污泥、造孔剂和内燃煤混合，得到混合料；
将所述混合料和水混合依次进行粗炼、陈化、精炼、挤压成型和烧制，得到页岩砖。
优选的，所述陈化为在恒温恒湿的条件下进行；所述陈化的温度为10～35℃；所述陈化的湿度为60～90％；所述陈化的时间为3～5天。
优选的，所述挤压成型的压力为20～30mpa，所述挤压成型的时间为10～20s。
优选的，所述烧制的温度为900～1050℃，所述烧制的时间为60～120min。
优选的，所述混合料在所述粗炼、陈化和精炼过程中的含水率独立地为12～15％。
优选的，所述粗炼的时间为1～3min。
优选的，所述精炼的时间为1～3min。
本发明提供了一种页岩砖，按重量份数计，由以下原料制备得到：页岩85～95份；城市污泥5～15份；造孔剂2.7～5.5份；内燃煤3～4份；水3～10份；所述内燃煤的热值为6100～6800千卡/千克。本发明利用城市污泥作为制备页岩砖的原料之一，可以固化城市污泥中的重金属，同时，污泥中的有机物可以为页岩砖的烧制过程提供能量；添加造孔剂可以使页岩砖中生成大量杂乱排列且相互间不连通的孔洞，提高了砖体的保温性能，同时也从根本上减轻砖体自重。根据实施例的记载，本发明提供的页岩砖的抗压强度可达到mu5.0的要求，传热系数可达到0.48w/m2·k，体积密度小于1.53g·cm-3。
具体实施方式
本发明提供了一种页岩砖，按重量份数计，包括由以下原料制备得到：
所述内燃煤的热值为6100～6800千卡/千克。
按重量份数计，本发明制备所述页岩砖的原料包括85～95份的页岩，优选为88～92份；本发明对所述页岩的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的页岩来源即可。
在本发明中，所述页岩的化学成分优选包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫、氧化钠、可烧失物质和其它杂质。在本发明中，所述二氧化硅占所述页岩的质量百分含量优选为50～60％，更优选为52～58％，最优选为54～56％；在本发明中，所述氧化铝占所述页岩的质量百分含量优选为20～30％，更优选为22～28％，最优选为24～26％；在本发明中，所述氧化铁占所述页岩的质量百分含量优选为2.0～10％，更优选为4～6％；在本发明中，所述氧化钙占所述页岩的质量百分含量优选为0.01～0.5％，更优选为0.2～0.3％；在本发明中，所述氧化镁占所述页岩的质量百分含量优选为0.1～2.0％，更优选为0.5～1.5％，最优选为0.8～1.2％；在本发明中，所述三氧化硫占所述页岩的质量百分含量优选为1.0～10.0％，更优选为2.0～8.0％，最优选为4.0～6.0％；在本发明中，所述氧化钠占所述页岩的质量百分含量优选为0.1～3.0％，更优选为1～2％；在本发明中，所述可烧失的有机物占所述干泥的质量百分含量优选为5～150％，更优选为7～12％。
以页岩的重量份数计，本发明制备所述页岩砖的原料还包括5～15份的城市污泥，优选为8～12份；在本发明中，所述城市污泥的含水量优选为60％～80％，更优选为61％～65％；在本发明中，所述城市污泥优选为呈中性；所述城市污泥去除水分后得到的干泥的热值优选为3000～4000kj·kg-1。
在本发明中，所述城市污泥去除水分后的干泥的化学成分优选包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫、氧化钠、可烧失的有机物和其它杂质。在本发明中，所述二氧化硅占所述干泥的质量百分含量优选为15～25％，更优选为18～22％；在本发明中，所述氧化铝占所述干泥的质量百分含量优选为5～10％，更优选为6～8％，最优选为6.5～7.5％；在本发明中，所述氧化铁占所述干泥的质量百分含量优选为1.0～5.0％，更优选为2.0～4.0％；在本发明中，所述氧化钙占所述干泥的质量百分含量优选为1.0～5.0％，更优选为2.0～4.0％；在本发明中，所述氧化镁占所述干泥的质量百分含量优选为2.0～3.0％，更优选为2.2～2.8％，最优选为2.4～2.6％；在本发明中，所述三氧化硫占所述干泥的质量百分含量优选为2.0～3.0％，更优选为2.2～2.8％，最优选为2.4～2.6％；在本发明中，所述氧化钠占所述干泥的质量百分含量优选为0.1～2.0％，更优选为0.5～1.5％；在本发明中，所述可烧失的有机物占所述干泥的质量百分含量优选为40～50％，更优选为44～48％。
以页岩的重量份数计，本发明制备所述页岩砖的原料还包括2.7～5.5份的造孔剂，优选为3～5份，更优选为3.5～4.5份；在本发明中，所述造孔剂优选为锯末和/或秸秆；当所述造孔剂为锯末和秸秆的混合物时，本发明对所述锯末和秸秆的配比没有任何特殊的限定，可按任意配比进行混合。本发明对所述锯末的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的锯末均可；本发明对所述秸秆的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的作物秸秆均可。
在本发明中，所述造孔剂可以使页岩砖中生成大量杂乱排列且相互间不连通的孔洞，提高了砖体的保温性能，同时也从根本上减轻砖体自重，同时由于污泥的少失量较高，也可以在烧结过后在砖体中产生微小的气孔，提高砖体的保温性能。
以页岩的重量份数计，本发明制备所述页岩砖的原料还包括3～4份的内燃煤，优选为3.2～3.8份，更优选为3.4～3.6份；所述内燃煤的热值为6100～6800千卡/千克，优选为6200～6700千卡/千克，更优选为6300～6600千卡/千克；本发明对所述内燃煤的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述内燃煤的作用是在烧制的时候，使砖坯烧制速度加快且受热均匀，可降低产品在烧制过程中的能耗。
以页岩的重量份数计，本发明制备所述页岩砖的原料还包括3～10份的水，优选为5～8份，更优选为6～7份。
在本发明中，所述水的作用是通过加水搅拌来使粉料和水分子结合从而提高泥料的塑性指数，方便制胚。
本发明还提供了所述的页岩砖的制备方法，包括以下步骤：
将页岩、城市污泥、造孔剂和内燃煤混合，得到混合料；
将所述混合料进行粗炼、陈化、精炼、挤压成型和烧制，得到页岩砖。
本发明将页岩、城市污泥、造孔剂和内燃煤混合，得到混合料。在本发明中，所述页岩和内燃煤在使用前优选独立的依次进行破碎、粉碎和过筛。本发明对所述破碎和粉碎没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的破碎和粉碎过程进行即可；在本发明中，所述破碎优选在鄂式破碎机中进行；所述粉碎优选在双棍粉碎机中进行。在本发明中，所述过筛优选采用型号为3mm的筛网。在本发明中，所述造孔剂在使用前优选依次进行干燥、粉磨和过筛；本发明对所述干燥没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥方法即可；本发明对所述粉磨没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的粉磨方法即可；在本发明中，所述过筛优选采用型号为0.1mm的筛网。
本发明对所述混合没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合过程进行混合即可。
得到混合料后，本发明将所述混合料和水混合依次进行粗炼、陈化、精炼、挤压成型和烧制，得到页岩砖。在本发明中，所述粗炼后混合浆料的含水率优选为12％～15％，更优选为13％～14％；在本发明中，所述混合的时间优选为1～3min，更优选为1.5～2min。本发明对所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌条件进行混合即可。
在本发明中，所述陈化优选为在恒温恒湿的条件下进行；在本发明中，所述陈化的温度优选为10～35℃，更优选为15～30℃，最优选为20～25℃；在本发明中，所述陈化的湿度优选为60～90％，更优选为65～85％，最优选为70～80％；在本发明中，所述陈化的时间优选为3～5天，更优选为3.5～4.5天。在本发明中，所述陈化后混合浆料的含水率优选为12％～15％，更优选为13％～14％。
在本发明中，所述陈化的目的是使污泥中被锁在微生物细胞中的水分得到释放，水分子和粉料充分的融合，提高粉料的塑性指数，有利于胚体的成型。
在本发明中，所述精炼优选为两级螺旋搅拌；本发明对所述两级螺旋搅拌没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知条件进行即可。在本发明中，所述精炼的时间优选为1～3min，更优选为1.5～2.5min。在本发明中，所述练泥过程中混合浆料的含水率优选为12％～15％，更优选为13％～14％。
在本发明中，所述精炼的作用是进一步的使粉料和水均匀混合，控制泥料的含水率，防止成型后的胚体因混合不均或含水率过低在自然风干阶段开裂或垮塌。
在本发明中，所述挤压成型的压力优选为20～30mpa，更优选为22～28mpa，最优选为24～26mpa；所述挤压成型的时间优选为10～20s，更优选为12～18s，最优选为14～16s。
挤压成型后，本发明优选对挤压成型后得到的胚体进行切割和干燥；本发明对所述切割没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的切割过程将所述胚体切割成本领域技术人员熟知的页岩砖的大小即可；在本发明中，所述干燥优选为自然风干；在本发明中，所述干燥的时间优选为60～80h，更优选为65～75h。
本发明在烧制前优选先进行烘干；在本发明中，所述烘干的温度优选为200～250℃，更优选为210～240℃，最优选为220～230℃；所述烘干的时间优选为10～20h，更优选为12～18h，最优选为14～16h。
在本发明中，所述烧制的温度优选为900～1050℃，更优选为950～980℃；所述烧制的时间优选为60～120min，更优选为80～100min。在本发明中，所述烧制优选在隧道窑中进行。本发明在烧制后优选进行冷却；在本发明中，所述冷却优选为随窑自然冷却。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的页岩砖及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例所选用的城市污泥来自桂林市七里店污水处理厂，所述城市污泥的含水率在75～80％之间，呈中性，干污泥热值为3600kj·kg-1，其中，干污泥的化学成分如表1所示；
本实施例所选用的页岩来自桂林市永福县苏桥镇黑石岭村，其中，页岩的化学成分如表1所示；
将85重量份的页岩和3重量份的内燃煤分别经过鄂式破碎机破碎和双棍粉碎机粉碎后，过3mm筛网，备用；
将5重量份的稻草秸秆烘干、粉磨，过0.1mm筛网，备用；
将上述15重量份的城市污泥、粉碎后的页岩、造孔剂和内燃煤混合，得到混合料；
将上述混合料与3重量份的水混合，搅拌，进行粗炼得到含水率为12％的混合浆料；
将所述混合浆料在25℃，湿度为75％的条件下陈化3天，练泥6min，保持混合浆料的含水率为14％，在20mpa的条件下挤压15s，得到胚体；
将所述胚体进行切割，自然风干72h后，送入隧道窑，先在250℃条件下烘干15h，然后在950℃的条件下烧制22h，随炉冷却，得到页岩砖。所述页岩砖的显气孔率为28.5％，体积密度为1.53g·cm-3，抗压强度为6.0mpa，传热系数为0.48w/m2·k。
实施例2
本实施例所选用的城市污泥来自桂林市临桂水处理厂，所述城市污泥的含水率在80-85％之间，呈中性，干污泥热值为3500kj·kg-1，其中，干污泥的化学成分如表1所示；
本实施例所选用的页岩来自桂林市永福县苏桥镇黑石岭村，其中，页岩的化学成分如表1所示；
将85重量份的页岩和3重量份的内燃煤分别经过鄂式破碎机破碎和双棍粉碎机粉碎后，过3mm筛网，备用；
将5重量份的稻草秸秆烘干、粉磨，过0.1mm筛网，备用；
将上述15重量份的城市污泥、预处理后的页岩、造孔剂和内燃煤混合，得到混合料；
将上述混合料与3重量份的水混合，搅拌，进行粗炼得到含水率为13.5％的混合浆料；
将所述混合浆料在30℃，80％湿度的条件下陈化3天，精炼2min，保持混合浆料的含水率为14％，在20mpa的条件下挤压15s，得到胚体；
将所述胚体进行切割，自然风干72h后，送入隧道窑，先在250℃条件下烘干15h，然后在950℃的条件下烧制22h，随炉冷却，得到页岩砖。所述页岩砖的显气孔率为29.6％，体积密度为1.61g·cm-3，抗压强度为6.0mpa，传热系数为0.5w/m2·k。
表1：干污泥和页岩的化学成分表
由以上实施例可知，本发明提供的所述页岩砖满足建筑物节能的要求，表观密度低，孔隙率增加，传热系数低，保温效果好。
以上所述近视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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。