本发明涉及一种铁尾矿复合型自保温砌块及其制备方法。
背景技术：
我国矿产资源开发总规模居于世界前列，我国铁矿资源的突出特点是品位低、共生伴生矿多，导致在选矿过程中会产生大量的铁尾矿，每生产1t铁精矿要排出2.5-3.0t尾矿。堆存铁尾矿不仅占用了大量土地，还对土壤、水体、空气等造成污染，破坏生态环境，影响很大。
尾矿的堆存对环境有很大的负面影响，还需修建尾矿库，不仅占用了大量的土地，而且也要使用大量的人力资源和巨额的财力资源来维护，大大增加了对于尾矿废弃物的资金投入。并且尾矿利用是大颗粒部分，用于建筑填充物。筛选后较细的尾矿利用的方面较为少。
目前使用的保温内芯材料绝大数为有机材料或岩棉，不环保或具有安全隐患。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铁尾矿复合型自保温砌块及其制备方法。通过本发明的方法可以大量处理铁尾矿这种固体废弃物，且制备条件简单，原料易得，易于工业化，制得的复合自保温砌块又有着广泛的应用。在安全方面，本发明制得的复合自保温砌块环保且难以燃烧。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于包括保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架，所述保温内芯和承重框架的重量配比为1~5：6~10；按照重量份数计，所述保温内芯包括以下组分：铁尾矿粉末10~80份，水泥20~150份，膨胀珍珠岩10~40份，添加剂a0.1~5份，发泡剂0.1~10份，稳泡剂0.08~0.2份；所述添加剂a由三聚氰胺减水剂、胶粉和羧甲基纤维素组成，所述三聚氰胺减水剂、胶粉和羧甲基纤维素的重量比为1:0.5~1.5:1~10。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于按照重量份数计，所述保温内芯包括以下组分：铁尾矿粉末20~40份，水泥50~100份，膨胀珍珠岩20~30份，添加剂a1~5份，发泡剂0.5~2份，稳泡剂0.1~0.15份；所述添加剂a是由重量比为1:0.8~1.2:1~3的三聚氰胺减水剂、胶粉和羧甲基纤维素组成。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于所述保温内芯的制备方法，包括以下步骤：
s1：将铁尾矿研磨粉碎并过筛，得到铁尾矿粉末，备用；
s2：取步骤s1所得铁尾矿粉末10~80份、水泥20~150份、膨胀珍珠岩10~40份和添加剂a0.1~5份混合，再加入10~150份水搅拌均匀，得到混凝土浆料a；
s3：取发泡剂0.1~10份、稳泡剂0.08~0.2份并用10~200份水稀释，稀释形成的溶液在发泡器中进行发泡得到细小而稳定的泡沫后，加入至步骤s2所得混凝土浆料a中，搅拌混合均匀，得到混合浆料b；
s4：将步骤s3得混合浆料b倒入模具中，随后在20~35℃温度下常压干燥10~15h，混合浆料b中的水分逐渐蒸发，混合浆料b在模具中形成内芯固体后，脱模，即制得固态块状的保温内芯。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于步骤s1得到的铁尾矿粉末的目数在120目以上；步骤s4中，混合浆料b倒入模具前，模具内表面进行抹油处理，以便于后期脱模。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于按照重量份数计，所述承重框架包括以下组分：铁尾矿粉末50~150份，水泥50~350份，添加剂b1~6份，发泡剂0.1~20份，稳泡剂0.05~0.3份；所述添加剂b由三聚氰胺减水剂、胶粉和羟甲基纤维素组成，所述三聚氰胺减水剂、胶粉和羟甲基纤维素的重量比为1:0.5~2:0.5~2。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块，其特征在于按照重量份数计，所述承重框架包括以下组分：铁尾矿粉末80~120份，水泥200~300份，添加剂b3~6份，发泡剂1~3份，稳泡剂0.08~0.2份；所述添加剂b由三聚氰胺减水剂、胶粉和羟甲基纤维素组成，所述三聚氰胺减水剂、胶粉和羟甲基纤维素的重量比为1:1:1。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
m1：将铁尾矿研磨粉碎并过筛，得到铁尾矿粉末；
m2：取步骤m1所得铁尾矿粉末50~150份，水泥50~350份和添加剂b1~6份，再加入50~300份水搅拌均匀，得到混凝土浆料c；
m3：取发泡剂0.1~20份、稳泡剂0.05~0.3份并用10~100份水稀释，稀释形成的溶液在发泡器中进行发泡得到细小而稳定的泡沫后，加入至步骤m2所得混凝土浆料c中，搅拌混合均匀，得到混合浆料d；
m4：将固态块状的保温内芯固定放置在模具内部空腔的正中央，再将步骤m3所得混合浆料d倒入模具内直至混合浆料d将模具的内部空腔填满，混合浆料d将所述保温内芯覆盖包覆，随后在20~35℃温度下常压干燥10~15h，混合浆料d中的水分逐渐蒸发，在模具中形成将所述保温内芯包覆的固态的初级框架；
m5：将步骤m4模具中的包覆有所述保温内芯的初级框架进行脱模，随后进行养护处理，使初级框架的耐压能力加强得到最终的承重框架，即制得由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成的铁尾矿复合型自保温砌块。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，其特征在于步骤m1得到的铁尾矿粉末的目数在120目以上；步骤m4中，混合浆料d倒入模具前，模具内表面进行抹油处理，以便于后期脱模。
所述的一种铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，其特征在于步骤m5中，进行养护处理的步骤为：将脱模后的包覆有保温内芯的初级框架放入湿度为75~95%的箱子中于20~45℃下养护7~21天，养护期间每隔12h洒水一次以保持初级框架表面湿润，之后将包覆有保温内芯的初级框架从箱子中取出，于室温条件下干燥硬化25~30天。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明采用一体复合式制备自保温砌块，先制备保温内芯然后将作为外部框架的混凝土浆料包覆在保温内芯外，相较于内芯插入式的自保温砌块更容易形成一个整体。
2）本发明采用的发泡剂是一种通过化学变化产生气体从而发泡的物质，发泡过程中需要添加少量的水，但泡沫加入到水泥等中能起到较为明显稀释的作用，且泡沫干燥后破裂，在水泥骨架内形成空隙，因此它可以减少混凝土中水的用量并且降低最终合复合自保温砌块产品的导热系数和其总质量。而膨胀珍珠岩一种多孔的保温材料，具有较高的阻燃性，但膨胀珍珠岩较高的吸水率限制了其在建筑工程中的应用。发泡剂普遍易燃，但在水泥骨架下变得不易燃，在保温内芯中加入膨胀珍珠岩更加增加了其阻燃性能。
3）本发明采用铁尾矿等固体废弃物为原料，对其中粒径较小的铁尾矿进行了合理利用，通过利用水泥、膨胀珍珠岩为制备原料，制备出超轻型保温内芯和外部框架，从而实现大量处理细粒径铁尾矿的目的，一方面缓解了环境压力，降低了环境污染，同时提高了回收利用率，符合绿色环保要求；
4）本发明的保温内芯的制备时间较短，制备成本较低，比起常用的有机物保温内芯成本较为价格低廉且具有较高防火性能。
5）本发明的复合自保温砌块的制备时间较短，制备成本较低，比起实心的自保温砌块有着成本低廉，导热系数低，密度低的优点。
6）在本发明复合自保温砌块的制备过程中，三聚氰胺减水剂可增加混凝土浆料的流动性，胶粉、羧甲基纤维素以及稳泡剂树脂增加各组分之间的粘度，使各组分容易粘结在一起。本发明保温内芯产品中，由于膨胀珍珠岩的结构特性，膨胀珍珠岩颗内部之间有较高的空隙，水泥和铁尾矿粉末形成整体骨架结构，填充在之中的膨胀珍珠岩颗粒之间的空隙形成保温结构。膨胀珍珠岩具有轻而脆的特性，一定程度上降低保温内芯的密度，但是其添加量不易过多，以防降低整体自保温砌块的耐压强度。本发明中加入了羧甲基纤维素用于增加混凝土整体的粘稠度，防止加入发泡剂后的混凝土过稀，但是其添加量不宜过多，以防过于黏稠。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
以下实施例和对比例中：
铁尾矿来自于华北地区，铁尾矿的组分质量百分含量为：sio245.43%、cao13.81%、mgo13.10%、al2o311.35%、fe2o310.13%，余量为杂质。
水泥型号是p.o42.5。
发泡剂为泡沫混凝土发泡剂，购自于郑州市鹏翼化工建材有限公司。
稳泡剂为树脂发泡水泥稳泡剂，购自于济宁华凯树脂有限公司。
三聚氰胺减水剂购自于上海臣启化工科技有限公司、胶粉购自于南昌雨思盾建筑材料公司、羧甲基纤维素购自于东莞市百年宏图化工科技有限公司、膨胀珍珠岩购自于信阳诚飞新材料科技有限公司。
实施例1：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
1.保温内芯的制备，按照重量份数计，步骤如下：
1）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；
2）取步骤1）所得铁尾矿粉末30份、水泥90份、膨胀珍珠岩30份、三聚氰胺减水剂1份、胶粉1份、羧甲基纤维素2份，再加入75份水搅拌均匀，得到混凝土浆料a；
3）取发泡剂1份、稳泡剂0.1份，并用20份水稀释，稀释形成的溶液在发泡器中进行发泡得到细小而稳定的泡沫后，加入至步骤s2所得混凝土浆料a中，搅拌混合均匀，得到混合浆料b；
4）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤3）所得混合浆料b倒入模具中，随后在30~35℃温度下常压干燥12h，混合浆料b中的水分逐渐蒸发，混合浆料b在模具中形成内芯固体；
5）将步骤4）模具中的内芯固体进行脱模，即制得固态块状的保温内芯。
2.复合型自保温砌块的制备，按照重量份数计，步骤如下：
s1：将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；
s2：取步骤s1所得铁尾矿粉末100份，水泥240份，胶粉2份，三聚氰胺减水剂2份，羟甲基纤维素2g，再加入150份水搅拌均匀，得到混凝土浆料c；
s3：取发泡剂2份、稳泡剂0.1份，并用40份水稀释，稀释形成的溶液在发泡器中进行发泡得到细小而稳定的泡沫后，加入至步骤s2所得混凝土浆料c中，搅拌混合均匀，得到混合浆料d；
s4：将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。模具的上部、下部均为开口，将模具的下部开口用透明胶布封口，然后将模具放置在地面上。再将上述制备的固态块状的保温内芯固定放置在模具内部空腔的正中央（此时保温内芯底部和模具下部设置的透明胶布黏贴，防止保温内芯出现松动），再将步骤s3所得混合浆料d从模具的上部开口倒入模具内直至混合浆料d将模具的内部空腔填满，混合浆料d将所述保温内芯覆盖包覆，随后在25~30℃温度下常压干燥11h，混合浆料d中的水分逐渐蒸发，混合浆料d在模具中形成固态的初级框架，且初级框架包覆在保温内芯的外部；
s5：将步骤s4模具中的包覆有保温内芯的初级框架进行脱模（脱模时，将透明胶布从模具下方撕下即可），放入湿度为90~95%的箱子中于30~35℃下养护10天，养护期间每隔12h洒水一次以保持初级框架表面湿润，之后将包覆有保温内芯的初级框架从箱子中取出，于室温条件下干燥硬化28天，初级框架的耐压能力大大增强得到最终的承重框架，即制得由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成的铁尾矿复合型自保温砌块。
实施例2：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为4：6。
保温内芯的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在保温内芯的制备的制备过程中，将步骤2）中的铁尾矿粉末添加量替换成50份，将步骤2）中的水泥添加量替换成120份，其余条件与实施例1相同，最终制得与实施例1组成含量不同的保温内芯。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的铁尾矿粉末添加量替换成80份，将步骤s2中的水泥添加量替换成210份，将步骤s4加入的保温内芯替换成本实施例制备的保温内芯，其余条件与实施例1相同，最终制得保温内芯和承重框架的重量配比为4：6的铁尾矿复合型自保温砌块。
实施例3：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为2：8。
保温内芯的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在保温内芯的制备的制备过程中，将步骤2）中的铁尾矿粉末添加量替换成20份，将步骤2）中的水泥添加量替换成50份，其余条件与实施例1相同，最终制得与实施例1组成含量不同的保温内芯。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的铁尾矿粉末添加量替换成120份，将步骤s2中的水泥添加量替换成275份，将步骤s4加入的保温内芯替换成本实施例制备的保温内芯，其余条件与实施例1相同，最终制得保温内芯和承重框架的重量配比为2：8的铁尾矿复合型自保温砌块。
实施例4：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的铁尾矿粉末添加量替换成120份，将步骤s2中的水泥添加量替换成220份，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
实施例5：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的铁尾矿粉末添加量替换成120份，将步骤s2中的水泥添加量替换成250份，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
实施例6：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的水泥添加量替换成220份，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对比例1：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在保温内芯的制备的制备过程中，将步骤3）中的发泡剂和稳泡剂的添加量均替换成0份，其余条件与实施例1相同，最终制得与实施例1组成含量基本相同的保温内芯。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s3中的发泡剂和稳泡剂的添加量均替换成0份，将步骤s4加入的保温内芯替换成本对比例制备的保温内芯，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对比例2：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在保温内芯的制备的制备过程中，将步骤2）中的膨胀珍珠岩的添加量替换为0份，其余条件与实施例1相同，最终制得与实施例1组成含量不同的保温内芯。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s4加入的保温内芯替换成本对比例制备的保温内芯，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对比例3：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在保温内芯的制备的制备过程中，将步骤2）中的膨胀珍珠岩的添加量替换为100份，其余条件与实施例1相同，最终制得与实施例1组成含量不同的保温内芯。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s4加入的保温内芯替换成本对比例制备的保温内芯，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对比例4：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的铁尾矿粉末添加量替换为240份，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对比例5：
一种铁尾矿复合型自保温砌块，其是由保温内芯和包覆在保温内芯外部的承重框架组成。所述铁尾矿复合型自保温砌块的制备方法，首先制备保温内芯，然后进行在保温内芯外部包覆承重框架的制备过程，最终制得所述铁尾矿复合型自保温砌块。保温内芯和承重框架的重量配比为3：7。
保温内芯的制备过程重复实施例1。
复合型自保温砌块的制备过程重复实施例1，但是与实施例1不同之处在于：在复合型自保温砌块的制备过程中，将步骤s2中的水泥添加量替换为400份，其余条件与实施例1相同，最终制得铁尾矿复合型自保温砌块。
对实施例1~6和对比例1~5制得的铁尾矿复合型自保温砌块进行导热系数和耐压能力的性能参数测定，测定结果见表1。在表1中，耐压强度和导热系数的测定标准为jgt266-2011。
表1
从表1可以看出，实施例1~3制备的实施复合自保温砌块中，增大保温内芯的质量占比能降低其导热系数但会降低其耐压强度。相反若增加外部框架所占质量比则会增加其导热系数和耐压强度。考虑成本和耐压能力因此确定二者最优质量比为3:7。实施例4~6制备的复合自保温砌块中，提高铁尾矿用量能略微降低其密度，但会导致耐压性能的降低；提高水泥的用量能增加其耐压强度但是会增加其密度和成本；增大保温内芯膨胀珍珠岩的用量能减小其密度但是相应的会降低其耐压性能，因此确定最优比为按重量分数计，保温内芯由以下组分组成：铁尾矿粉末30份，水泥60份，膨胀珍珠岩30份，减水剂1份，胶粉1份，羧甲基纤维素2份，发泡剂1份，稳泡剂0.1份。外部框架由以下组分组成：铁尾矿粉末100份，水泥230份，胶粉2份，减水剂2份，羧甲基纤维素1份，发泡剂2份，稳泡剂0.1份。
从表1可以看出，相对于实施例1~4制备的复合自保温砌块，对比例1干密度、导热系数和耐压系数较大，这是因为未进行发泡，在相同质量下体积相较于实施例1小，且砌块整体较为厚实中间没有泡沫导致导热系数和耐压系数均上升。
对比例2中由于未加入膨胀珍珠岩导致内芯的体积减小，从而使了复合砌块干密度的上升。而膨胀珍珠岩是主要保温材料之一，不使用它是的复合砌块的导热系数大幅上升。
对比例3制备的复合自保温砌块干密度较小且耐压强度较低。这是因为对比例3在复合自保温砌块的内芯在制备过程中加大了膨胀珍珠岩在内芯的用量，膨胀珍珠岩的体积较大，若膨胀珍珠岩的用量过大，将占据较多的原本混凝土的位置，造成内芯强度的降低。
对比例4复合自保温砌块的制备过程中，加大了铁尾矿在外部框架中的用量，和水泥形成了骨架结构，而铁尾矿自身并没有粘结能力使得在干燥过程中某些部分可能存在粘度不够的现象，从而导致耐压能力降低。
对比例5中，加大了水泥在外部框架中的质量，导致了复合自保温砌块强度、密度、导热系数均增加，这是由于水泥较多导致较难发泡，形成混凝土后是实心的特性，一定程度上增加整体结构上的耐压强度，但实心结构传热迅速，所以增加了热系数，且使整体复合自保温砌块于沉重与造价昂贵。
由以上实施例和对比例可知，本发明提供了一种以铁尾矿、水泥、膨胀珍珠岩为原料制备复合自保温砌块的方法，包括：对颗粒较细铁尾矿资源进行回收；在进行一系列的原料筛选、原料配比、后处理之后，使制得的复合自保温砌块具有得较好的抗压性能和较低的导热系数；制得的保复合自保温砌块也在保温、建筑等领域有着广泛应用。本发明提供的复合自保温砌块的制备条件温和，制备周期短，大量处理固体废弃物，易于工业化。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。