一种将硅质尾料蒸汽水热为高强度建筑材料的方法与流程

本发明涉及一种将硅质尾料蒸汽水热为高强度建筑材料的方法，属于固体废弃物资源化再利用技术领域。

背景技术：

硅质尾料，定义为二氧化硅含量超过50％的工业尾料，是工业生产过程中产生的一般固体废弃物，具体包括玻璃生产过程中产生的尾砂尾泥、陶瓷生产过程中产生的陶瓷废料及机制砂生产过程中产生的洗沙底泥等。随着我国经济和工业生产的高速发展，硅质尾料的数量呈爆炸式增长。但数量庞大、种类繁多、成分复杂的废弃物仅以粗放的堆场或简易填埋等方式处理，已对人们的生产和生活造成了极大危害，而目前国内外的文献中关于这些硅质尾料再利用的研究较少，实际工业中的处理方式也是以填埋或者堆放为主。如何持续推进硅质尾料资源化利用，最大限度减少填埋量，将硅质尾料变成一种可以利用的“城市矿产”，成为本领域关注的焦点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种将硅质尾料蒸汽水热为高强度建筑材料的方法，弥补国内在该类废弃物利用上的研究空白。本发明制成的新型建筑材料强度远高于普通水泥混凝土建材且耐久性较好，可广泛用于道路铺设、建筑用材、河岸护坡挡墙等方面。

为了达到上述目的，本发明采用的方法为蒸汽水热，这是一种使自然界堆积岩的漫长成岩过程在实验室快速再现的方法，即将原料置于一定温度和压力的水蒸气环境中，此时蒸汽环境中的水为超临界状态，溶解能力和反应活性大大增强。通过这个方法可以使常温常压条件下难以反应的硅质尾料参与到反应体系中，并在活性激发剂的作用下，与钙质添加剂反应生成新的晶体以提高强度。新的晶体呈纤维状或片状，互相交织在一起，填充在原料空隙中，对强度的最终提高起着至关重要的作用。

具体步骤如下：

按照质量百分比量取硅质尾料：钙质添加剂：活性激发剂：水＝(50％～80％)：(10％～30％)：(0.5％～5％)：(5～15％)，混合均匀，压制成型得到建筑材料型材生坯；生坯脱模后在110℃～170℃下热压处理8～24h，然后在常温高湿度环境下养护6～12h，成为建筑材料产品；经过检测，其抗压强度能达到25～50mpa。

上述硅质尾料为玻璃生产过程中的尾砂、尾泥；陶瓷生产过程中产生的陶瓷残次品、废陶瓷粉、陶瓷抛光砖废料；机制砂生产过程中的洗沙底泥的一种，或多种按任意比例混合而成的硅质尾料。

上述钙质添加剂选自消石灰、石灰石、生石灰、白云石中的一种或多种按任意比例混合而成的市售工业级商品。

上述活性激发剂为自制产品，由按重量份数量取的泡花碱15～25份；氢氧化钠5～30份；纯碱5～35份；脱硫石膏10～30份和c-s-h晶种10～55份混合均匀后得到的粒径为100目的粉末状药剂。

上述活性激发剂中的c-s-h晶种是按照以下方法制备：按质量比称取无定形二氧化硅/生石灰＝1.5～1.7，均匀混合，然后放入机械搅拌反应釜中，再往反应釜中加入混合料总质量9～12倍的水，在120～160℃温度下反应4～10小时，然后经过过滤、真空干燥、粉磨、过100目筛，得到c-s-h晶种。

本发明的优点和效果在于：

1、本发明中硅质尾料的掺量高达50％～80％，将难以处理的硅质尾料作为主要反应原料进行处理，相对于传统技术中将硅质尾料作为填料的小于30％添加量而言，本发明是一种高效的固体废弃物再利用方法。

2、本发明采用蒸汽水热的处理方式，反应温度不超过170℃，相比传统烧结的方式能耗更低，节能环保，不产生二次污染。

3、利用本发明将废弃的硅质尾料可以制备为高强度的建筑材料，可广泛用作墙砖、地砖、广场砖、步道砖、护堤材料、挡墙材料等，真正实现了硅质尾料的高附加值利用。同时由于硅质原料掺比量高，反应温度能耗低，因此产品生产成本低，具有很强的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为本发明的钙质添加剂含量对硅质尾料蒸汽水热为建筑材料产品的抗折强度的影响。

图3为本发明的不同的钙质添加剂含量下建筑材料产品的红外曲线变化。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

首先制备活性激发剂：由按重量比量取的泡花碱20份；氢氧化钠10份；纯碱15份；脱硫石膏15份和c-s-h晶种40份混合均匀后得到的粒径为100目的粉末状药剂。所述泡花碱、氢氧化钠、纯碱、脱硫石膏均为市售商品。

上述活性激发剂中的c-s-h晶种是将无定形二氧化硅和生石灰作为原料，按质量比称取无定形二氧化硅/生石灰＝1.5，均匀混合，然后放入机械搅拌反应釜中，再往反应釜中加入原料总重量10倍的水，在140℃温度下搅拌反应5小时，然后经过过滤、真空干燥、粉磨、过100目筛，得到的c-s-h晶种。

实施例1：

以广东省肇庆市某陶瓷企业产生的陶瓷尾料作为硅质尾料，按照图1，先将陶瓷尾料和市售工业级生石灰分别粉磨破碎至100目过筛，以粉磨后的陶瓷尾料、生石灰、活性激发剂和水为原料，按质量百分比称取80％陶瓷尾料、10％生石灰、3％活性激发剂、7％水，充分研磨搅拌混合后，在yp1300静压机中压制成型得到生坯样品，样品形状为长约240mm、宽约115mm、厚约53mm的长方体标砖，成型压力20mpa；将成型好的生坯样品转移至蒸汽水热的蒸压容器中，蒸压容器中加入一定体积的水，具体添加量为低于蒸压容器容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为170℃，时间为8h；处理完成后的样品取出后置于25℃高湿度环境下养护10h即可得到固化体产品。按照gb/t2542-2012《砌墙砖试验方法》进行抗压强度测试，结果表明固化体产品抗压强度可达38mpa，满足砌墙砖产品强度需求。

实施例2：

以浙江省嘉兴市某玻璃企业产生的玻璃尾砂作为硅质尾料，按照图1所示，先将玻璃尾砂和市售工业级消石灰分别粉磨破碎至100目过筛，以粉磨后的玻璃尾砂、消石灰、活性激发剂和水为原料，按质量百分比称取50％硅质尾料、30％消石灰、5％活性激发剂、15％水，将原料充分研磨搅拌混合后，在yp1300静压机中压制成型得到生坯样品，样品形状为长约200mm、宽约100mm、厚约60mm的长方体路面砖试样，成型压力15mpa；将成型好的生坯转移至密闭蒸汽水热的蒸压容器中，蒸压容器中加入一定体积的水，具体添加量为蒸压容器容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为160℃，时间为16h；处理完成后的样品取出后置于25℃高湿度环境下养护6h即可得到产品固化体。按照gb/t32987-2016《混凝土路面砖性能试验方法》进行抗压强度测试，结果表明样品抗折强度可达44mpa，满足路面砖产品强度需求。

实施例3：

以浙江省宁波市某机制砂生产企业所产生的洗砂底泥作为硅质尾料，按照图1所示，先将洗砂底泥和市售工业级消石灰分别粉磨破碎至100目过筛，以粉磨后的洗砂底泥、消石灰、活性激发剂和水为原料，按质量百分比称取70％洗砂底泥、20％消石灰、2％活性激发剂、8％水，将原料充分研磨搅拌混合后，在yp1300静压机中压制成型得到生坯样品，样品形状为长约300mm、宽约300mm、厚约10mm的正方体护坡砌块，成型压力10mpa；将成型好的生坯转移至密闭蒸压容器中，蒸压容器中加入一定体积的水，具体添加量为蒸压容器容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为110℃，时间为24h；处理完成后的样品取出后置于25℃高湿度环境下养护12h即可得到固化体产品。按照tzzb0775-2018《挡墙护坡用混凝土生态砌块》中的相关方法进行抗压强度测试，结果表明固化体产品抗压强度可达32mpa，满足护坡砌块的强度需求。

实施例4：

以浙江省嘉兴市某玻璃企业产生的玻璃尾砂作为硅质尾料进行处理来说明钙质添加剂含量对于产品抗压强度的影响，该实施例4除了玻璃尾砂制砖配方是按照表1所示的配方进行配比外，其余的制作得到路面砖产品的工艺与实施例2相同。

表1玻璃尾砂制砖配方表

图2给出了钙质添加剂含量对玻璃尾砂制成的建筑材料试样路面砖产品的抗压强度的影响，从图2中可以看出，随着消石灰含量不断提高，路面砖产品强度也不断变高，当消石灰含量为25％的时候，样品的抗折强度最高，达到47mpa，继续增加，强度反而开始降低。由此可以得到最佳的消石灰含量为25％。

图3给出了不同钙质添加剂含量下试样的傅里叶红外(ft-ir)曲线变化。固化体产品中与石英有关的峰(778cm^-1和461cm^-1)明显减弱，说明石英参与了反应。有研究指出，与c-s-h(或托勃莫来石)有关的红外吸收峰出现在970cm^-1附近，随着钙质添加剂的加入，图谱中1200-900cm^-1区域范围的峰明显向970cm^-1偏移，证明随着反应的进行c-s-h(或托勃莫来石)产生，这也与图2的强度变化趋势相吻合。而过量钙质添加剂容易在原料颗粒表面形成薄膜，从而阻碍产品的水化反应导致样品的强度反而有所降低。