钢渣、粉煤灰免烧砖试验研究-毕业论文开题报告

吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业论文开题报告 钢渣、粉煤灰免烧砖试验研究钢渣、粉煤灰免烧砖试验研究 Steel slag flyashbrick colorful experimental research 学生姓名：王乐 学生学号：10150304 专业班级：材化 1003 指导教师：陈连发 职称：副教授 起止日期：2014.2.24 2014.3.15 吉 林 化 工 学 院 JilinInstitute ofChemical Technology 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -1- 1课题来源及选题的目的和意义课题来源及选题的目的和意义 课题来源：课题来源：教师自选 课题名称：课题名称：钢渣、粉煤灰免烧砖试验研究 选题的目的及意义：选题的目的及意义： 免烧砖又称非烧结砖或新型墙砖。它不是特指某一种墙砖,而是指一大类不经烧 结的符合利废、节能、节土、绿色环保、可持续发展方向的,符合建筑墙体安全、承 重、 耐久技术要求的新型实心或空心墙体砖。它的概念由于时期不同,技术状况不同, 有狭义和广义两种不同概念的提法1。 狭义的免烧砖是指硅酸盐混凝土免烧砖。它是指采用硅铝为主要成分的废渣、砂 子,加入石灰等,必要时加入外加剂,有时还加入少量水泥,经坯料制备,然后压制(或 振动、浇注)成型,蒸压养护(或蒸养、自然养护)而成的实心或空心承重墙体砖。其主 要成分为各种水热合成的水化硅酸钙,结石中没有Ca(OH)。 广义的免烧砖包括水泥混凝土免烧砖及硅酸盐混凝土免烧砖两大类别。其中,水 泥混凝土免烧砖是以水泥为主要胶结材料,以砂石和废渣为骨料2,必要时加入外加 剂,经坯料制备,然后压制(或振动、浇注)成型,在经自然养护(或蒸汽养护)而成的实 心或空心承重墙体砖“其以各种水化硅酸钙为主要成分。 免烧砖是利用工业废渣粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾主要原料3。根据原料不 同，可根据用户当地原料调整最佳科学配比，通过先进的工艺设备压制成型。免烧生 产设备被列入国家重点新技术、新产品推广项目。 素有“秦砖汉瓦”之称的实心粘土砖， 在我国烧制使用已有2000多年的历史,对于我 国生态环境的破坏和能源的浪费触目惊心。土地是不可再生的有限资源,是人类赖以生存 和发展的基本条件,用烧结粘土砖作墙体材料4,每年约需要1 000亿块,毁去良田67100 km,消耗近5000万t标准煤。 改革开放以来我国墙体行业发展史大致可以分为三个阶段5。第一阶段为1988年前的 三十年：在计划经济、物资全面短缺（墙体材料同样短缺）的大背景下，免烧砖是南方、 西南很多山区自建房和小城镇（包括三线建设工矿企业）基本建设用墙体材料的 一种补 缺；第二阶段为1989年-1998年的十年：我国免烧砖迅速发展，国家推行“禁实”墙材革 新政策，一些城市开始有计划地发展新型墙体材料。自1986年5月以来，李爱明利用工业 废渣生产免烧砖的技术获得了国家专利后，工业废渣免烧砖在我国发展很快，已经成为 我国重要的新型墙体材料之一，也是国家重点开发节能利废的建筑材料。工业废渣免烧 砖是以各种工业废渣为集料，以水泥、石灰等为胶结料，配以各种外加剂制成的承重与 非承重的墙体砖，而以承重砖为主。第三阶段为1999年-2012年：2003年6月30日，我国 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -2- 170个人均耕地在0.8亩以下的城市禁止生产和使用实心粘土砖。中科万向编写的免烧 砖可行性研究报告研究认为：随着“禁实“力度的加大，传统砖瓦厂纷纷关闭停产，只 有合理利用开发再生资源，发展新型墙体材料-充分利用粉煤灰、煤矸石、矿碴、石粉、 尾矿砂、建筑垃圾等废碴和废料，从而达到节省土地资源、保护环境、解决污染问题。 免烧砖市场赢来了前所未有的市场机遇。 免烧砖在80年代兴起，随着墙体材料革新的深入发展和禁止实心粘土砖力度的加 大，为“免烧砖”的“发展”带来了“契机”。一些设备厂家甚至名牌大学和科研机构 所属工厂，发布宣传“免烧砖”和“免烧砖机”的广告（从中央到地方的许多媒体）铺 天盖地。消费者在其“引导”下，20042005年两年间，全国就上马“免烧砖”生产线 近万条，年总产量折标砖40亿50亿块。到目前为止，可以用于制备免烧砖的废渣有： 城市垃圾、碱矿渣、粉煤灰、红壤土、钢渣、硅锰渣、尾矿、煤矸石等。 2本课题所涉及的内容本课题所涉及的内容国内外研究国内外研究现状综述现状综述 钢渣的用途主要有：从钢渣中收废弃钢、钢渣在基本建设中应用、钢渣在水泥工 业中应用、钢渣在农业方面应用、钢渣在冶金原料方面应用等。 尽管我国对钢渣的综合利用研究的积极性大有提高,但综合利用技术发展不平衡。 钢 渣在烧结、炼铁、化铁炉、水泥生产的利用量仅为 60 多万 t。钢渣在工程回填料、农肥、 筑路、油田建设等方面利用,资源流失比例仍然不小。我国 1986 年开始对老渣山进行技 术开发和对新老钢渣多层次综合利用。钢渣利用量达 746 万t,利用率(包括老渣)为当年 排渣量的 83.4%。钢渣返回烧结约 43 万 t,占 5%8%;用于生产水泥约 45 万 t,占 5%;用 于筑路约 170 万t,占 20%;用于填海造地约 490 万 t,占55%。由此可见,钢渣作为一种资 源已被冶金、建材、农业等部门所应用,钢渣正在逐步商品化,发展钢渣综合利用势在必 行。80 年代以来,我国首钢、太钢、唐钢、济钢、南钢等众多钢厂,把钢渣返回烧结作冶 炼熔剂,效果甚好。目前, 国内钢渣处理技术主要有射线冷弃法、热泼法、水淬法、风 碎法、滚筒法、粒化法、热闷余热自解法等。 据 1985 年资料统计,日本高炉渣的利用率几乎达 100%,主要用于筑路、 作水泥原料,用于开垦荒地和建筑骨料6。 转炉渣利用率在 81%,主要用于填海和土建工 程,其中 20%在钢铁厂内循环使用。电炉渣利用率约为 56%,用 于 筑 路 、厂内循环、作 建筑骨料。高炉缓冷渣用于筑路、混凝土骨料。急冷渣大部分作水泥原料、混凝土骨料。 目前,日本在钢渣热熔 液 中 添 加 了 一 种 添 加 剂 ,基本上解决了钢渣膨胀问题。 经过处理钢渣作为筑路材料、 水泥原料、 混凝土 骨 料 等 建 筑 材 料 和 符 合 JIS(日 本工业规范)标准7。全日本冶金渣的利用率目前达到 90%。日本研究用钢渣生产铁酸盐 水泥,其主要性能与硅酸盐水泥一样。 前苏联时期,钢渣作为有用元素的来源,不仅用于燃 料燃烧过程,而且也用于金属熔炼、精炼和回炉高温冶炼过程。在医学上,充分利用高炉 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -3- 炉渣中硫、钙、镁、铁 等 化 合 物 含 量 较 高 这 一 特 性 ,将钢渣溶于水中形 成矿化水,用来治疗风湿性关节炎、皮肤病以及神经痛等疾病。原西德推荐在水利工程、 堤坝建筑中使用钢渣,已 经 用 转 炉 钢 渣 加 固 了 莱 茵 河 港 口 和 谬 司 河 岸 ,用平 炉 钢 渣 加 固 了 一 些 河 流 的 河 床 。 采用010m m转炉钢 渣加固海岸斜坡脚,使海岸下部基础更结实,船舶停泊几年也不会损坏。通常是将转炉钢 渣装入铁丝网内,象溜坡一样滑到坡脚下进行加固。即使有体积不稳定的钢渣,在上述情 况下也不会产生问题。瑞典利用熔融钢渣加入碳、硅和铝质材料,达到回收金属的目的, 并用于生产水泥。美国的钢渣利用率为 79%,其中 59%用于冶炼熔剂。美国国内 8 条主要 铁路也是采用钢渣作铁路道渣。联合国(E C E )组织对美、日、俄、德、法等 20多个国 家钢渣的利用情况作了调查,统计表明,20个国家的钢渣 50%左 右 用 于 道 路 工 程 。 钢渣在烧结、炼铁、化铁炉、水泥生产中应用,德国为 31%,日本为25%,美国为50%。 目前,中国对粉煤灰综合利用主要集中在用于烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺 合料、选取漂珠、土壤等方面,只有少部分用于化工工业和废水处理。 粉煤灰混凝土： 粉煤灰是一种理想的混凝土掺合料。我国对粉煤灰混凝土的研究 开发已经过半个多世纪的历程， 目前已广泛应用于土木工程、建筑工程以及预制混凝 土制品和构件等方面。 粉煤灰水泥：目前国内主要生产粉煤灰硅酸盐水泥和粉煤灰无熟料水泥两种类 型。根据粉煤灰的掺量又分两种不同情况：(1)生产普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水 泥， 粉煤灰掺量15； （2） 生产粉煤灰水泥： 用粉煤灰做混合材， 掺量大小为 20 40。 粉煤灰制砖8：我国从 1965 年开始生产粉煤灰烧结砖,其产量高于蒸制砖,产品 吃灰量大,可节约大量粘土,但性能与粘土砖相差不大。 我国目前生产的粉煤灰砖主要 有蒸压粉煤灰砖和烧结粉煤灰砖。 粉煤灰筑路：粉煤灰在筑路方面的用量占其总使用量的 20%，在我国的道路建设 中，粉煤灰是一种良好的筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基层材料、代替黏土筑高 速公路路堤、 水泥混凝土路面， 同时粉煤灰可用于护坡、 护堤工程和修筑水库大坝等。 粉煤灰选取漂珠9：国内采用机械分选、湿法浮选等工艺，直接从粉煤灰中回收 漂珠等有用物质。其中漂珠含量虽仅占粉煤灰总量的 0.2%1%，但具有质轻、熔点 高、隔音、电绝缘、耐磨性强、抗压强度高、无毒、稳定性好等良好性能，可制备各 种功能材料，如轻质耐火材料、防火防水涂料、车辆刹车片、石油裂化催化剂、人造 革填充剂等。 在国外粉煤灰处理矿山酸性废水粉煤灰处理污水机理复杂,一般认为是吸附、凝 聚、助凝和沉淀综合作用的结果10。Penney 等利用粉煤灰处理矿山酸性废水，使废 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -4- 水中重金属含量减少并提高了废水 pH 值；GSteenbruggen,GGHollman 利用粉煤灰合 成沸石,通过沸石化过程,阳离子交换容量从 0.02meqg-1 增加到 2.4meqg-1。吸 附实验表明,沸石化粉煤灰吸附重金属离子的能力大小为:CuCd-ZnNi。在南非， Gitari 等对粉煤灰处理矿山酸性废水效果进行了测试，并提出了处理废水中硼、镁、 锶、钼和巴等溶解物的新工艺11。粉煤灰作回填材料粉煤灰在陆地上的堆积，占用大 量土地， 造成环境污染。将粉煤灰作为一直回填料或填充材料可以较好的处置大量粉 煤灰，达到保护环境、节约土地的目的。美国学者 Evans,D.W.等将粉煤灰作为回填 材，回填煤矿采空区，使采空区上部地表沉陷得到有效控制。利用粉煤灰做回填材料 在美国西弗吉尼亚州应用已相当普遍。印度学者 Chandra 等将叶蜡石、六偏磷酸钠、 纯碱等混合制成烧结活化剂， 可明显降低粉煤灰砖烧结温度，并提高砖的抗冲击强度 40%以上。在水泥和混凝土生产上，匈牙利电厂按化学成分、碱度及机械性能不同将 粉煤灰筛分，通过化学精磨工艺，在替代水泥生产混土过程中收益良好。在美国， Namagga 等将高石灰质粉煤灰大比例掺入混凝土替代水泥，经两个月的测试周期，结 果表明，高石灰质粉煤灰混凝土与标准混凝在抗压强度、粘结强度、耐久性、抗冻性 等方面差异不大，为节约混凝土生产成本，提高粉煤灰混凝土强度提供了宝贵经验。 另外， 粉煤灰在制备新型材料方面也具备一定用途。美国学者 LuZhe 等研究将精细煤 粒燃烧后产生的煤灰用于制备聚合物复合材料。在韩国，KimChul-Hwan 等研究将粉 煤灰作为一种新的造纸原料并通过电子显微镜分析粉煤灰提高纸张抗拉强度和内部 粘结强度的原理12。 3本课题有待解决的主要关键技术问题本课题有待解决的主要关键技术问题 （1）粉煤灰的掺量和含碳量对砖的硬化强度有什么影响？ （2）物料细度、加水量、成型压力对提高砖的冻融强度、成型难度的影响因素？ （3）免烧砖砖的吸水率？ 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -5- 4课题研究的内容和实施方案课题研究的内容和实施方案 主要研究内容主要研究内容 我们可以发现，要想实现钢渣、粉煤灰的产业化，需要从砖的性能和成本出发，对 有关的问题进行细化和探讨。故本文所做的工作从以下几个方面来展开： (1) 对钢渣、粉煤灰、骨料、石膏等原料的组成、特性和物化性质进行检测，以了解其 制砖的优缺点。 (2) 在电厂附近做一定的资源调查，对能够利用制砖的废渣进行相关试验，选择性能最 优异和成本相对较低的原材料； (3) 对钢渣、粉煤灰免烧砖的最优配方加以试验和探讨； (4) 对影响钢渣、粉煤灰免烧砖性能的操作、工艺参数进行试验和细化； (5) 依据国家相关标准，对钢渣、粉煤灰免烧砖进行较全面的性能测试，确定砖最终的 等级和用途； (6) 通过化学分析，对钢渣、粉煤灰免烧砖最终强度形成的微观机理加以了解和探讨， 从理论上为提高砖的性能提供依据； (7) 对钢渣、粉煤灰免烧砖产业化进行了相关的经济效益分析 (8) 项目产业化时，协助相关人员对设备的选型、厂房的建设和具体工业性试验，并简 要介绍工业性试验，提出相关需要完善的地方。 拟采用的研究方法、技术路线拟采用的研究方法、技术路线 （1）免烧砖制备技术：无需烧结，自然养护、常温蒸养均可 预期成果预期成果 总结出一篇省级水平的或具有结论性意义的文章。 可行性分析可行性分析 随着我国对环境及资源的越来越重视，免烧砖将会替代烧结砖而成为墙体材料的主 流，这是不可逆转的大趋势。工业废渣免烧砖制品与烧结砖相比具有很多优越性： (1)成本低: 它利用成本低的工业废渣为主要原料,不需烧结和蒸养,在利用合理的工艺和设备的基 础上,适量使用各种外加剂,成本比烧结砖低. (2)产品性能好: 免烧砖外观漂亮,棱角整齐,尺寸准确,其力学强度在7.5-20MPa之间,抗冻性能合格,软 化系数在0.65-0.85之间,产品吸水性小总之，质量可与烧结砖相媲美。 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -6- (3) 经济、环境和社会效益好: 工业废渣免烧砖以钢渣、粉煤灰等工业废渣为主要原料。吃渣量大，是工业废渣综合 开发利用的新途径，同时能保护良田及环境，社会效益突出。 以上三个方面能够确保该项目研究具有可行性。 5完成本课题的工作计划及进度安排完成本课题的工作计划及进度安排 毕业（设计）总共 16 周。具体安排如下： 0103 周：调研、收集资料（书籍和案例）、查找外文； 0407 周：撰写开题报告和文献综述； 0811 周：方案设计、实验与分析、外文翻译； 1215 周：撰写毕业设计论文； 16周：修改论文，准备答辩。 吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业设计（论文）开题报告 -7- 6参考文献参考文献 1 唐仁美, 高保荣. 免烧砖制造方法与建筑施工M. 浙江科学技术出版社(第一版).浙江: 浙江科 学技术出版社., 1993. 11 2 陈风丽，王晋成，董向余钢渣处理工艺技术及综合利用J冶金环境保护，2004(5)：59 60 3 SHl CaijUS，QIAN Jue一8hiHish performance cementing materials from industrial 蜘JResources Conservation and Recycling，20