赤泥粉煤灰免烧砖工艺配方研究.pdf

收稿日期 2005 11 16 赤泥粉煤灰免烧砖工艺配方研究 邢 国1 杨家宽2 侯 健1 肖 波2 1 中铝山东分公司 山东淄博 255052 2 华中科技大学环境科学与工程学院 湖北武汉 430074 摘要 利用铝厂赤泥 自备电厂粉煤灰为主要原料研制了免烧砖 自然养护的赤泥免烧砖 28d 达到了非烧结普通粘 土砖标准 JC T 422 1991 1996 中 15级要求 实验结果表明 各原料的最佳配比总结为 赤泥 25 40 粉煤 灰 18 28 骨料 30 35 石灰 8 10 石膏 2 3 水泥 1 赤泥粉煤灰免烧砖有望成为粘土烧 结砖的替代产品 关键词 赤泥 免烧砖 新型建筑材料 固废资源化 中图分类号 TQ172 1 1 文献标识码 A 文章编号 10021752 2006 03002404 Study on compositions of raw materials of the no fired brick made from red mud and fly ash XING Guo1 YANG Jia kuan2 HOU Jian1 XIAO Bo1 1 Shangdong Aluminum CLD Zibo Shandong 255052 2 College of Environmental Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 Abstract The red mud bricks were made mainly from red mud and fly ash at ambient conditions T he red mud bricks curing at ambient conditions reach the standard of MU15 high quality products JC T 422 1991 1996 T he optimum compositions of raw materials have been recommended as the following red mud 25 40 fly ash 18 28 sand 30 35 CaO 8 10 gypsum 2 3 cement 1 T he results show that the no fired bricks from red mud have good economic benefits and possibly instead of the conditional incineration bricks from the clay Key words red mud non fired bricks new building materials solid wastes recycling 1 前 言 赤泥是用苛性钠碱液浸提生产 Al2O3而排放的 工业废渣 新鲜赤泥外观为红色而称为赤泥 山东 铝业股份有限公司 以下简称山铝 自 1954 年建厂 投产以来 氧化铝生产共排出废渣赤泥 2200 万吨以 上 如今堆场高度约 72m 已达堆积极限而被迫停 用 1 2001 年又被迫花费约 7 亿元修建第二赤泥 堆场 由于 Al2O3产量的增加 每年有 100 多万吨赤 泥外排到赤泥堆场 预计第二堆场最多还能使用 2 年 山铝必须耗巨资再寻找第三赤泥堆场 因此 赤泥的资源化问题成为制约山铝发展的重要课题 国外一般采用排海来处置铝业赤泥 国内几家 铝厂都处在内陆省份 海洋处置的费用太高 国内 外也有许多开展赤泥资源化的研究 包括制备水 泥 2 生产陶瓷 3 塑料填料 4 等 而目前大部分 技术要么吃渣量太小 要么生产成本高 能耗太大 利用赤泥制备免烧砖新型建筑材料是一个被看好的 新的发展方向 5 6 国务院办公厅 1999 72 号文 件和国家建材局 1999 295 号文件 明确规定 自 2000年 6 月 1 日起 170 个大中城市率先在住宅建 筑中禁止使用实心粘土砖瓦 限时日期为 2003 年 6 月 30 日 粘土烧结砖不但破坏土地 而且烧结过程 排放 SO2污染环境 开发赤泥免烧砖是符合国家 政策的新的发展方向 具有较好的市场前景 可能替 代传统的粘土烧结砖产品 2 试验部分 2 1 生产原料 烧结法赤泥 中试生产中的赤泥全部取自山铝 的第一赤泥堆场 赤泥取用两种 一种取自山铝第 一赤泥堆场东坝坝底 为风化陈赤泥 多呈块状 表 面干燥 存放时间为 10 年以上 简称 干赤泥 破碎 后最大粒径控制在 8mm 以下 另一种取自排放时间 为 1 年以内的新鲜赤泥 简称 湿赤泥 实验中赤 24 轻 金 属 2006 年第 3期 泥原料采用干赤泥和湿赤泥各占 50 比例 粉煤灰 粉煤灰为山铝自备电厂电除尘收集 有 干排灰和湿排灰两种 石灰 取自氧化铝厂石灰窑收尘后的细粉 其活 性氧化钙有效成份 70 以上 石膏 180 目的二水生石膏细粉 石膏有效成份 在 80 以上 水泥 从山铝水泥厂购买的 425 普通硅酸盐 水泥 骨料 骨料也选用了两种 一种是石灰石矿剥离 后的碎石渣 一种为市场购买的建筑用中砂 筛分后 最大粒径控制在 8mm 以下 2 2 主要实验设备 1 原料的混合设备 SHQ 30 型轮碾式混砂 机 2 免烧砖的成型设备 JYE 2000 型的压力实 验机 3 免烧砖的成型模具 自制标砖模具 尺寸是 240mm 115mm 53mm 或是半标砖模具 尺寸是 120mm 115mm 53mm 2 3 实验流程 表 1 赤泥与粉煤灰配比实验方案 Tab 1 Test alternatives of red mud and fly ash proportioning 试验 序号 试验原料加入量 赤泥粉煤灰骨料石灰石膏水泥 NoNo 23324301030 No 32334301030 No 41344301030 表 2 骨料加入量实验方案 Tab 2 Test alternatives of adding aggregates 试验 序号 试验原料加入量 赤泥粉煤灰骨料石灰石膏水泥 No 54027201030 No 63725251030 No 73324301030 No 83121351030 No 92819401030 2 4 赤泥粉煤灰免烧砖配方的确定 赤泥粉煤灰免烧砖制备中 为确定各原料间的 配方 对原料不同加入量进行试验 试验的配方见表 1 表 5 所有的配比均为各物料的干料比例 试 验过程中 采用半标砖模具 陈化时间均控制在 24h 左右 成型压力均为 20MPa 表 3 石灰加入量实验方案 Tab 3 Test alternatives of adding lime 试验 序号 试验原料加入量 赤泥粉煤灰骨料石灰石膏水泥 No 10362630530 No 1134 525307 530 No 123324301030 表 4 石膏加入量实验方案 Tab 4 Test alternatives of adding gypsum 试验 序号 试验原料加入量 赤泥粉煤灰骨料石灰石膏水泥 No 133525301000 No 143425301010 No 153324301030 No 163223301050 表 5 水泥加入量实验方案 Tab 5 Test alternatives of adding cement 试验 序号 试验原料加入量 赤泥粉煤灰骨料石灰石膏水泥 No 173324301030 No 183224301031 No 193223301033 No 203122301035 表 6 赤泥粉煤灰免烧砖原料配方试验结果 Tab 6 Test results of proportioning for no fired brick made from red mud and fly ash 试验序号7d 抗压强度 MPa28d 抗压强度 MPa No 115 6217 89 No 213 6225 58 No 311 3517 97 No 48 7018 23 No 519 7823 19 No 621 5325 52 No 723 4129 50 No 825 9228 41 No 926 6828 90 No 1010 9311 68 No 1115 4117 39 No 1218 8019 80 No 1313 7715 38 No 1414 3217 71 No 1518 0620 40 No 1619 7821 58 No 1711 7620 57 No 1816 2526 51 No 1913 2522 23 No 2012 5722 34 3 试验结果讨论 25 2006 年第 3 期 邢国 杨家宽 侯健 肖波 赤泥粉煤灰免烧砖工艺配方研究 3 1 自然养护赤泥粉煤灰砖抗压强度检测结果 对于每种配方自然养护后 检测 7d 和 28d 的抗 压强度 所得的试验结果可见表 6 3 2 赤泥与粉煤灰的配方对性能影响 为了达到固体废弃物的最大利用率和节约成本 的目的 赤泥粉煤灰免烧砖的制备中 赤泥和粉煤灰 应尽量多加 对赤泥 粉煤灰加入量试验得出的结 果经整理见图 1 和图 2 图 1 赤泥加入量的试验结果 Fig 1 Test result of adding red mud 从图 1 的试验结果来看 随着赤泥加入量的增 加 赤泥粉煤灰免烧砖的 7d 抗压强度也不断增加 在赤泥含量由 23 增加到 33 时 砖的 28d 抗压强 度急剧增加 其后随着赤泥的加入量的增加 28d 强 度明显下降 可见 当赤泥含量在 25 40 时 砖抗压强度较理想 图 2 粉煤灰配方确定试验结果 Fig 2 Test result of adding fly ash 由图 2 的试验结果不难发现 粉煤灰加入量的 结果正和赤泥加入量的结果对应 赤泥免烧砖的 7d 抗压强度 随着粉煤灰的量的增加而降低 28d 强度 在粉煤灰的含量由 14 24 有明显的改善 随后 也呈下降趋势 综合考虑 粉煤灰的加入量控制在 18 28 较合适 上述试验结果 可以从化学反应方面来得到解 释 当混合料接触后 在初期 料中的 CaO 3CaO SiO2 2CaO SiO2等发生水化反应 为砖的初期强度 作出贡献 而赤泥中含有较大量的 硅酸二钙 在砖养护的初期 随着赤泥量的增加 砖中的水化反 应越明显 砖的强度就不断增强 但是 在后期 料 中的物质发生了进一步的化学发应 生成了一些诸 如 CAH 和 CSH 的网状物质 加上界面反应不断深 入 砖的强度受到多方面的影响和制约 所以出现强 度波折的现象 3 3 骨料的加入量对性能影响 骨料的含量对砖的性能影响较大 对此我们选 用建筑中粗砂作为骨料 进行了相关试验 得出的试 验结果 经整理得图 3 图 3 骨料加入量的试验结果 Fig 3 T est result of adding aggregates 从图 3 中知道 砖制品 7d 的抗压强度随着骨料 加入量由 20 增加到 35 时 呈直线上升趋势 继 续增加骨料加入量时 抗压强度趋于平缓 对于 28d的抗压强度 在骨料的加入量由 20 增加到 30 的过程中 增加的十分显著 随后有下降趋势 综合来看 骨料的加入量可控制在 30 35 图 4 石灰加入量的试验结果 Fig 4 Test result of adding lime 3 4 石灰和石膏的配方对性能影响 赤泥粉煤灰免烧砖强度的形成过程中 石灰和 石膏起了很大的作用 而石灰和石膏的加入量也直 接影响和控制着砖的成本 所以在保证砖性能的同 时 应尽量减少此二者的加入量 对此我们也通过 了试验来探讨 石灰加入量的试验结果可见图 4 由图 4 看出 随着石灰加入量的增加 赤泥粉煤 26 轻 金 属 2006 年第 3期 灰免烧砖的 7d 抗压强度呈直线上升 养护 28d 后的 抗压强度 砖制品抗压强度仍随着石灰量的增加而 增加 到石灰的加入量为 9 左右趋于平缓 石膏 加入量的试验结果经整理如图 5 图 5 石膏加入量的试验结果 Fig 5 Test result of adding gypsum 比较图 4和图 5 不难发现两个图有一定相似 可以看出 随着石膏加入量的增加 赤泥粉煤灰免烧 砖的 7d 和 28d 抗压强度均增加 到 3 左右趋于稳 定 所以 结合性能和成本二者来考虑 石灰的加入 量可控制在 8 10 左右 而石膏的加入量在 2 3 左右较优 3 5 水泥的加入量对性能影响 在免烧砖制备中 水泥一直充当着非常重要的 角色 本文从性能和成本出发 对水泥加入量也进 行了相关的探讨 水泥加入量试验结果可见图 6 图 6 水泥加入量试验结果 Fig 6 Test result of adding cement 从图 6 中发现 水泥的加入量由无到 1 时 赤 泥粉煤灰免烧砖的 7d 和 28d 抗压强度均有很大的 提高 而随着水泥量增加到 3 砖的强度呈下降 的趋势 接着增加水泥的量 抗压强度变化不显著 所以 可以将水泥的加入量控制在 1 左右 3 6 赤泥粉煤灰免烧砖外观和工艺参数控制 赤泥粉煤灰免烧砖的制备过程中 通过控制合 适的原料配比及工艺参数 能够获得外观平整 机械 性能较高的免烧砖样品 根据成型前料的含水率控 制为 15 17 酌情控制加水量 陈化时间控制 在 8h 12h 采用 20MPa 40MPa 压力成型 根据 气温自然养护时间为 15d 28d 赤泥粉煤灰免烧 砖制成品可见图 7 图 7 赤泥粉煤灰免烧砖 Fig 7 No fired brick made from red mud and fly ash 4 结 语 1 原料可选用 1 年左右的赤泥 或者采用新 鲜赤泥和陈赤泥搭配 粉煤灰选用山铝自备电厂干 排灰 骨料可根据具体情况选用建筑中粗砂 石硝或 炉渣 水泥选用 32 5 普通硅酸盐水泥 从性能上来 看 选生石灰较优 不过具体选用生石灰或熟石灰应 根据具体性能和工艺要求来确定 石膏选用 半 水石膏 半水石膏或生石膏矿粉磨均可 另外 可 加入造纸黑液 石棉等改善