本發(fā)明涉及建筑材料領域，具體來說是一種保溫效果好的燒結煤矸石磚及其制備方法。
背景技術：
我國有著豐富的煤炭資源，品種齊全、開采方便。然而，原煤在采掘和加工的過程中產生了大量的煤矸石，是我國目前年排放量和累計存量最大的工業(yè)廢棄物。目前煤矸石的累計堆存量達45億噸，形成的煤矸石山2600多座，占地1.3萬公頃。煤矸石在不合理的堆放條件下不僅影響煤礦礦區(qū)的環(huán)境質量、占壓大量的土地，而且對土壤、大氣、水都會造成污染，存在著很大的安全隱患。高硫煤矸石自燃所釋放出的so2、no2等氣體污染大氣環(huán)境，雨水溶解了煤矸石中的酸性物質和金屬元素，流入水體或滲透到地下，污染土壤和地下水，引起水環(huán)境的安全問題。
煤矸石呈層狀結構，灰黑色，易風化，易碎易磨，是很好的制磚原料。其化學組成以sio2為主，其次是al2o3、fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、so2等，具體成分見表1。煤矸石中的sio2、al2o3及fe2o3的總含量在80%以上，是一種天然的黏土質原料，可以替代黏土配料燒制磚塊。粉煤灰的主要化學成分為sio2、al2o3、fe2o3等，占總量的90%。煤矸石、粉煤灰用于燒磚可大量節(jié)約粘土，性能則與黏土磚差不多。煤矸石、粉煤灰屬于工業(yè)廢棄物，利用其生產新型墻體材料是利用廢渣，節(jié)約能源，變廢為寶的新途徑、新方法、新思路，同時也保護耕地，減少污染，改善建筑功能，具有重大的社會經濟效益。
表1煤矸石化學成分
隨著全球能源的日益稀缺，建筑物的墻體保溫已成為建筑節(jié)能領域的重要課題。膨脹珍珠巖屬于無機玻璃質溶巖礦物，是將火山巖或松脂巖礦砂經過高溫焙燒膨脹后制成的一種玻璃質白色顆粒狀多孔材料。膨脹珍珠巖成本低，易獲得，導熱系數(shù)低，利用其作為保溫骨料，可以降低燒結煤矸石的導熱系數(shù)，達到保溫效果。當燒結溫度大于1200℃時，膨脹珍珠巖全部轉變成玻璃相，并在其所在位置留下封閉的孔洞，也能有效降低材料的導熱系數(shù)。?；⒅閷儆跓o機玻璃質溶巖礦物，是將火山巖或松脂巖礦砂經過技術處理加工及表面溶融，形成內部蜂窩狀孔﹑表面?；忾]的球形細顆粒，由于其優(yōu)異的絕熱、防火、吸音等性能，廣泛的應用于建筑保溫材料中。
另外，專利申請《一種保溫效果好的免燒煤矸石磚及其制備方法》（申請?zhí)?01510044314.6）公開了一種保溫效果好的免燒煤矸石磚及其制備方法。該專利申請采用了水泥、碳化硅、氫氧化鎂等作為膠凝材料，增加了制磚成本，并加入了粘土，與煤矸石的比例為1/10~1/6，使用粘土會破壞耕地和植被，惡化周圍環(huán)境。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種燒結煤矸石保溫磚及其制備方法，充分利用工業(yè)廢料，節(jié)能環(huán)保，不使用粘土，不破壞耕地，磚質優(yōu)于普通粘土磚，降低成本。
為了實現(xiàn)上述的目的本發(fā)明采用如下技術方案：
一種燒結煤矸石保溫磚，以煤矸石粉、粉煤灰、膨脹珍珠巖、玻化微珠、水為原料，按以下配方燒制而成：
煤矸石粉50%~70%，
粉煤灰30%~50%，
玻化微珠和/或膨脹珍珠巖110%~130%；
所述煤矸石粉、粉煤灰為質量百分比，兩種原料質量總計100%；
所述玻化微珠、膨脹珍珠巖為體積百分比，即?；⒅楹?或膨脹珍珠巖體積占煤矸石粉、粉煤灰混合料體積的百分比。
優(yōu)選的，所述煤矸石粉為煤矸石原料進行破碎、磨粉、高細磨粉、高溫或燃燒處理后的粉末，煤矸石粉要有合理的顆粒級配：
最大粒徑小于2mm，其中0.3mm以下的顆粒占50%以上。
所述粉煤灰為煤矸石經破碎、磨粉、高細磨粉、高溫或燃燒處理時收集的粉煤灰，不足部分由煤電廠廢棄物粉煤灰補充。
所述?；⒅椤⑴蛎浾渲閹r的粒徑范圍5目~10目。
上述燒結煤矸石保溫磚的制備方法，包括如下步驟：
（1）、對煤矸石進行粗碎，破碎后的煤矸石粒徑小于50mm；
（2）、對煤矸石顆粒進行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒徑小于2mm，其中0.3mm以下的顆粒占50%以上；
（3）、對煤矸石顆粒進行高溫或燃燒處理，形成煤矸石粉，溫度為300~400℃，采用收集裝置收集煙氣中的細灰即粉煤灰；
（4）、對粒徑為5~10目的?；⒅?膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)；
（5）、按照配比將煤矸石粉、粉煤灰、水、?；⒅?膨脹珍珠巖混合后進行強力攪拌；
（6）、攪拌均勻的混合物進入陳化倉進行陳化36~42小時，陳化后的物料水份保持在17%~18%之間；
（7）、物料進行二次攪拌后送入高壓真空擠磚機，按照尺寸要求擠壓成型，成型壓力30mpa，獲得磚坯；
（8）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（9）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度為700~1200℃，燒結時間1h~3h，然后爐內自然降溫至常溫。
另外，燒結煤矸石保溫磚可根據(jù)需求制成實心或空心磚。燒結煤矸石保溫磚之空心磚的孔洞率、孔型及孔洞排布、孔內絕熱填充等根據(jù)實際要求而定。
本發(fā)明燒結煤矸石保溫磚及其制備方法的有益之處在于：
1、煤矸石中含有未燃盡的碳，對煤矸石顆粒進行高溫或燃燒處理時會產生一部分熱量，干燥或燒磚時可將這部分熱量充分利用，降低生產成本。實現(xiàn)熱量在生產內循環(huán)使用，節(jié)約能源。
2、使用燒結煤矸石保溫磚可以直接減輕煤矸石長期露天堆放造成的環(huán)境污染。同時，在燒磚過程中，煤矸石粉末燃燒過程中產生的固體廢棄物粉煤灰可以直接收集利用，杜絕了生產過程中對環(huán)境的二次污染。
3、使墻體具有保溫隔熱、吸聲等功能，是一種較為理想的綠色建材產品。
4、原料粒徑細，磚坯的塑性大，成型容易，同時坯體的致密性好，抗凍性和抗壓強度高。并且由于粒度小，因體積膨脹而產生的應力減小，可避免產生爆裂。提高磚塊的成品率。
5、采用本發(fā)明制出的磚強度高，原料的可塑性高，磚坯干燥收縮小，不易開裂。
總之，本發(fā)明利用煤矸石、粉煤灰中含有豐富的礦物成分sio2、al2o3、fe2o3等，經過高溫烘焙，各種礦物質全部熔融，結晶，發(fā)生晶型轉變，產生大量的玻璃質凝膠，使磚塊強度達到最大。結合膨脹珍珠巖、?；⒅閷嵯禂?shù)低以及膨脹珍珠巖經高溫可轉變?yōu)椴Ａ嗖⒃谄渌谖恢昧粝路忾]的孔洞等特點，制備出保溫效果好、強度高的燒結煤矸石保溫磚。另外煤矸石中含有碳粉，燒磚時可將這部分熱量充分利用，減少燒結磚的生產能耗。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
實施例1
1、燒結煤矸石保溫磚按以下配方燒制而成：
煤矸石粉60%
粉煤灰40%
?；⒅?10%
膨脹珍珠巖0%
所述煤矸石粉、粉煤灰為質量百分比，兩種原料質量總計100%；
所述?；⒅闉轶w積百分比，即?；⒅轶w積占煤矸石粉、粉煤灰混合料的110%。
2、燒結煤矸石保溫磚由以下具體步驟制成：
（1）、對煤矸石進行粗碎，破碎后的煤矸石粒徑小于50mm；
（2）、對煤矸石顆粒進行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒徑小于2mm，其中0.3mm以下的顆粒占50%以上；具體如下表：
（3）、對煤矸石顆粒進行高溫或燃燒處理，形成煤矸石粉，溫度為300~400℃，采用收集裝置收集煙氣中的細灰即粉煤灰；
（4）、對粒徑為5~10目的?；⒅檫M行噴水預濕，使?；⒅樘幱陲柡偷幻谒臓顟B(tài)；
（5）、按照配比將煤矸石粉、粉煤灰、水、?；⒅榛旌虾筮M行強力攪拌；
（6）、攪拌均勻的混合物進入陳化倉進行陳化36~42小時，陳化后的物料水分保持在17%~18%之間。
（7）、物料進行二次攪拌后送入高壓真空擠磚機，按照尺寸要求擠壓成型，成型壓力30mpa，獲得磚坯；
（8）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（9）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度可根據(jù)磚塊的需求強度設置為700℃，燒結時間1h~3h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結煤矸石保溫磚，密度為900kg/m3，導熱系數(shù)為0.06w/(m·k)，抗壓強度為18mpa。
實施例2
1、燒結煤矸石保溫磚按以下配方燒制而成：
煤矸石粉70%
粉煤灰30%
?；⒅?%
膨脹珍珠巖120%
所述煤矸石粉、粉煤灰為質量百分比，兩種原料質量總計100%；
所述膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占煤矸石粉、粉煤灰混合料體積的120%。
2、燒結煤矸石保溫磚由以下具體步驟制成：
（1）、對煤矸石進行粗碎，破碎后的煤矸石粒徑小于50mm；
（2）、對煤矸石顆粒進行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒徑小于2mm，其中0.3mm以下的顆粒占50%以上；具體如下表：
（3）、對煤矸石顆粒進行高溫或燃燒處理，形成煤矸石粉，溫度為300~400℃，采用收集裝置收集煙氣中的細灰即粉煤灰；
（4）、對粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)；
（5）、按照配比將煤矸石粉、粉煤灰、水、膨脹珍珠巖混合后進行強力攪拌；
（6）、攪拌均勻的混合物進入陳化倉進行陳化36~42小時，陳化后的物料水分保持在17%~18%之間；
（7）、物料進行二次攪拌后送入高壓真空擠磚機，按照尺寸要求擠壓成型，成型壓力30mpa，獲得磚坯；
（8）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（9）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度可根據(jù)磚塊的需求強度設置為1200℃，燒結時間1h~3h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結煤矸石保溫磚，密度為800kg/m3，導熱系數(shù)為0.05w/(m·k)，抗壓強度為14mpa。
本實施例中，燒結溫度為1200℃，膨脹珍珠巖全部轉變成玻璃相，并在其所在位置留下封閉的孔洞，復合材料的強度有所下降，有效降低材料的導熱系數(shù)，提高保溫性能。
實施例3
1、燒結煤矸石保溫磚按以下配方燒制而成：
煤矸石粉50%
粉煤灰50%
玻化微珠70%
膨脹珍珠巖60%
所述煤矸石粉、粉煤灰為質量百分比，兩種原料質量總計100%；
所述?；⒅?膨脹珍珠巖為體積百分比，即?；⒅?膨脹珍珠巖體積占煤矸石粉、粉煤灰混合料體積的130%。
2、燒結煤矸石保溫磚由以下具體步驟制成：
（1）、對煤矸石進行粗碎，破碎后的煤矸石粒徑小于50mm；
（2）、對煤矸石顆粒進行二次破碎，二次破碎后的煤矸石最大粒徑小于2mm，其中0.3mm以下的顆粒占50%以上；具體如下表：
（3）、對煤矸石顆粒進行高溫或燃燒處理，形成煤矸石粉，溫度為300~400℃，采用收集裝置收集煙氣中的細灰即粉煤灰；
（4）、對粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖/?；⒅檫M行噴水預濕，使膨脹珍珠巖/?；⒅樘幱陲柡偷幻谒臓顟B(tài)；
（5）、按照配比將煤矸石粉、粉煤灰、水、膨脹珍珠巖/?；⒅榛旌虾筮M行強力攪拌；
（6）、攪拌均勻的混合物進入陳化倉進行陳化36~42小時，陳化后的物料水分保持在17%~18%之間；
（7）、物料進行二次攪拌后送入高壓真空擠磚機，按照尺寸要求擠壓成型，成型壓力30mpa，獲得磚坯；
（8）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（9）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度可根據(jù)磚塊的需求強度設置為900℃，燒結時間1h~3h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結煤矸石保溫磚，密度為880kg/m3，導熱系數(shù)為0.055w/(m·k)，抗壓強度為16mpa。
本實施例中，燒結溫度為900℃，膨脹珍珠巖部分轉變成玻璃相，并在其所在位置留下封閉的孔洞，復合材料的強度有所下降，材料的導熱系數(shù)有效降低，提高了保溫性能。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實施例進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋權利要求保護范圍中。