[发明专利]一种煤矸石-脱硫石膏-碳酸钙体系透水陶瓷砖及其制备方法

说明书

本发明公开了一种煤矸石‑脱硫石膏‑碳酸钙体系透水陶瓷砖及其制备方法，该透水砖是以煤矸石和脱硫石膏两种废渣为主要原料，外加少量碳酸钙助烧剂，经历高温烧结而获得的。其中，尾矿在高温条件下释放的气体赋予其优良的多孔结构。其主要物相是钙长石相，强度高、透水性好、抗腐蚀和不产生二次污染，显气孔率15.21～22.51％，抗压强度21.56～54.97MPa，抗弯强度8.45～18.50MPa，耐酸性99.60～99.80％，耐碱性99.63～99.80％，透水系数4.12‑9.33×10^‑2cm/s，此材料的制备工艺简单高效且成本低廉，并具有废渣利用率高等特点，可用作海绵城市建设用路面透水砖材料。

技术领域

本发明属于固体废弃物资的循环利用及新型建筑用陶瓷材料领域，具体涉及的是一种煤矸石-脱硫石膏-碳酸钙体系透水陶瓷砖及其制备方法。

背景技术

煤矸石是一种在煤形成过程中共生的坚硬岩石，在开采和洗选加工过程中容易被分离出来，属于固体废弃物。随着工业化的迅速发展，对煤炭的需求量日益增多，促使煤炭的开采量逐年递增，随之产生的煤矸石排放量和积存量将十分惊人。据统计，国内煤矸石的平均年产量约为2亿吨，积存量高达38亿吨。更值得注意的是，这种废弃物引起的环境污染和土地占用问题，不仅给企业的发展带来困难，也大大降低了周边居民的生活质量。因此，如何有效地降低煤矸石的存量并获得有效的回收再利用成为政府和企业当前亟待解决的问题。煤矸石的化学组成包含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O等，其中SiO₂和Al₂O₃占据煤矸石中的主要组分，是制备陶瓷砖的必要成分。据报道，这种煤矸石可以应用在发电、制备建材、提炼元素、筑基修路和充填采空区等领域。然而这些应用对技术和设备的要求过高，前期以及后期的处理工艺过于复杂，成本也较高。因此，煤矸石的利用率仍然是比较低的。另一方面，脱硫石膏为火力发电厂湿式石灰石-石膏法脱硫工艺的主要副产品，其成分主要为二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，仅2010年我国脱硫石膏产量就已经高达2000万吨，如何有效地回收利用引起人们的广泛关注。

在相关透水陶瓷砖的开发研究中，公开号为CN105330331A的专利报道了一种节能型烧结透水砖材料，其组成配比和工艺如下：1)组成配比：污水厂污泥40～43％，稻壳6～7％，钾长石粉4～5％，粉煤灰10～12％，煤矸石14～16％，页岩18～20％，铝铬渣9～11％等。2)工艺：将各原料进行预处理、粉磨、造粒、压制成型并烧结制备而成。该专利以污泥、粉煤灰、页岩、煤矸石和铝铬渣等为原料，制备透水砖，其烧结温度在1150℃，透水系数为2.29×10^-2cm/s，抗弯强度为55.2MPa，25次冻融循环抗压强度损失小于20％。但是煤矸石废渣的利用率较低(仅为14～16％)，原料成分复杂，加工难度大，成本相对高，且未涉及煤矸石-脱硫石膏-碳酸钙体系透水陶瓷砖及其制备方法。

公开号为CN106518005A的专利公开了一种利用废砖块制备的烧结透水砖材料，1)组成配比：废砖块50～60份，淀粉厂污泥粉15～20份，中药渣5～15份，粘土8～13％，蒙脱石粉5～10份，松香树脂1份等。2)工艺：将各原料进行预处理、制坯、干燥并烧结制备而成。该专利以废砖块、淀粉厂污泥、中药渣、粘土和蒙脱石粉等来制备透水砖，烧结温度在1050～1100℃，保温1～2h。该发明实现了废弃物的循环利用，透水系数达4×10^-2cm/s以上，具有原料来源广泛和成本低等特点。显然，该专利原料成分较复杂，加工难度较大，成本相对较高，且未涉及煤矸石或脱硫石膏等废渣的利用，也未涉用煤矸石-脱硫石膏-碳酸钙体系透水陶瓷砖及其制备方法。

发明内容