专利名称：一种利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的方法。
背景技术：
目前江河淤积泥沙主要通过传统烧成方法生产建筑材料，如黄河泥沙烧结内燃 砖、黄河泥沙灰砂实心砖、黄河泥沙烧结空心砖、黄河泥沙烧结多孔砖(承重空心砖)、黄河 泥沙建筑瓦和琉璃瓦等建筑材料。如中国知识产权局2008年9月3日公开的公开号CN 1948204为发明专利申请《一种黄河泥沙节能砖及其生产方法》。所公开的方法由以下重量 百分比的原料组成黄河泥沙50-64 %，煤矸石35-45 %，添加剂0_10 %。将混合后的原材 料送入挤砖机挤出成型，成型体干燥后送入轮窑烧成得到成品。传统方法中烧成温度比较 高，一般在800°C以上，而且烧结时间比较长，一般在24小时以上，故耗能高，成本高。又如 中国知识产权局2008年9月3日公开的公开号CN 101255045为发明专利申请《一种利用 黄河泥沙制成的免烧砖及其生产方法》，所公开的方法是由如下重量配比的原料混合后，用 压机挤压而成的免烧砖，黄河泥沙50 70%，氟石膏粉20 30%，水泥5 10%，硫酸 铝钾3 5%，丙烯酸类建筑用胶粉2 5%。这种方法生产免烧砖需添加水泥等多种添 加物，而且免烧砖强度不强，制约大规模工业化应用。中国知识产权局专利号为ZL 2005 1 0096205. 5的发明专利《将江河淤积泥沙固化成陶瓷建筑材料的方法》虽然在制备温度以及 产品的强度上有了很大改进，但是由于江河淤积泥沙中含有有机质，阻碍了泥沙颗粒间的 接触，影响其反应，以及有机质的挥发等原因制约了制品强度的进一步提高。本申请是在《将江河淤积泥沙固化成陶瓷建筑材料的方法》专利的基础上，通过对 泥沙进行煅烧预处理去除泥沙中的有机物，而且煅烧使泥沙中某些矿物脱去层间水，使其 成为不稳定的状态，增大了泥沙的活性，提高了反应速度，进而得到了高强度建筑材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的 方法。本发明提出的利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的方法，具体步 骤如下(1)泥沙的前处理将所取淤积泥沙在300°C 1000°C温度下进行煅烧，煅烧时间为1-6小时，冷却后 的泥沙即可作为水热处理的始料；(2)成型向步骤(1)所得的泥沙中添加消石灰组成混合料，使混合物料中CaO与SiO2的摩 尔比为0.2 1 1.2 1，然后加入混合料总重量5% 20%的水，混合均勻后，放入模具 中成型，控制成型压强为10 40MPa ；
(3)水热处理将脱模后的成型品放入水热反应釜内，在温度为70 200°C、压强为0. 1 1. 55MPa的饱和蒸汽压下水热处理1 36h，即得所需产品。本发明中，煅烧的目的是除去泥沙中所含的有机物、去除矿物中的结合水和结晶 水或使某些矿物分解、结构达不稳态，以提高泥沙的反应活性。
本发明的方法为水热固化法，与传统烧成工艺相比，水热固化温度低，节约能源。 煅烧处理可以去除淤积泥沙中吸附水和有机物，使其结构为不稳定状态，所以反应活性提 高，进而增强产品的强度。
图1水热固化未煅烧和800°C煅烧后泥沙样品的抗弯强度比较。图2800°C煅烧时间对水热固化样品抗弯强度的影响。图3300°C泥沙煅烧后水的加入量对水热固化样品抗弯强度的影响。图4300°C泥沙煅烧后成型压强对水热固化样品抗弯强度的影响。图5泥沙未煅烧和煅烧后消石灰的添加量对样品抗弯强度的影响。图6泥沙未煅烧和500°C煅烧后不同Ca/Si对样品生成物相的影响。图6泥沙未煅烧和煅烧后水热固化时间对样品抗弯强度的影响。
图7泥沙未煅烧和500 0C煅烧后水热固化样品的SEM图。
图8泥沙在500°C煅烧前后经水热固化后的样品微观形貌。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1 选取300°C煅烧6小时后的江河淤积泥沙作为主原料，消石灰为添加料。将上述原 料按一定比例混合，使其CaCVSiO2摩尔比为0.2 1。然后，向上述混合料中加入混合料总 重量5%的水，混合均勻后，在压机上成型(成型压强为20MPa)。最后，将脱模后的样品放入 反应釜内，在条件为温度70°C、时间1小时下水热固化，待水热反应结束后，将样品取出， 即得到最终的产品。实施例2 选取500°C煅烧1小时后的江河淤积泥沙作为主原料，消石灰为添加料。将二者 按一定比例混合，使混合料中的CaCVSiO2摩尔比为0.6 1。然后，向上述混合料中加入混 合料总量10%的水，混合均勻后，在压机上成型(成型压强为30MPa)。最后，将脱模后的成 型体放入反应釜内，在水热固化温度为100°C，固化时间为12小时下固化，待水热反应结束 后，将样品取出，即得到最终的产品。实施例3 选取500°C煅烧2小时后江河淤积泥沙为主原料，消石灰为添加料。将上述原料按 一定比例混合，使混合料中的&0/5102摩尔比为0.8 1。然后，向上述混合料中加入混合 料总量10%的水，混合均勻后，在压机上成型(成型压强为40MPa)。最后，将脱模后的成型 体放入反应釜内，在温度为150°C，24小时下水热固化，待水热反应结束后，将样品取出，即 得到最终的产品。
实施例4 选取800°C煅烧2小时后江河淤积泥沙为主原料，消石灰为添加料。将上述原料混 合，使混合料中的CaCVSiO2摩尔比为1 1。然后，向上述混合料中加入混合料总量15% 的水，混合均勻后，在压机上成型(压强为IOMPa)。最后，将脱模后的成型体放入反应釜内， 在温度为200°C，时间为36小时下水热固化，待水热反应结束后，将样品取出，即得到最终 的产品。实施例5:
选取1000°C煅烧2小时后江河淤积泥沙为主原料，消石灰为添加料。将上述原料 混合，使混合料中的CaCVSiO2摩尔比为1.2 1。然后，向上述混合料中加入混合料总量 20%的水，混合均勻后，在压机上成型(成型压强为30MPa)。最后，将脱模后的成型体放入 反应釜内，在温度为200°C，时间为9小时的条件下水热固化，待水热反应结束后，将样品取 出，即得到最终的产品。水热固化煅烧后江河淤积泥沙为高强度材料的硬化机理是泥沙煅烧可以去除泥 沙中的有机物、层间水和结合水，形成不稳定的结构，进而提高泥沙的反应活性。水热固化 属于溶解-沉淀过程，在水热条件下泥沙中矿物的溶解度得到大大提高，加速生成水化硅 酸钙，水化硅酸钙的生成增加了样品的致密度，所以强度得到初步提高。随着反应的进行， 水化硅酸钙转化为层状结构的托勃莫来石，其呈纤维状或片状，互相交织在一起，填充在泥 沙颗粒间的空隙中，对强度的最终提高起着至关重要作用。下面以某地黄河淤积泥沙作实验进一步说明本发明图1给出了煅烧处理2小时对水热固化后样品强度的影响。从图中可以看出，在 &/^102摩尔比相同时，未煅烧泥沙水热固化样品的抗弯强度远低于泥沙800°C煅烧后水热 固化样品的抗弯强度。表明煅烧处理可提高样品强度。图2给出了 800°C下不同煅烧时间的样品抗弯强度。从图中可以看出，煅烧时间从 2小时开始，样品抗弯强度变化不大。而较少的煅烧时间下样品抗弯强度较低，可能是因为 煅烧不彻底所致。图3说明了水的添加量对淤积泥沙固化体强度的影响。通过向300°C煅烧2小时 后的淤积泥沙和消石灰的混合物(Ca0/Si02 = 0. 8)中加入5%、10%、15%和20%的水，混 合均勻后在30MPa压强下成型，成型体在200°C下水热固化12小时。可以看出，随着水的添 加量的增大，样品抗弯强度增大，但当水加入过多时，制品强度增加不明显。图4表明成型压力对样品抗弯强度的影响。300°C煅烧2小时的泥沙和消石灰的 混合物(Ca0/Si02 = 0.8)中加入10%的水，混合均勻后放入模具中成型，成型压强分别为 10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，脱模后的成型体在200°C下水热固化12小时。由图可知，样品 强度随成型压力的增大而增大。但过大的成型压力对强度提高并不明显。图5说明了消石灰的加入量(Ca0/Si02)以及泥沙煅烧对样品抗弯强度的影响。泥 沙的煅烧温度分别为300 V、500 V、800°C和1000°C，时间为2小时。可以看出，泥沙未煅烧 时，CaCVSiO2比在0.8时，样品强度最高；而煅烧后，同等煅烧温度下，随CaCVSiO2比的增大 而增大，CaCVSiO2比为0. 6时，各煅烧温度下的样品抗弯强度最大，随后强度有所下降。随着 泥沙煅烧温度的提高，在相同CaCVSiO2的条件下，800°C温度煅烧的样品强度最高，在CaO/ SiO2比为0. 8时的抗弯强度高达23MPa。但是1000°C煅烧后的样品强度呈下降趋势，低于500°C煅烧的样品，略高于未煅烧的样品。说明泥沙的最佳煅烧温度为800°C，过烧会对强度 提高起到负面影响，但总体而言，煅烧后样品强度优于未煅烧的。图6给出了未煅烧和500°C煅烧2小时后样品中的物相随消石灰的添加量加入量 (Ca0/Si02)变化的XRD图谱。水热固化条件为10%的水，30MPa成型，200°C水热处理12小 时。由图(a)可知，泥沙未经煅烧时，所含物相包括石英、长石、斜硅钙石和斜方钙沸石等。 当CaCVSiO2为0. 6时，出现了新相托勃莫来石，而且托勃莫来石的衍射峰不十分明显。由 图(b)可知，煅烧后泥沙在CaCVSiO2为0.4时就出现了托勃莫来石相。说明煅烧使得托勃 莫来石相更容易生成。
图7为水热固化时间对泥沙煅烧前后处理的样品抗弯强度的影响。泥沙的煅烧 条件与图5相同。由图可知，在相同的煅烧处理后，泥沙与消石灰的混合物(CaCVSiO2 = 0.8) 200°C水热固化24小时的强度最高，延长固化时间时样品抗弯强度开始下降。在泥沙 煅烧后的样品中，800°C的抗弯强度高于其他煅烧温度下的样品强度，其次为500°C，1000°C 和300°C。说明泥沙的最佳煅烧温度为800°C，而泥沙过烧(IOO(TC)对样品强度的提高起 到一定的负面影响，比较浪费能源。此外，从图中可以发现，煅烧处理的泥沙与消石灰的混 合物(Ca0/Si02 = 0. 8)，短时间水热固化后样品强度明显高于煅烧前的。表明，煅烧的确有 利于提高泥沙的活性。图8给出了泥沙在500°C煅烧前后经水热固化后的样品微观形貌。水热固化条件 为Ca0/Si02*0. 8，10%的水，3010^成型，2001水热处理12小时。由图(a)(所用泥沙未 煅烧)和图b(500°C煅烧)可知，样品中生成了相互粘结的网络状托勃莫来石，它们充满了 泥沙颗粒间隙，对强度提高起着重要作用。以上对本发明进行了详细的介绍，文中应用了具体的实例对本发明进行阐述，这 是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员可以 容易地对这些实施例做出各种修改，并把在本发明的思想应用到其他实施例中而不必经过 创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对 于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的方法，其特征在于具体步骤如下(1)泥沙的前处理将所取淤积泥沙在300℃～1000℃温度下进行煅烧，煅烧时间为1-6小时，冷却后的泥沙即可作为水热处理的始料；(2)成型向步骤(1)所得的泥沙中添加消石灰组成混合料，使混合物料中CaO与SiO2的摩尔比为0.2∶1～1.2∶1，然后加入混合料总重量5％～20％的水，混合均匀后，放入模具中成型，控制成型压强为10～40MPa；(3)水热处理将脱模后的成型品放入水热反应釜内，在温度为70～200℃、压强为0.1～1.55MPa的饱和蒸汽压下水热处理1～36h，即得所需产品。
全文摘要
本发明涉及一种利用煅烧提高活性制备淤积泥沙成高强度建筑材料的方法。具体步骤为将所取淤积泥沙在300℃～1000℃温度下进行煅烧，煅烧时间为1-6小时，冷却后的泥沙即可作为水热处理的始料；向所得的泥沙中添加消石灰组成混合料，使混合物料中CaO与SiO2的摩尔比为0.2∶1～1.2∶1，然后加入混合料总重量5％～20％的水，混合均匀后，放入模具中成型，控制成型压强为10～40MPa；将脱模后的成型品放入水热反应釜内，在温度为70～200℃、压强为0.1～1.55MPa的饱和蒸汽压下水热处理1～36h，即得所需产品。本发明通过对淤积泥沙的煅烧处理，提高了泥沙的反应活性，使产品强度大为提高。
文档编号C04B14/06GK101844906SQ201010148419
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者冉献强, 周磊, 景镇子, 潘晓辉, 鲁磊 申请人:同济大学