赤泥透水砖的制备及性能研究
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图 1给出了透水砖样品的透水系数与样品中骨 料占固体原料比例之间的关系。样品中膨润土与骨 料合计占 固体原料 的 90% , 玻璃 粉占固 体原 料的 10% ; 水玻璃添加量为固体原料的 8% 。从图中可
# 155#
总第 402期
金属 矿山
2009年第 12期
以看出, 透水系数与骨料占固体原料比例成正比, 说 明骨料含量越多, 颗粒之间的孔隙越发育, 透水系数 也就越大, 反映出以粒间孔隙为渗水通道的多孔材 料的共同特点。对比 1 080 e 和 1 050 e 的烧结样 品, 可以发现两者的透水系数有着相同的变化规律。 综合考虑样品的成型性、坯体强度以及烧成后样品 的强度, 确定骨料占固体原料的比例为 82% 。
表 5 水玻璃添加量对透水系数 的影响
样号
水玻璃添加量 /%
成型采用 DY - 50 型电动液压制样机, 样品干 燥采用 202- 1型干燥箱, 样品烧结采用 SSX - 1216 高 温电 阻炉 。 2. 3 样品测试
力学性能测试按 JC /T 945) 2005的规定进行。 抗压强度测试设备为 WEW - 600A 液压万能试验
机, 加载速度 约 0. 5 MP a / s; 抗折强度 测试设 备为 WDW 1020 微控电子万能材料试验机, 加载速度约 0. 4 M Pa / s。
另一方面, 现代城市的地表越来越多地被建筑 物和混凝土等所覆盖。这种地表的 / 硬化 0使得大 气降水难以及时渗入地下, 地表径流增多, 形成 / 热 岛效应 0以及排水不足, 引起内涝、城市地表沉降等 环境问题。而多孔透水砖作为一种环境材料 [ 2 ] , 应 用于道路、广场的铺设, 可以使部分降水渗入地下, 减少地表径流, 从而较好地解决上述问题。
K eywords R ed m ud, W a ter perm eable br ick, Permeability coeffic ient, Compression strength, A brasion resistance
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废 渣。一般平均每生产 1 t 氧化铝, 附带产生 1. 0 ~ 2. 0 赤t 泥。我国作为世界第 4大氧化铝生产国, 自 1954年建成第 1个氧化铝厂至今, 累计排放赤泥已 超过 5 000万 ,t 目前 每年排放 的赤泥高 达数百万 吨。除少部分得到利用外 [ 1 ] , 大量的赤泥只能采用 堆场堆放, 占用了大片土地, 也对环境造成了严重的 污染。所以, 实现多渠道、大宗量的赤泥资源化, 最 大限度地减少赤泥的危害已迫在眉睫。
Ser ies N o. 402 D ecem ber 2009
金 属矿 山
M ETAL M IN E
总 第 402期 2009年第 12期
赤泥透水砖的制备及性能研究
李国昌 王 萍
(山东理工大学 )
摘 要 以山东铝业公司赤 泥为主要原料制备透水砖, 并对制品性能的主 要影响因素 进行了考 察。试验结果 表明: 透水砖骨料的合适配方为赤泥 55% , 粉煤灰 35% , 膨润土 10% ; 骨 料的烧结温 度以 1 150 e 为 宜。用该条件 下所得骨料制备透水砖 的适宜条件为: 砖的固体原料中 骨料占 82% , 膨润 土占 8% , 玻璃粉 占 10% ; 水玻璃 按固体 原料的 8% 添加; 砖坯成型压力 40 M P a; 烧结温度 1 080 e , 烧结时间 60 m in。制得的赤泥透水砖抗压强度 为 35. 32 M Pa, 透水系数为 0. 028 cm / s, 磨坑长度为 27. 35 mm。
Abstrac t T he red m ud from Shandong A lum inum s Company w ere used to prepare wa ter pe rmeable br ick, and then the m a in factors of affecting the performance of the br icksw ere investigated. The experim ent resu lts show ed that the su itab le form ula for aggreg ate of the w ater pe rm eable bricks are red m ud o f 55% , fly ash 35% , benton ite 10% a t an appropr ia te sinter ing temperatu re o f 1 150 e . U sing th is agg regate to m ake the br icks, the appropr ia te cond itions consist of the agg rega te of 82% in solid m ater ia l o f br icks, bentonite of 8% , g lass powder o f 10% , wa ter g lass accoun ting fo r 8% of so lid materia l at brick mo lding pressure o f 40 M P a, sinter ing temperature 1 080 e , and sin tering tim e 60 m in. T he com pressiv e streng th o f red m ud w ater-perm eab le brick ob tained is 35. 32 M P a w ith perm eability coeffic ient of 0. 028 cm / s, w ea r leng th o f 27. 35 mm.
1 200 21. 11 2. 1 熔融、亮釉
从表 4可以看出: 总体上, 随着赤泥加入量的增 多, 相同烧结温度下骨料的收缩率和体积密度增大。 配料方案 3, 4在 1 200 e 时 出现了亮釉和 熔融现 象, 体积密度非但不增, 反而有所降低, 说明已经过 烧。其原 因是赤 泥量大 时易熔 组分 F e2 O3, N a2 O, K2O, T iO2 等增多。综合考虑各方面的因素, 确定骨 料的烧结温度为 1 150 e , 骨料中赤泥的添加量为 55% ( 粉煤灰 35% , 膨润土 10% ) 。以下试验 均采 用按此条件制备的骨料。 3. 2 赤泥透水砖的透水性能
( 4) 其他原料。成型 粘结剂水玻璃, 助熔剂玻 璃粉。
2 试验方法
2. 1 骨料的制备 透水砖的透水性依赖于骨料颗粒之间形成的连
通孔隙, 因此, 制备透水砖必须先制备具有一定粒度 的骨料颗粒。骨料制备的工艺流程为: 原料 + 辅料 y 搅拌 y困料 y 挤条 y干燥 y 破碎 y 烧成 y骨料。
骨料的原 料配比 为赤泥 50% ~ 65% , 粉 煤灰 25% ~ 35% , 膨润土 10% ~ 15% 。制备工艺要点如 下: 将原料按配方称量后 加适量水搅拌均 匀, 困料 20 h左右, 在挤条机上挤出泥条, 干燥 24 h, 破碎, 在 一定温度下烧结 30 m in, 然后自然冷却。 2. 2 透水砖的制备
表 4 骨料烧成收缩率及体积 密度
配料
原料配比 /%
烧结温度 收缩率 体积密度 外观
方案 赤泥 粉煤灰 膨润土 /e
/% / ( g / cm3 ) 特征
1 100 3. 13 1. 6 疏松多孔
1 50 35 15 1 150 8. 26 2. 1 有孔
1 200 19. 45 2. 3 致密 1 100 3. 78 1. 6 多孔
关键词 赤泥 透 水砖 透水系数 抗压强度 耐磨性能
S tudy on P reparation and Perform ances of the W ater P erm eab le Br ick from R ed M ud
L i Guochang W ang P ing
( Shandong Univers ity of T echnology )
耐磨性测试按 GB /T 12988) 91的规定进行, 测 试设备为 CM 无釉瓷砖耐磨试验机, 磨损介质为标 准砂。
透水系数测试按 JC /T 945) 2005的规定进行, 试验用水为蒸馏水。
3 试验结果和讨论
3. 1 骨料配比及烧结温度 骨料配比和烧结温度的确定以骨料烧成收缩率
及烧结体密度 为依据。试 样尺寸 为 100 mm @ 100 mm @ 20 mm, 成型压力为 40 M Pa, 烧结温度分别为 1 100 e , 1 150 e , 1 200 e , 烧结时间为 60 m in。试 验结果见表 4。
表 2 粉煤灰粒度分布
粒级 /mm
含量 /%
> 0. 20
0. 20~ 0. 15
2. 58 2. 62
0. 15~ 0. 09
0. 09~ 0. 076
0. 076 ~ 0. 055
< 0. 055
27. 76 20. 34 30. 18 16. 52
表 3 粉煤灰物理性能
堆积密度 / ( g/ cm 3 )
( 2) 粉煤灰。粉煤灰为白杨河电厂湿排灰, 其
李国昌 ( 1960) ) , 男, 山东 理 工大 学 材 料科 学 与 工程 学 院, 教授, 255091 山东省淄博市张店区张周路 12 号。
李国昌等: 赤泥透水砖的制备及性能研究
2009年第 12期
化学成分见表 1, 粒度分布见表 2, 物理性能见表 3。
相对密度 / ( g / cm3 )
灰分 /%
理论热值 / ( kJ / kg)
表观热值 / ( k J /kg)
0. 902
2. 03
92. 81
588
368
( 3) 膨润土。潍坊产钙 基膨润土, 主要矿物为 蒙脱石、埃洛石、石英等, 蒙脱石 的含量占 78% 左 右, 化学成分见表 1。膨润土的阳离子交换容量为 69. 7 mm ol /g, 膨胀容 为 7. 4 mL / g, 胶 质价为 3. 73 mL / g, 吸蓝量为 0. 35 g / g。
2 55 35 10 1 150 8. 65 2. 2 有孔
1 200 19. 66 2. 3 致密
1 100 5. 67 1. 7 多孔 3 60 30 10 1 150 9. 83 2. 2 致密
1 200 1 100
21. 04 3. 34
2. 2 致密、亮釉 1. 6 多孔
4 65 25 10 1 150 10. 45 2. 3 致密
透水砖制备工艺流程为: 骨料 + 辅料 y 搅拌 y 困料 y 成型 y干燥 y 烧成 y制品。
透水砖的原料配比为固体原料 ( 100% ) 中骨料 占 72% ~ 87% , 膨 润 土 占 18% ~ 3% , 玻 璃粉 占 10% ; 粘结剂水玻璃的添加量为固体原料的 6% ~ 10% 。制备工艺要点如下: 将固体原料按配方称量 后加粘结剂搅拌均匀, 困料 12~ 24 h; 坯体成型采用 半干法压制成型工艺, 成型压力 40 MP a; 坯体干燥 36 h, 在一定温度下烧结 60 m in, 然后自然冷却。
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本研究在以往工作的基础上 [ , 3-5] 通过试验, 利
用赤泥及其他辅助原料制备出了性能良好的多孔透
水砖, 为赤泥的综合利用提供了一条新途径。
1 试验原料
( 1)赤泥。本次试验采用的是山东铝业公司排
放的赤泥, 为自然干燥碎样, 其化学成分见表 1。
表 1 原料化学成分
%
原料
化学成分含量 S iO 2 A l2 O3 F e2O3 C aO M gO T iO2 K2ຫໍສະໝຸດ BaiduO N a2 O 烧失
赤 泥 21. 10 5. 41 10. 03 44. 04 - 2. 02 0. 65 2. 74 14. 01
粉煤灰 51. 11 24. 76 8. 03 4. 04 2. 02 - 0. 78 1. 05 8. 01
膨润土 58. 77 20. 05 6. 00 2. 19 2. 49 0. 13 1. 84 0. 48 8. 05
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总第 402期
金属 矿山
2009年第 12期
以看出, 透水系数与骨料占固体原料比例成正比, 说 明骨料含量越多, 颗粒之间的孔隙越发育, 透水系数 也就越大, 反映出以粒间孔隙为渗水通道的多孔材 料的共同特点。对比 1 080 e 和 1 050 e 的烧结样 品, 可以发现两者的透水系数有着相同的变化规律。 综合考虑样品的成型性、坯体强度以及烧成后样品 的强度, 确定骨料占固体原料的比例为 82% 。
表 5 水玻璃添加量对透水系数 的影响
样号
水玻璃添加量 /%
成型采用 DY - 50 型电动液压制样机, 样品干 燥采用 202- 1型干燥箱, 样品烧结采用 SSX - 1216 高 温电 阻炉 。 2. 3 样品测试
力学性能测试按 JC /T 945) 2005的规定进行。 抗压强度测试设备为 WEW - 600A 液压万能试验
机, 加载速度 约 0. 5 MP a / s; 抗折强度 测试设 备为 WDW 1020 微控电子万能材料试验机, 加载速度约 0. 4 M Pa / s。
另一方面, 现代城市的地表越来越多地被建筑 物和混凝土等所覆盖。这种地表的 / 硬化 0使得大 气降水难以及时渗入地下, 地表径流增多, 形成 / 热 岛效应 0以及排水不足, 引起内涝、城市地表沉降等 环境问题。而多孔透水砖作为一种环境材料 [ 2 ] , 应 用于道路、广场的铺设, 可以使部分降水渗入地下, 减少地表径流, 从而较好地解决上述问题。
K eywords R ed m ud, W a ter perm eable br ick, Permeability coeffic ient, Compression strength, A brasion resistance
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废 渣。一般平均每生产 1 t 氧化铝, 附带产生 1. 0 ~ 2. 0 赤t 泥。我国作为世界第 4大氧化铝生产国, 自 1954年建成第 1个氧化铝厂至今, 累计排放赤泥已 超过 5 000万 ,t 目前 每年排放 的赤泥高 达数百万 吨。除少部分得到利用外 [ 1 ] , 大量的赤泥只能采用 堆场堆放, 占用了大片土地, 也对环境造成了严重的 污染。所以, 实现多渠道、大宗量的赤泥资源化, 最 大限度地减少赤泥的危害已迫在眉睫。
Ser ies N o. 402 D ecem ber 2009
金 属矿 山
M ETAL M IN E
总 第 402期 2009年第 12期
赤泥透水砖的制备及性能研究
李国昌 王 萍
(山东理工大学 )
摘 要 以山东铝业公司赤 泥为主要原料制备透水砖, 并对制品性能的主 要影响因素 进行了考 察。试验结果 表明: 透水砖骨料的合适配方为赤泥 55% , 粉煤灰 35% , 膨润土 10% ; 骨 料的烧结温 度以 1 150 e 为 宜。用该条件 下所得骨料制备透水砖 的适宜条件为: 砖的固体原料中 骨料占 82% , 膨润 土占 8% , 玻璃粉 占 10% ; 水玻璃 按固体 原料的 8% 添加; 砖坯成型压力 40 M P a; 烧结温度 1 080 e , 烧结时间 60 m in。制得的赤泥透水砖抗压强度 为 35. 32 M Pa, 透水系数为 0. 028 cm / s, 磨坑长度为 27. 35 mm。
Abstrac t T he red m ud from Shandong A lum inum s Company w ere used to prepare wa ter pe rmeable br ick, and then the m a in factors of affecting the performance of the br icksw ere investigated. The experim ent resu lts show ed that the su itab le form ula for aggreg ate of the w ater pe rm eable bricks are red m ud o f 55% , fly ash 35% , benton ite 10% a t an appropr ia te sinter ing temperatu re o f 1 150 e . U sing th is agg regate to m ake the br icks, the appropr ia te cond itions consist of the agg rega te of 82% in solid m ater ia l o f br icks, bentonite of 8% , g lass powder o f 10% , wa ter g lass accoun ting fo r 8% of so lid materia l at brick mo lding pressure o f 40 M P a, sinter ing temperature 1 080 e , and sin tering tim e 60 m in. T he com pressiv e streng th o f red m ud w ater-perm eab le brick ob tained is 35. 32 M P a w ith perm eability coeffic ient of 0. 028 cm / s, w ea r leng th o f 27. 35 mm.
1 200 21. 11 2. 1 熔融、亮釉
从表 4可以看出: 总体上, 随着赤泥加入量的增 多, 相同烧结温度下骨料的收缩率和体积密度增大。 配料方案 3, 4在 1 200 e 时 出现了亮釉和 熔融现 象, 体积密度非但不增, 反而有所降低, 说明已经过 烧。其原 因是赤 泥量大 时易熔 组分 F e2 O3, N a2 O, K2O, T iO2 等增多。综合考虑各方面的因素, 确定骨 料的烧结温度为 1 150 e , 骨料中赤泥的添加量为 55% ( 粉煤灰 35% , 膨润土 10% ) 。以下试验 均采 用按此条件制备的骨料。 3. 2 赤泥透水砖的透水性能
( 4) 其他原料。成型 粘结剂水玻璃, 助熔剂玻 璃粉。
2 试验方法
2. 1 骨料的制备 透水砖的透水性依赖于骨料颗粒之间形成的连
通孔隙, 因此, 制备透水砖必须先制备具有一定粒度 的骨料颗粒。骨料制备的工艺流程为: 原料 + 辅料 y 搅拌 y困料 y 挤条 y干燥 y 破碎 y 烧成 y骨料。
骨料的原 料配比 为赤泥 50% ~ 65% , 粉 煤灰 25% ~ 35% , 膨润土 10% ~ 15% 。制备工艺要点如 下: 将原料按配方称量后 加适量水搅拌均 匀, 困料 20 h左右, 在挤条机上挤出泥条, 干燥 24 h, 破碎, 在 一定温度下烧结 30 m in, 然后自然冷却。 2. 2 透水砖的制备
表 4 骨料烧成收缩率及体积 密度
配料
原料配比 /%
烧结温度 收缩率 体积密度 外观
方案 赤泥 粉煤灰 膨润土 /e
/% / ( g / cm3 ) 特征
1 100 3. 13 1. 6 疏松多孔
1 50 35 15 1 150 8. 26 2. 1 有孔
1 200 19. 45 2. 3 致密 1 100 3. 78 1. 6 多孔
关键词 赤泥 透 水砖 透水系数 抗压强度 耐磨性能
S tudy on P reparation and Perform ances of the W ater P erm eab le Br ick from R ed M ud
L i Guochang W ang P ing
( Shandong Univers ity of T echnology )
耐磨性测试按 GB /T 12988) 91的规定进行, 测 试设备为 CM 无釉瓷砖耐磨试验机, 磨损介质为标 准砂。
透水系数测试按 JC /T 945) 2005的规定进行, 试验用水为蒸馏水。
3 试验结果和讨论
3. 1 骨料配比及烧结温度 骨料配比和烧结温度的确定以骨料烧成收缩率
及烧结体密度 为依据。试 样尺寸 为 100 mm @ 100 mm @ 20 mm, 成型压力为 40 M Pa, 烧结温度分别为 1 100 e , 1 150 e , 1 200 e , 烧结时间为 60 m in。试 验结果见表 4。
表 2 粉煤灰粒度分布
粒级 /mm
含量 /%
> 0. 20
0. 20~ 0. 15
2. 58 2. 62
0. 15~ 0. 09
0. 09~ 0. 076
0. 076 ~ 0. 055
< 0. 055
27. 76 20. 34 30. 18 16. 52
表 3 粉煤灰物理性能
堆积密度 / ( g/ cm 3 )
( 2) 粉煤灰。粉煤灰为白杨河电厂湿排灰, 其
李国昌 ( 1960) ) , 男, 山东 理 工大 学 材 料科 学 与 工程 学 院, 教授, 255091 山东省淄博市张店区张周路 12 号。
李国昌等: 赤泥透水砖的制备及性能研究
2009年第 12期
化学成分见表 1, 粒度分布见表 2, 物理性能见表 3。
相对密度 / ( g / cm3 )
灰分 /%
理论热值 / ( kJ / kg)
表观热值 / ( k J /kg)
0. 902
2. 03
92. 81
588
368
( 3) 膨润土。潍坊产钙 基膨润土, 主要矿物为 蒙脱石、埃洛石、石英等, 蒙脱石 的含量占 78% 左 右, 化学成分见表 1。膨润土的阳离子交换容量为 69. 7 mm ol /g, 膨胀容 为 7. 4 mL / g, 胶 质价为 3. 73 mL / g, 吸蓝量为 0. 35 g / g。
2 55 35 10 1 150 8. 65 2. 2 有孔
1 200 19. 66 2. 3 致密
1 100 5. 67 1. 7 多孔 3 60 30 10 1 150 9. 83 2. 2 致密
1 200 1 100
21. 04 3. 34
2. 2 致密、亮釉 1. 6 多孔
4 65 25 10 1 150 10. 45 2. 3 致密
透水砖制备工艺流程为: 骨料 + 辅料 y 搅拌 y 困料 y 成型 y干燥 y 烧成 y制品。
透水砖的原料配比为固体原料 ( 100% ) 中骨料 占 72% ~ 87% , 膨 润 土 占 18% ~ 3% , 玻 璃粉 占 10% ; 粘结剂水玻璃的添加量为固体原料的 6% ~ 10% 。制备工艺要点如下: 将固体原料按配方称量 后加粘结剂搅拌均匀, 困料 12~ 24 h; 坯体成型采用 半干法压制成型工艺, 成型压力 40 MP a; 坯体干燥 36 h, 在一定温度下烧结 60 m in, 然后自然冷却。
# 154#
本研究在以往工作的基础上 [ , 3-5] 通过试验, 利
用赤泥及其他辅助原料制备出了性能良好的多孔透
水砖, 为赤泥的综合利用提供了一条新途径。
1 试验原料
( 1)赤泥。本次试验采用的是山东铝业公司排
放的赤泥, 为自然干燥碎样, 其化学成分见表 1。
表 1 原料化学成分
%
原料
化学成分含量 S iO 2 A l2 O3 F e2O3 C aO M gO T iO2 K2ຫໍສະໝຸດ BaiduO N a2 O 烧失
赤 泥 21. 10 5. 41 10. 03 44. 04 - 2. 02 0. 65 2. 74 14. 01
粉煤灰 51. 11 24. 76 8. 03 4. 04 2. 02 - 0. 78 1. 05 8. 01
膨润土 58. 77 20. 05 6. 00 2. 19 2. 49 0. 13 1. 84 0. 48 8. 05