用工業(yè)廢渣與水泥生產(chǎn)免燒免蒸磚的工藝介紹

　　工業(yè)廢渣免燒免蒸磚（以下簡稱免燒磚）是以工業(yè)廢渣為集科，水泥、石灰等為膠結(jié)料，配以外劑壓制成型后，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)而成的。近年來，工業(yè)廢渣免燒磚在我國發(fā)展很快，已成為重要的新型墻體材料之一。 　　      

      工業(yè)廢渣免燒磚與燒結(jié)磚相比因其利用工業(yè)廢渣，又不需燒結(jié)和蒸養(yǎng)，生產(chǎn)成本比燒結(jié)磚低等;吃渣量大，社會(huì)、環(huán)境效益突出;棱角整齊，尺寸準(zhǔn)確，抗壓強(qiáng)度高于7.5MPａ;密實(shí)度在，吸水性小，耐久性能好。 　　      

 1、生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚的原材料
　　生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚的原材料一般包括3大部分：工業(yè)廢渣、固化劑（水泥，石膏）和外加劑
　　1.1　工業(yè)廢渣
　　工業(yè)廢渣在免燒磚的生產(chǎn)中主要起集料作用。許多工業(yè)廢渣都可以用來生產(chǎn)免燒磚，包括：電廠粉煤灰，鋼廠礦渣，有色金屬治煉廠冶煉渣，各種礦業(yè)尾礦，電解銅潭，化學(xué)廢石膏及化學(xué)石灰，建筑廢磚，建筑垃圾等。 　　　　

      各種工業(yè)廢渣的化學(xué)成分、礦物成分、有害物質(zhì)及在利用時(shí)的正副作用都不盡相同，因此利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)免燒磚時(shí)，應(yīng)在分析各種廢渣的特性之后，根據(jù)其強(qiáng)度形成機(jī)理，制定出合理的配方。有的工業(yè)廢渣，在加入適量的固化劑和外加劑后，可以單獨(dú)用來制造免燒磚：如利用粉煤灰，加入河砂和石灰、石膏、水泥及復(fù)合的外加劑，生產(chǎn)出28d強(qiáng)度達(dá)到31MPa的工業(yè)廢渣免燒磚;又如，在經(jīng)過預(yù)處理的鉛鋅尾礦中，加入適量水泥和外加劑，制造出不低于MU10的工業(yè)廢渣免燒磚。而大部分研究是將幾種工業(yè)廢渣相互搭配，優(yōu)劣互補(bǔ)或優(yōu)勢協(xié)同來進(jìn)行利用：例如現(xiàn)在秦晉之好較多的，是將粉煤灰和鋼渣結(jié)合起來制造免燒磚，粉煤灰和鋼渣中的活性成分在固化劑和外加劑的作用下得以激發(fā)，滿足磚的強(qiáng)度要求。粉煤灰料徑比較小，單獨(dú)制磚缺少大顆粒的骨料作用。而具有較大粒徑分布的鋼渣，就可以滿足此條件，由此生產(chǎn)的免燒磚性能較優(yōu)，如利用包鋼的粉煤灰和鋼渣制造出MU10－MU15的免燒磚。在確定工業(yè)廢渣免燒磚配方時(shí)，不但要盡可能地提高廢渣的摻量，同時(shí)應(yīng)盡可能地利用各種廢渣本身有利于生產(chǎn)免燒磚的特性，從而盡可能地降低劑和外加劑的加入量，以有效降低磚的生產(chǎn)成本。
　　此外，有些工業(yè)廢渣因具有放射性，不宜或不能大量地用于制磚，使用前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行放射性檢測。有些工業(yè)廢渣如粉煤灰，使用前必須先進(jìn)行預(yù)處理，除去草根及雜物，有的還需要研磨到需要的料徑后才能使用;又如轉(zhuǎn)爐排出的廢鋼渣，需先經(jīng)過磁選，剔除塊狀鋼塊后，再通過濕法球磨磨到需要的粒徑。
　　廢渣粒徑的大小決定生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚時(shí)是否需要另外再加入骨料。在工業(yè)廢渣免燒磚的配合料中，摻加適量顆粒級(jí)配合適的骨料，可防止磚分層，減少收縮，改善成型時(shí)磚坯的排氣性能，增加密實(shí)度，從而提高磚的強(qiáng)度和耐久性，并可節(jié)約膠結(jié)料用量，降低成本。
　　作為骨料的砂有河砂、山砂和海砂3種。因山砂具有銳利的棱角，能和水泥較好地結(jié)合，而使磚具有較高聽強(qiáng)度，所以選用山砂較好。不過一般能用于建材的砂，都可用于工業(yè)廢渣免燒磚的生產(chǎn)。事實(shí)上，有的廢渣本身就具有骨料的作用，如鋼廠產(chǎn)生 的鋼渣、煤矸石、礦業(yè)尾渣等。
　　1.2　固化劑
　　工業(yè)廢渣免燒磚的固化劑是指能將分散狀的各種原材料在物理、化學(xué)的作用下，固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的膠結(jié)材料，如水泥、石灰、石膏等。
　　1.2.1　水泥
　　水泥在生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚時(shí)，既是膠結(jié)劑，又是活性激發(fā)劑。其有效硅酸二鈣和硅酸三鈣等成分對(duì)磚的初期強(qiáng)度和后期貢獻(xiàn)較大。一般選用高堿性的32.5普通硅酸鹽水泥。 　　　 

　　水泥的加入量越多，對(duì)工業(yè)廢渣免燒磚的耐久性越有益;可是隨著水泥加入量的增大，磚的成本會(huì)隨著提高。為了降低成本，許多生產(chǎn)廠家試圖采用適當(dāng)?shù)墓I(yè)廢渣相互配合或是借助外加劑的作用，在保證磚強(qiáng)度的前提下，盡量少加以至于不加水泥。 如在利用赤泥和粉煤灰制造免燒磚時(shí)，只加入一些堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑，磚的強(qiáng)度能達(dá)到MU15以上。
　　1.2.2　石灰
　　石灰熟化生成氫氧化鈣，對(duì)水泥的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有重要的作用，它同時(shí)是工業(yè)廢渣免燒磚成型的膠結(jié)劑的膠結(jié)劑和堿性激發(fā)劑。但是有些工藝，特別是后期需采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的工業(yè)廢渣免燒磚，利用熟石灰可以簡化工藝，減少磚在廠里停留的時(shí)間，縮短 磚及資金的周轉(zhuǎn)時(shí)間。
　　1.2.3　石膏
　　石膏是生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚的硫酸鹽激發(fā)劑，同時(shí)它和石灰能力協(xié)同效應(yīng)，起著促進(jìn)劑的作用，對(duì)工業(yè)廢渣免燒磚的強(qiáng)度起著直接和間接的作用。一般使用天然石膏效果較好，當(dāng)然，為了降低成本，也可以使用工業(yè)化學(xué)石膏，如工業(yè)磷石膏。
　　在工業(yè)廢渣免燒磚的生產(chǎn)中，固化劑可以單獨(dú)使用，如水泥。而大多數(shù)情況下，視具體情況可將幾種固化劑結(jié)合起來使用，如將石灰和石膏結(jié)合使用，或是石膏、石灰、水泥一起使用，效果都不錯(cuò)。當(dāng)然，應(yīng)用在工業(yè)廢渣免燒磚中的固化劑遠(yuǎn)不止上面3種，還有 一些硫酸鹽類等。同時(shí)，一些工業(yè)廢渣（如堿渣等）也可以在磚的配合料中，充當(dāng)激發(fā)劑的作用。
　　1.3　外加劑
　　工業(yè)廢渣免燒磚可以借助外劑來提高強(qiáng)度，改善性能，穩(wěn)定質(zhì)量。外加劑有很多種，用于工業(yè)廢渣免燒磚的主要有：塑化劑（即減水劑）、早強(qiáng)劑、抗凍劑等。
　　工業(yè)廢渣免燒磚配合料混合的均勻性會(huì)直接影響磚的最終強(qiáng)度。一般情況下，為了提高配合料的混合均勻度，除了加強(qiáng)攪拌外，加入減水劑能有效地增加配合料的流動(dòng)性，大幅度減少拌合用水量，從而提高磚的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等性有也因此得到改善;另一方 面，由于減水劑的分散作用，使得各物料接觸的表面積增加，從而有利于提高反應(yīng)機(jī)率。
　　生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚時(shí)，摻入的減水劑多是親水性的表面活性物質(zhì)，常用的有木質(zhì)素類，如木質(zhì)素磺酸鈣等。早強(qiáng)劑是提高制品早期強(qiáng)度的外加劑，無論是無機(jī)鹽類、有機(jī)鹽類，還是無機(jī)－－有機(jī)復(fù)合早強(qiáng)劑，他們都依靠加速配合料的水化速度來提高磚的早期強(qiáng)度。 使用較多的早強(qiáng)劑有氯化鈉、氯化鈣、三乙醇胺、乙酸胺硫鹽復(fù)合早強(qiáng)劑等。
　　另外，生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚時(shí)，幾種外加劑復(fù)合使用會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，比單獨(dú)使用某種外加劑的效果更明顯。 　　

2.　工業(yè)廢渣免燒磚的生產(chǎn)工藝
　　生產(chǎn)時(shí)注意事項(xiàng)如下：
　?。?）如果用的是干料，需在輪碾時(shí)加入適量的水;如果料中本身已含有水分，視具體情況可不加或少加水。
　?。?）陳化與否應(yīng)視具體情況而定，一般使用生石灰作固化劑就需要陳化，而使用熟石灰則可以免去陳化過程。
　　（3）如需要加水和水泥的，應(yīng)在成型之前加入。
　?。?）加水量、成型壓力等工藝參數(shù)對(duì)磚強(qiáng)度的影響比較大，相應(yīng)的參數(shù)均需要通過試驗(yàn)確定。
3.　強(qiáng)度形成的機(jī)理分析
　　工業(yè)廢渣免燒磚的強(qiáng)度主要來源于以下4個(gè)方面：（1）物理機(jī)械作用;（2）水化反應(yīng); (3)顆粒表面的離子交換和團(tuán)料化作用;(4）相間的界面作用。
　　3.1　物理機(jī)械作用
　　生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚時(shí)，攪拌機(jī)和輪碾機(jī)對(duì)配合料的充分混合，有利外加劑對(duì)物料活性的激發(fā)和物料之間的反應(yīng)，對(duì)磚的強(qiáng)度提高起到更要作用。
　　工業(yè)廢渣免燒磚的初期強(qiáng)度是在磚坯壓力成型過程中獲得的。成型不僅使磚坯具有一定的強(qiáng)度，同時(shí)由于原材料顆粒間緊密接觸，保證了物料顆粒之間的物理化學(xué)作用能夠高效進(jìn)行，為后期強(qiáng)度的形成提供了條件。一般工業(yè)廢渣免燒磚成型壓力要求不低于20MPａ。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明
　　在其它條件相同時(shí)，工業(yè)廢渣免燒磚試件的強(qiáng)度隨成型壓力增加而提高;如果沒有高壓成型作用，即使加入水泥和石灰，也無法形成高強(qiáng)度。
　　3.2　水化反應(yīng)
　　水泥、石灰等膠凝材料的水化產(chǎn)物提供工業(yè)廢渣免燒磚的早期強(qiáng)度，主要的水化反應(yīng)如下：
　　3Ca0.SiO₂＋ｍH₂O->xCaO.SiO₂.yH₂O+(3-x)CA(OH)₂
　　2Ca0.SiO2＋ｍH2O->xCaO.SiO2.yH2O+(2-x)CA(OH)₂
　　4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃+7H₂O->3CaO.Al₂O₃.6H₂O+CaO.Fe₂O₃.H₂O
　　Ca0+H₂O->Ca(OH)₂
　　生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚的原料（如粉煤灰、粘土、爐渣）中，含有的大量活性氧化硅和活件氧化鋁等，在外加劑的作用下與氫化鈣發(fā)生水化反應(yīng)，生成類似于水泥水化產(chǎn)物的水硬性膠凝物質(zhì)：水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，從而不斷提高磚的強(qiáng)度。反應(yīng)式如下：
　　xCa(OH)2+SiO2+mH2O->xCaO.SiO₂.nH₂O(水化硅酸鈣）
　　xCa(OH)2+Al2O3+mH2O->xCaO.Al₂O₃.nH₂O(水化鋁酸鈣）
　　另外，Ca(OH)₂吸收空氣中的CO₂生成CaCO₃晶體結(jié)構(gòu)，即:
　　Ca(OH)₂+CO₂->CaCo₃+H₂O
　　原料中如有石膏存在時(shí)，還有如下反應(yīng)：
　　xCaO.AlO₃.nH₂O+CaSO₂.2H₂O->xCaO.Al₂O₃.(n+2)H₂O(鈣礬石）
　　3.3　顆粒表面的交換和團(tuán)料化作用
　　工業(yè)廢渣免燒磚顆粒物料在水分子的作用下，表面形成1層薄薄的水化膜，2個(gè)帶有水化膜作用下，一部分化學(xué)鍵開始斷裂、電離，形成膠體顆粒體系。膠體顆粒大多數(shù)表面帶有負(fù)電荷，可以吸附陽離子。而不同價(jià)、不同離子半徑的陽離子可以與反應(yīng)生成的Cａ（OH）₂中的Ca²⁺等當(dāng)量吸附交換。
　　由于這些膠體顆粒表面的離子吸附與交換作用，改變了顆粒表面的帶電狀態(tài)，使顆粒形成了一個(gè)個(gè)小的聚集體，從而在后期反應(yīng)中產(chǎn)生強(qiáng)度。
　　3.4　相間的界面反應(yīng)
　　界面科學(xué)家認(rèn)為一切化學(xué)都是從界面開始的。在工業(yè)廢渣免燒磚的強(qiáng)度形成過程中，有著液相與固相及氣相與固相之間的反應(yīng)。比如加水后，水泥等發(fā)生的水化反應(yīng)，就是液相和固相之間的反應(yīng)；而配合料中的Aｃ（OH）₂被空氣中的CO₂碳化生成CａCO₃的反應(yīng)，就是氣相與固相間的反應(yīng)。這些反應(yīng)都
　　是從兩相的界面開始，不斷地深入，使磚的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。
　　綜上所述，配合料的充分混合和成型過程中的加壓，為磚的后期強(qiáng)度奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；通過顆粒表面的離子交換和團(tuán)料化作用、水泥和石灰的水解和原料間的水化反應(yīng)及各相間的界面作用，生成的各種晶體交叉搭接在一起，形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，使工業(yè)廢渣免燒磚的強(qiáng)度逐步增強(qiáng)。
　　4.　結(jié)語
　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，日前利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)免燒磚年產(chǎn)量正在以15%的速度增長。但是，在生產(chǎn)和使用中仍然存在不少問題。首先，一部分人的觀念中，始終不能真正地接受免燒磚，覺得磚需要經(jīng)過燒結(jié)其性能才可靠。其實(shí)不然，無數(shù)的實(shí)驗(yàn)，如利用礦渣、粉煤灰制成的免燒磚，養(yǎng)護(hù)28ｄ后性能到GB11945要求的MU25。
　　其次，現(xiàn)在許多生產(chǎn)工業(yè)廢渣免燒磚的廠家停產(chǎn)或倒閉，其大多是因?yàn)椴捎谜麴B(yǎng)或者是沒有合適地利用廢渣，過多在加入外加劑，造成成本太高。為此，廣大的科研工作者應(yīng)該幫助企業(yè)選擇合適的原料配比、工藝和設(shè)備，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。