專利名稱：尾礦制彩色裝飾磚的制作方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料及固體廢物利用領域。
尾礦的大量堆積造成社會的極大危害，如何綜合利用尾礦，造福于人類，迄今為止仍是世界性難題。現有的尾礦磚技術，除了制品在性能上還存在一些問題外，其工藝本身經濟效益甚微，CN 1051543A專利文獻中提出用選金尾礦制標準磚、空心磚、鋪地磚和砌塊等建筑材料，是一種非外加水泥、非燒的制尾礦磚方法，但要在蒸壓釜內養護近十小時，設備投資大，能耗高，并且所制產品都為粗類建材。
目前，抗水性鎂水泥磚制品中往往采用河砂、海砂、碎石、石粉、煤矸石、爐渣和鋸末、蛭石、膨脹珍珠巖和玻璃纖維、石棉及一些有機廢料作填充料，如同美國專利3，482，493;3，667，978;3，317，442和中國專利CN 87107780A等等專利文獻所報導的。較之尾礦，其組成簡單，粒度較大且可以篩選。但是這些專利文獻中所提出的發明內容卻不適合于尾礦，因為若對尾礦事先進行有害雜質分離或燒結造粒或水洗、篩分、烘干等任何處理，勢必提高工藝成本并產生二次廢料。若把尾礦作為搭配料填加，勢必限制了尾礦的利用率。
本發明的目的在于，提出一種可用各類金屬尾礦，特別是用鐵尾礦和巖金尾礦作為填充料制成彩色墻地磚的新配方和新工藝，針對尾礦組成的不同特點，選擇不同的添加劑改性劑，其制品性能優良，裝飾效果好，價格低廉，經濟效益、社會效益顯著。
本發明是利用抗壓強度高的鎂質水泥作膠凝劑，利用固體廢棄物-各類金屬尾礦，特別是鐵尾礦和金尾礦作填充料，并且不需要經過任何處理，就可直接作為全部填加料。
鑒于用作填充料尾礦的組成和形態的難改變或不宜改變的特點，本發明在鎂質水泥的改性上采取了針對尾礦組成的特點，進行有選擇性的陰離子、陽離子或混合離子改性劑的選用，以保證彩磚的力學性能。一般地講，鐵尾礦含有較多的幾種形態的剩余鐵，選用磷酸、磷酸二氫鈣或磷酸二氫鎂、或在水化過程中能釋放出游離磷酸根的鹽類的陰離子改性劑，以利于固化產物中難溶磷酸鐵、磷酸鈣等的形成。金尾礦含有較高的二氧化硅細粉，選用氯化鈣、硫酸鎂為改性劑，以利于硅酸鈣、硅酸鎂、氯化鈣鎂等水合物的形成。改性劑添加總量為氧化鎂重量的2%～10%為宜。由此可見，尾礦彩磚的水化反應，仍然以活性氧化鎂與氯化鎂水溶液的反應為主。其固化產物中以針狀晶體、網狀結構、微溶性的5·1·8、3·1·8和Mg(OH)2相為主，伴隨有針對尾礦組成中選擇性改性劑的加入而產生的少量的難溶或微溶性的以利于提高彩磚抗水性的鹽類物相的生成。
本發明的成分為(按重量計)氧化鎂100份，比重為1.26的氯化鎂水溶液50-60份，顏料1-30份，改性劑工業磷酸2-5份，或重過磷酸鈣化肥5-10份，或氯化鈣5-10份。填充料含水5-30%的尾礦100-300份，其中對鐵尾礦選用磷酸或磷酸鈣化肥，對金礦選用氯化鈣。其工藝步驟為按比例配料、攪拌、成型、固化、表面涂層處理，成型過程采用澆注法和壓制法。
下面詳細說明本發明的配方及配制工藝第一種是澆注成型的配方和配制工藝。
對于鐵尾礦注型彩磚的重量配料比為氧化鎂(含MgO＝70-80%)100份，比重為1.26的氯化鎂水溶液50-60份，顏料1-30份，工業磷酸2-5份或重過磷酸鈣化肥5-10份，濕尾礦(含水20-30%)100-200份。其配制工藝為先將MgCl2·6H2O晶體溶解成比重為1.26的水溶液備用。將氯化鎂水溶液與氧化鎂拌和均勻，靜置15-30分鐘，讓其水泥化;將磷酸或磷肥和顏料兌入濕尾礦中拌和均勻;然后將兩種料漿兌在一起充分攪拌均勻。用計量稱或定量勺取粘稠漿料注入塑料或橡膠模具中，鋪勻或震動均勻。彩磚表面的花紋圖案取決于模具。也可以將兩種不同顏色的料漿按任意比例注模，獲得自由色彩磚。
對于金尾礦注型彩磚，只需更改改性劑磷酸或磷肥為氯化鈣，以同樣的配比即可。
若改變氧化鎂粉中MgO的含量，則需按上述比例調整氯化鎂溶液量。濕度控制在注型模塊表面不產生氣孔的前提下，偏干為好。
第二種是壓制成型的配方和配制工藝。
對于金尾礦壓型彩磚的重量配料比為氧化鎂(含MgO＝70-80%)100份，比重為1.26的氯化鎂水溶液50-55份，顏料1-30份，工業氯化鈣5-10份，晾干尾礦(含水5-8%)200-300份。其配制過程為先將上述粉料均過篩-120目，若能過篩-200目或-300目則更好。按上述配比混合粉料至均勻。然后采用液體噴霧法，在不斷攪拌下將氯化鎂溶液噴灑入粉料中。用陰模框框取或鋪設粉料至框邊平。在壓力機上以10-20MPa壓力強度壓制成型。
對于鐵尾礦壓型彩磚，只需以同樣的配比更改改性劑氯化鈣為磷酸或磷肥即可。
壓型磚的濕度控制在所采用的壓力下，不擠壓出溶液的前提下，偏濕為好。水份可由MgCl2·6H2O配制成水溶液時的比重來調整。
本發明提供的壓制成型工藝，不同于耐火磚、瓷磚和粘土磚的成型。這些磚的壓制坯塊可隨即立放，而彩磚坯塊呈易碎裂的濕塊狀。為此采取了雙層底模法。即下層為承壓的鋼模板，接觸料的上層底模是由既有彈性，又在上述壓力下具有剛性不變形的模板。可以選用硬塑料板、有機玻璃板、環氧膠板、鍍鋅薄鋼板等材質。以2mm厚的四聚氟乙烯塑料板為好。壓制后模坯連同上層底模一起去恒溫固化，固化后再揭去模板，模板反復使用。
本發明中所用氧化鎂，必須經800±50℃煅燒，粒度小于120目，且密封保存的粉料。這是為了保證氧化鎂有足夠的反應活性，也使尾礦有較大的填充量。可以用中等品位的含MgO＝70-80%的菱鎂礦石煅燒制得，也可以用更低品位的含MgO＝50-70%的菱鎂礦或碎料煅燒，還可以由氯化鎂、氫氧化鎂、水鎂石或其它鎂鹽經熱分解制得，甚至可用白云石半煅燒法制得。但所有氧化鎂中應含CaO≤5%，且含鉀、鈉量要低。氧化鎂粉中含MgO量高，效果好，但價格高;但含量太低會影響尾礦的填充量。一般用市售含MgO＝70-80%的菱鎂礦，經800±50℃燒成的輕燒氧化鎂粉為方便。所用氯化鎂為工業級的鹵粉、鹵片或鹵塊，要求含MgCl2≮46%。
本發明采用的顏料，以無機類為主。如鐵紅、鎘紅、鉬鉻紅;鐵黃、鉻黃、鋅黃;鐵蘭、群青;鐵綠、鉻綠;鐵黑、石墨粉;鋅白、鉛白等。鐵基顏料在水化反應或彩磚浸水中，形成不溶性鐵鹽或氫氧化物膠體，有利于提高耐水性。有機顏料一般有利于提高耐水性，但延緩了固化時間，降低了強度，所以應嚴格控制住少量添加。
本發明對不論是注型模還是壓型坯，都采取了置于25-35℃固化箱或固化室內，經24-48小時的空氣養護。然后利用模具的彈性脫模，經修邊后再進行表面處理。這種固化箱或固化室裝置簡單、造價低，進行低溫空氣養護，保證了彩磚的不變形和高強度。
本發明還對固化后的彩磚采取了表面涂層處理，大大提高了彩磚的保光、保色、抗風化和耐水性，可以用E-44型環氧樹脂稀料＝1∶3～5;或酚醛清漆∶稀料＝4～5∶1;或其它類附著力強、弱堿性、室溫固化的涂料及其稀料。也可以采用新型冷瓷涂料及其稀料，涂膜堅硬，但價格昂貴。涂層可采用刷涂和噴涂以噴涂兩次為好。
按照本發明所制的注型和壓型的各色尾礦彩色裝飾磚，經試驗，固化兩周后的力學性能都能達到基體抗壓強度≮30MPa，抗折強度≮16MPa，表面光澤不潤水，冷凍試驗和水浸試驗(浸水14小時，繼室溫晾干10小時為一周期)25次循環后，不開裂、不翹曲、不起皮、無剝落、光色不變。注型磚吸水率＜8%，比重～2.0g/cm3;壓型磚為＜4%，2.5～4.0g/cm3。具有抗風化、抗弱酸弱堿腐蝕等性能，還具有表面花紋隨模具可變，色彩多樣的特點，是一類新型實用的裝飾磚。用普通水泥或建筑膠粘結，是硅酸鹽水泥水磨石和瓷磚的價廉而更美觀的替代品。由于尾礦彩磚不加內筋，因此塊度宜小不宜大，以152×152×(5-8)毫米規格為好。
本發明用以下實施例作為更詳細的說明。所用原料菱鎂礦經800±50℃燒成，含MgO＝80%，CaO＝2.5%，粒度-120目的氧化鎂。含MgCl2＝46.5%工業氯化鎂。重過磷酸鈣化肥，工業磷酸，工業氯化鈣，工業硫酸鎂。顏料為工業鐵紅、鐵黃、鐵黑等。某鐵礦尾礦含TFe＝12.35%，FeO＝10.08%，SiO2＝67.87%，Al2O3＝2.43%，CaO＝2.35%，MgO＝3.40%，(Na2O＋K2O)＝1.02%，其余為S、P等，-200目達70%。某金礦尾礦含SiO2＝92.90%，Fe2O3＝1.10%，CaO＝0.49%，MgO＝0.56%，其余為Cu、Pb、Zn、Au、Ag等，-200目達90%。配制用尾礦都經室溫晾干。
例1 注型磚MgO100g與d＝1.26 MgCl2溶液55ml拌和，經水泥化20分鐘。晾干鐵尾礦120g加25ml水，加3ml磷酸，加鐵紅10g，加鐵黃3g拌和。然后將兩種料漿兌入一起，充分攪拌均勻后注入152×152×8毫米塑料模具中。置28±2℃固化箱中，24小時后脫模修邊。用E-44型環氧樹脂∶稀料＝1∶4重量比配涂料，刷涂表面和邊緣。晾干得金黃色彩磚。其抗壓強度40MPa，抗折強度20MPa、吸水率6%。
例2 壓型彩磚事先將所有粉料過篩-120目。MgO1kg，加晾干金尾礦2.5kg，加CaCl2·2H2O 60g，加鐵紅200g，在耙式攪拌器中電動攪拌均勻。在不斷攪拌下，將d＝1.26MgCl2溶液，經液體噴霧器噴灑到混合料粉中。用普通鋼淬火制陰、陽模具，2mm厚聚四氟乙烯板作上底層模板。鋪粉料于陰模中，在雙盤摩擦壓力機上，以15MPa壓力強度壓制成型。磚坯連同上底模板置28±2℃固化箱內，24小時后揭去模板。用酚醛清漆∶稀料＝4∶1涂料，噴涂表面和邊緣兩次，室溫晾干制得152×152×5毫米規格的紅色彩磚10塊。其抗壓強度50MPa，抗折強度25MPa，吸水率3%。
本發明彩磚的力學性能達到或接近于硅酸鹽水泥磨石和瓷磚的性能，具有較高的經濟效益和社會效益。
權利要求
1.一種含鎂質水泥、金屬尾礦，主要是含鐵尾礦和金尾礦的彩色裝飾磚，其特征在于，成分(以重量計)為氧化鎂100份，比重為1.26的氯化鎂水溶液50-60份，顏料1-30份，填充料含水5-30%的尾礦100-300份，改性劑對鐵尾礦選用工業磷酸2-5份，或重過磷酸鈣化肥5-10份，對金尾礦選用工業氯化鈣5-10份。
2.如權利要求1所述的彩色裝飾磚，其特征在于，用于配制鎂質水泥的氧化鎂必須經800±50℃鍛燒，粒度小于120目，且密封保存，可用含MgO70-80%、CaO≤5%的菱鎂礦石煅燒制得，也可由其它鎂鹽經熱分解制得。
3.一種如權利要求1所述的彩色裝飾磚的配制方法，其特征在于，工藝步驟為按比例配料、攪拌、成型、固化，表面涂層處理，成型過程采用澆注法或壓制法，澆注法是將氯化鎂水溶液與氧化鎂拌和，靜置15-30分鐘，讓其水泥化，另將改性劑和顏料加入尾礦中拌和，再將兩種料漿兌在一起攪拌均勻后注模，壓制法是先將氧化鎂、顏料、改性劑、尾礦等粉料過篩-120目，混合均勻，然后采用液體噴霧，在不斷攪拌下，將氯化鎂溶液噴灑入粉料中，用陰模框框取粉料后，用雙層底模在壓力機上以10-20MPa壓力強度壓制成型，模坯連同上層底模一起固化。
4.如權利要求3所述的配制工藝方法，其特征在于，采取空氣中低溫恒溫固化，澆注模或壓制成的帶上層底模的磚坯都置于25-35℃固化箱內，進行24-48小時的空氣養護。
5.如權利要求3、4所述的配制工藝方法，其特征在于，對固化后的彩磚采取表面涂層處理，用E-44型環氧樹脂稀料＝1∶3～5，或酚醛清漆∶稀料＝4～5∶1。
全文摘要
本發明屬于建筑材料及固體廢物利用領域，直接利用各種金屬選礦尾礦作填充料，特別是用鐵尾礦和金屬礦，以鎂質水泥作膠凝劑，制作彩色裝飾磚。采取了針對尾礦不同組成的特點，進行有選擇性的鎂質水泥的陰、陽離子改性；以注型和壓型兩種工藝方式制磚；恒溫空氣養護固化和彩磚表面涂層處理等措施，使彩磚的力學性能達到或接近于硅酸鹽水泥水磨石和瓷磚的性能。是一種理想的新型實用的替代品。不僅可以綜合利用尾礦，減少污染，改善環境，而且具有較高的經濟效益。
文檔編號C04B28/32GK1107449SQ94101439
公開日1995年8月30日 申請日期1994年2月24日 優先權日1994年2月24日
發明者沈興, 沈樸 申請人:北京科技大學