一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖及其制备方法

摘要

本发明公开了充分利用FCC废催化剂制作蒸压粉煤灰砖的一种方法。采用的方式是将FCC废催化剂、粉煤灰、硫脲滤渣(Ca(OH)2)作为主要原料，掺加适量骨料，经原料预处理、压制成型、高温高压蒸汽养护制备蒸压粉煤灰砖，可代替传统的粘土红砖，是国家大力发展、应用的新型墙体材料。本发明安全高效地利用FCC废催化剂制得蒸压粉煤灰砖。不仅解决当地固废处理问题，还可以节约耕地，减少污染，保护环境；大量利用工业废渣，获得具有良好耐久性能、较高墙体强度的蒸压粉煤灰砖，此发明具有环保利废的重大意义。

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及FCC废催化剂制备蒸压粉煤灰砖的方法。

技术背景

蒸压粉煤灰砖，简称粉煤灰砖，以粉煤灰、硫脲滤渣(Ca(OH)₂)为主要原料，掺加适量骨料，经胚料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，适用于各类民用建筑、公用建筑和工业厂房的内、外墙，以及房屋的基础。是替代传统烧结粘土砖的产品。

FCC废催化剂是在炼油工业最重要的二次加工催化裂化过程中产生的一种危险废弃物。随着石油资源的重质化和劣质化，催化裂化装置原料的质量越来越差，催化裂化催化剂置换周期明显缩短，所排出的废催化剂量也逐年提高，且大部分都不能再次利用。目前，国内大多采用填埋法处理废催化剂，然而废催化剂的主要成分是Al₂O₃、SiO₂以及一定量的稀土和极少量的其他重金属元素。因此，此类做法不仅容易污染环境，而且浪费土地资源。

对FCC废催化剂进行化学成分滴定，发现其主要化学组成成分与粉煤灰相近，可作为原料代替部分粉煤灰掺入粉煤灰砖中，且不会影响产品质量。此方法能消化FCC废催化剂，节约耕地，减少污染，保护环境，大量利用工业废渣，具有环保利废的重大意义。

发明内容

为了既高效又安全地充分利用危废，本申请提供了一种FCC废催化剂用于制备蒸压粉煤灰砖的方法，主要以FCC废催化剂、粉煤灰、硫脲滤渣和石屑为原料，增加FCC废催化剂的处理途径，减少环境污染，而且不影响蒸压粉煤灰砖质量。

为了实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂15-20份，粉煤灰20-25份，硫脲滤渣15-25份，石屑30-40份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的40～50％；石屑为粒径在3-8mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的10～15％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在190-220t，控制砖坯重量为1.90-2.20kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以25-35℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以35-45℃/h的速度使蒸压釜内温度升至180-190℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以35-45℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

本方法生产出的蒸压粉煤灰砖，外形规格尺寸与普通实心粘土砖完全一致，为240mm x115mm x 53mm，所以用蒸压砖可以直接代替实心粘土砖。蒸压粉煤灰砖强度等级、抗冻性、线性干燥收缩值、碳化系数、吸水率等指标依据JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》标准检验；成品放射性核素限量依据GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》标准检验。

本发明中使用FCC废催化剂的重量份为15-20，FCC废催化剂使用量高于此范围，会造成产品质量不稳定；使用量低于此范围，FCC废催化剂用量少，无意义，不利于产品推广应用。

FCC废催化剂是在炼油工业最重要的二次加工催化裂化过程中产生的一种固体废弃物。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂以及一定量的稀土和极少量的其他重金属元素。FCC废催化剂中的硅铝盐在高温高压的碱性环境下发生水热反应，生成大量的CaO·SiO2·nH2O和CaO·Al2O3·nH2O，从而使制品获得强度。又因FCC废催化剂中铝元素含量高，产品中生成的水化产物CaO·Al2O3·nH2O晶体数量多，CaO·SiO2·nH2O和CaO·Al2O3·nH2O相互作用共同提高制品强度，比单纯的CaO·SiO2·nH2O制品的抗折抗压强度好，因此用适量的FCC废催化剂取代部分粉煤灰要比全粉煤灰的产品强度高。

FCC废催化剂由于其表面物质失活，阻碍其内部物质充分反应，降低反应速率，故使用前要和硫脲滤渣预混，利用滤渣碱激发，增加其反应表面积，提高活性。FCC废催化剂由储罐连续打入流量式搅拌装置，同时，硫脲滤渣由另一皮带输送到该搅拌机，搅拌15-20s，预混料连续由皮带输出。两者配合比按原料配比进行。为了能使FCC废催化剂获得高活性，需在预混后静置3天及以上使用。

所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；

三级粉煤灰主要矿物成分有石英、莫来石、磁铁矿、赤铁矿以及未燃尽的碳。粉煤灰是蒸压粉煤灰砖生产中主要的硅铝元素提供者，经高温高压反应后的产品拥有较高的强度。本发明中使用粉煤灰的重量份为20-25，粉煤灰高于此范围，物料反应程度不稳定，有夹生或表面颜色不均一的现象，外观为土灰色，产品呈粉状，强度差；；粉煤灰添加量低于此范围，产品抗折强度偏低，不利于生产运行，产品合格率下降。

硫脲滤渣来硫脲工业生产的副产物；

硫脲滤渣主要成分为和少量的碳及硫脲残余。在蒸压粉煤灰砖中，硫脲滤渣是最主要的原料之一，从而提供了各原料水化反应的碱性条件。硫脲滤渣必须经过水洗去除硫脲残余，保证硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。本发明中使用硫脲滤渣重量份为15-20，硫脲滤渣高于此范围，产品抗折强度偏低，不利于生产运行，产品合格率下降；硫脲滤渣添加量低于此范围，物料反应程度不稳定，有夹生、表面颜色不均一或掉粉的现象。

石屑是轧制并筛分碎石所得的粒径为3～8mm的粒料。主要成分为碳酸钙，也含有部分SiO₂晶体，在蒸压粉煤灰砖生产中主要起到骨料支撑的作用。本发明中使用石屑占总重量的30-40％，石屑低于此范围，产品抗压强度偏低，产品质量不稳定；石屑高于此范围，产品压制压力提高，增加能耗，提高成本，不利用生产运行。

本申请中所有的百分比均为质量百分比。

本申请利用了FCC废催化剂、粉煤灰、硫脲滤渣和石屑四种固体废弃物，这四种废弃物有机的配合，生产出了高强度的蒸压粉煤灰砖，取代了传统红砖。不但处理了废弃物，而且比一般工艺的成本要低。

具体实施方式

实施例1

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂20份，粉煤灰25份，硫脲滤渣20份，石屑35份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的42％；石屑为粒径在4mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的12.50％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在198t，控制砖坯重量为1.95kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以31℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以40℃/h的速度使蒸压釜内温度升至185.5℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以39℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为2.69MPa，抗压强度为12.50MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.2，外照射指数I_y为0.4，满足GB>

实施例2

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂19份，粉煤灰24份，硫脲滤渣21份，石屑36份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的43％；石屑为粒径在5mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的13.40％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在209t，控制砖坯重量为2.03kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以29℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以38℃/h的速度使蒸压釜内温度升至186℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以43℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为2.80MPa，抗压强度为13.05MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.2，外照射指数I_y为0.3，满足GB>

实施例3

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂18份，粉煤灰23份，硫脲滤渣22份，石屑37份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的46％；石屑为粒径在7mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的13.9％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在212t，控制砖坯重量为2.05kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以32℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以42℃/h的速度使蒸压釜内温度升至186.5℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以41℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为2.96MPa，抗压强度为13.30MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.1，外照射指数I_y为0.2，满足GB>

实施例4

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂17份，粉煤灰22份，硫脲滤渣23份，石屑38份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的49％；石屑为粒径在8mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的14.00％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在215t，控制砖坯重量为2.11kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以30℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以39℃/h的速度使蒸压釜内温度升至187℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以44℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为3.00MPa，抗压强度为13.58MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.1，外照射指数I_y为0.1，满足GB>

实施例5

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂16份，粉煤灰21份，硫脲滤渣24份，石屑39份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的48.5％；石屑为粒径在6mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的14.22％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在219t，控制砖坯重量为2.16kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以33℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以36℃/h的速度使蒸压釜内温度升至186.5℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以38℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为3.25MPa，抗压强度为15.08MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.1，外照射指数I_y为0.1，满足GB>

实施例6

一种掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖，由按下述重量份的原料制备而成：FCC废催化剂15份，粉煤灰20份，硫脲滤渣25份，石屑40份。

所述的FCC废催化剂为粒度为180～250目；所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰；所述的硫脲滤渣有效钙含量为占据硫脲滤渣总质量的45％；石屑为粒径在4mm。

制备所述的掺入FCC废催化剂的蒸压粉煤灰砖的方法，具体步骤如下：

1)按照计量份取硫脲滤渣，由硫脲装置产出后，经过压滤、水洗滤饼，至硫脲残余量≤0.30％，含湿≤38.00％，有效钙含量≥40.00％。

2)按照计量份取FCC废催化剂，将其与步骤1)处理后的硫脲滤渣混合得到预混料，再将计量份的粉煤灰和石屑加到预混料中，得混合物料；

3)步骤2)所得的混合物料送入搅拌机，外加水经过雾化后喷入搅拌机，外加水的用量为干物料质量的14.9％，原料全部进入搅拌机后，开始计时，搅拌30s后，混合好的原料卸出，并送至砖机料斗；

4)混合料经皮带送入砖机料斗，启动砖机，压制成型；

5)步骤4)所得的成型砖坯，送入蒸压釜进行高温蒸压养护，蒸养釜由控制器设定升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度，蒸压养护后的砖体经自然冷却即得成品。

步骤4)中砖机压力在218t，控制砖坯重量为2.15kg，砖坯尺寸按照实心砖标准尺寸240mm*115mm*53mm进行压制成型。

所述的升温升压速度、恒温恒压温度、恒温恒压时间、降温降压速度具体以27℃/h的速度使蒸压釜内温度缓慢升至150℃；再以38℃/h的速度使蒸压釜内温度升至185.9℃，此时釜内压力为1.1MPa，在此温区保温保压7-8小时；后以44℃/h的速度使温度降到90℃以下，且釜内压力降至常压，此时高温蒸压养护工艺完成。

由以上方法得到的蒸压粉煤灰砖，其抗折强度为3.40MPa，抗压强度为15.50MPa，满足标准JC/T 239-2014《蒸压粉煤灰砖》MU10产品要求；成品内照射指数I_Ra为0.05，外照射指数I_y为0.05，满足GB>