CN103951261A - 一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料及其制备方法，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉85-93wt％，发泡剂0.5-3.0wt％，添加剂4-12wt％，按比例混合后，经装模、烧成、退火工序得到的。本发明所制备的以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其密度为0.2-0.6g/cm³，气孔直径在1-4mm的范围内，抗折强度为0.8-5.0MPa，常温导热系数在0.04-0.12W/(K·m)的范围内，不仅气孔分布均匀，呈独立分布状态，孔隙率高，密度较小，有较高的强度等优点，可作为墙体保温材料来应用。

Description

一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料及其制备方法，属于建筑与工程保温与隔音材料的技术领域。

背景技术

随着我国工业化的迅速发展，矿产资源的需求急剧增加，在过度开发的过程当中，不可避免地产生大量的固体废渣。而我国矿产资源浪费严重，有关部门数据统计，共伴生矿资源的综合利用率不到20％，矿产资源总回收率只有30％，即使在一些大型国有矿山企业开展了资源综合利用，也只占国有矿山的10％。在矿产资源日益减少和环保呼声日渐高涨的今天，尾矿的二次利用已受到世界各国的重视。

全球有大量的矿山被开采，产生了数量巨大的废弃尾矿，对生态环境造成了严重的影响与破坏，环境恢复需要相当长的时间。金铜尾矿是在金铜矿开采、分选之后排放的粉状废料，包括金铜矿山尾矿和选厂尾矿，其中，矿山尾矿包括已经开采出的伴生岩石和选矿中途剔除的低品位矿石。为此，通常情况下，在开采金铜矿山的同时要建设巨大的可容纳矿山全部生产期间排出尾砂的尾矿库，尾矿工程投资较大，还要占用大量农田和林地，破坏了生态平衡。

在废弃的矿山尾矿中存在一些重金属和其他有害元素的重要载体，对地表土壤和地下水的质量有很大影响，不容忽视。随着我国金铜产量的增加，金铜深加工能力也具有一定的规模，但是金铜矿经精选后所产生的尾矿粉被大量排出，给社会发展和环境保护带来了巨大的压力。金铜矿开采不断推进，对环境和社会的影响也在加剧，再加上尾矿库的坍塌事故多发，合理充分利用金铜尾矿是金铜矿开采、加工企业亟待解决的社会难题。

近年来，对于尾矿的开发利用，以前主要集中用于生产水泥及硅酸盐制品，品种单一，且品质与附加值不高，对于废弃尾矿和废弃物年排放量高达8亿吨这个庞大数字而言，其开发利用率非常低。另外，原砌体材料中实心粘土砖砌体部分的替代材料不论从数量及质量上均难以满足建筑业迅猛发展的需求，这就要求有其他更多的新型墙体材料来补充，为此，探索和开发新型高性能材料迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，以及迫在眉睫的环境问题而提供一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料及其制备方法，制备的金铜尾矿泡沫玻璃材料孔隙率高，密度较小，有较高的抗压强度，可作为保温与隔音材料来应用。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，按重量百分比计，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉85-93wt％，发泡剂0.5-3.0wt％，添加剂4-12wt％。

按上述方案，所述各原料组分粒度尺寸为：金铜尾矿玻璃孰料粉200-300目，发泡剂200-300目，添加剂200-300目。

按上述方案，所述发泡剂由煤粉与活性炭混合而成，所述煤粉与活性炭的质量比为1：1。

按上述方案，所述添加剂由硼砂和芒硝混合而成，所述硼砂和芒硝的质量比为2：(0.5-1)。

按上述方案，所述金铜尾矿玻璃孰料粉由金铜尾矿75-85wt％，石英砂5-10wt％，浮法玻璃碎块5-10wt％，纯碱2-5wt％经混合、熔化、水淬得到的，所述熔化的温度为1400℃-1500℃，熔化的时间5-8小时。

按上述方案，所述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃的制备方法是：将原料金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂、添加剂按比例混合，经装模、烧成、退火工序得到的。其中，烧成温度为850℃-880℃，烧成时间为20min-40min。

上述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，详细步骤如下：

1)按质量百分比计，称取金铜尾矿75-85wt％，石英砂5-10wt％，浮法玻璃碎块5-10wt％，纯碱2-5wt％，混合后于1400℃-1500℃的条件下进行熔化5-8小时，得到的玻璃熔体水淬成玻璃颗粒孰料，然后研磨过200-300目筛，得到金铜尾矿玻璃孰料粉；

2)按质量百分比计，称取发泡剂0.5-3.0wt％、添加剂5-12wt％以及步骤1)所得的金铜尾矿玻璃孰料粉85-93wt％，并将发泡剂和添加剂过200-300目筛；然后将金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂和添加剂球磨混合3-5小时，得到混合料；

3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中，升温至烧成温度850℃-880℃，烧成20min-40min，然后于退火温度600-640℃进行泡沫玻璃的退火，于退火温度的保温时间为20min-40min，最后冷却至室温即得到泡沫玻璃粗坯；

4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨，即制备得到以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃制品。

按上述方案，所述步骤3)的升温速率为4-8℃/min。

按上述方案，所述步骤3)中由退火温度冷却至室温的冷却速率为3-5℃/min。

本发明所述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其内部存在大量的封闭气孔与少量的连通气孔，在这些气孔中，被包裹的气体不产生对流，减少了温度的传导、辐射、扩散、热能在气孔中逐渐减弱，达到隔热、保温、防潮和隔音的效果，可作为墙体、管道、隧道工程等的保温与防潮材料来应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明制备的金铜尾矿泡沫玻璃材料的密度为0.2-0.6g/cm³，气孔直径在1-4mm的范围内，抗折强度为0.8-5.0MPa，常温导热系数在0.04-0.12W/(K·m)的范围内，不仅气孔分布均匀，呈独立分布状态，孔隙率高，密度较小，有较高的强度等优点。

2)本发明利用金铜尾矿制备金铜尾矿泡沫玻璃材料的，生产工艺简单，成本较低，且能消耗大量的尾矿废料，无二次污染，可起到变废为宝，保护环境的作用。

附图说明

图1为本发明制备的以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的电镜图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

通过X射线荧光分析测试下述实施例中金铜尾矿中的化学成分主要包括：SiO₂为30.9wt％，Al₂O₃为8.2wt％，Fe₂O₃为24.6wt％，CaO为29.9wt％，MgO为4.6wt％，这些氧化物的总量占整个金铜尾矿的98wt％以上，另外还有少量的K₂O，Na₂O，TiO₂和SO₃，以上成分几乎全部可以为制备建筑用泡沫玻璃材料时所利用。

实施例1

一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，按重量百分比计，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉85wt％，发泡剂3.0wt％，添加剂12wt％；所述发泡剂由煤粉与活性炭按质量比为1：1混合而成，即煤粉与活性炭分别是1.5wt％；所述添加剂由硼砂和芒硝按质量比为2：0.5混合而成，即硼砂与芒硝分别是9.6wt％与2.4wt％；所述金铜尾矿玻璃孰料粉由金铜尾矿75wt％，石英砂10wt％，浮法玻璃碎块10wt％，纯碱5wt％经混合、熔化、水淬、研磨得到的；所述各原料组分粒度尺寸为：金铜尾矿玻璃孰料粉200目，发泡剂200目，添加剂200目。

上述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量百分比计，称取金铜尾矿75wt％，石英砂10wt％，浮法玻璃碎块10wt％，纯碱5wt％混合后，投入到玻璃熔化窑中，在1400℃的条件下进行熔化5小时，得到的玻璃熔体放入冷水中，水淬成0.5-8mm范围内的玻璃颗粒孰料，然后研磨过200目筛(筛余量控制在0.5wt％)，得到金铜尾矿玻璃孰料粉；

2)按质量百分比计，称取发泡剂3.0wt％(即煤粉与活性炭分别是1.5wt％)、添加剂12wt％(即硼砂与芒硝分别是9.6wt％与2.4wt％)以及步骤1)所得的金铜尾矿玻璃孰料粉85wt％，并将发泡剂和添加剂过200目筛(筛余量控制在0.5wt％)；然后将金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂和添加剂利用球磨机球磨混合3小时，得到混合料；

3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中，推入辊道式烧结发泡窑中，按照速率为4℃/min升温至烧成温度850℃，烧成40min，然后转移至600℃的退火炉中进行泡沫玻璃的退火，于退火温度600℃保温20min，再以速率为3℃/min由退火温度冷却至室温，即得到泡沫玻璃粗坯；

4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨，即制备得到一定形状、尺寸的以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃制品。

本实施例所制得的金铜尾矿泡沫玻璃材料的密度为0.2g/cm³，气孔直径在1-3mm的范围内(如图1所示)，抗折强度为0.8MPa，常温导热系数为0.04W/(K·m)，达到一般保温材料的要求导热系数小于0.2W/(m·K)的标准。

实施例2

一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，按重量百分比计，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉89wt％，发泡剂1.5wt％，添加剂9.5wt％；所述发泡剂由煤粉与活性炭按质量比为1：1混合而成，即煤粉与活性炭分别是0.75wt％；所述添加剂由硼砂和芒硝按质量比为2：0.75混合而成，即硼砂与芒硝分别是6.91wt％与2.59wt％；所述金铜尾矿玻璃孰料粉由金铜尾矿80wt％，石英砂8wt％，浮法玻璃碎块8wt％，纯碱4wt％经混合、熔化、水淬、研磨得到的；所述各原料组分粒度尺寸为：金铜尾矿玻璃孰料粉260目，发泡剂260目，添加剂260目。

上述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量百分比计，称取金铜尾矿80wt％，石英砂8wt％，浮法玻璃碎块8wt％，纯碱4wt％混合后，投入到玻璃熔化窑中，在1450℃的条件下进行熔化6小时，得到的玻璃熔体放入冷水中，水淬成0.5-8mm范围内的玻璃颗粒孰料，然后研磨过260目筛(筛余量控制在0.5wt％)，得到金铜尾矿玻璃孰料粉；

2)按质量百分比计，称取发泡剂1.5wt％(即煤粉与活性炭分别是0.75wt％)、添加剂9.5wt％(即硼砂与芒硝分别是6.91wt％与2.59wt％)以及步骤1)所得的金铜尾矿玻璃孰料粉89wt％，并将发泡剂和添加剂过260目筛(筛余量控制在0.5wt％)；然后将金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂和添加剂利用球磨机球磨混合4小时，得到混合料；

3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中，推入辊道式烧结发泡窑中，按照速率为6℃/min升温至烧成温度870℃，然后转移至620℃的退火炉中进行泡沫玻璃的退火，于退火温度620℃保温30min，再以速率为4℃/min由退火温度冷却至室温，即得到泡沫玻璃粗坯；

4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨，即制备得到一定形状、尺寸的以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃制品。

本实施例所制得的金铜尾矿泡沫玻璃材料的密度为0.4g/cm³，气孔直径1-3mm的范围内，抗折强度为3MPa，常温导热系数为0.08W/(K·m)。

实施例3

一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，按重量百分比计，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉93wt％，发泡剂3wt％，添加剂4wt％；所述发泡剂由煤粉与活性炭按质量比为1：1混合而成，即煤粉与活性炭分别是1.5wt％；所述添加剂由硼砂和芒硝按质量比为2：1混合而成，即硼砂与芒硝分别是3.33wt％与1.67wt％；所述金铜尾矿玻璃孰料粉由金铜尾矿85wt％，石英砂10wt％，浮法玻璃碎块5wt％，纯碱5wt％经混合、熔化、水淬、研磨得到的；所述各原料组分粒度尺寸为：金铜尾矿玻璃孰料粉300目，发泡剂300目，添加剂300目。

上述以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量百分比计，称取金铜尾矿85wt％，石英砂10wt％，浮法玻璃碎块5wt％，纯碱5wt％混合后，投入到玻璃熔化窑中，在1500℃的条件下进行熔化8小时，得到的玻璃熔体放入冷水中，水淬成0.5-8mm范围内的玻璃颗粒孰料，然后研磨过300目筛(筛余量控制在0.5wt％)，得到金铜尾矿玻璃孰料粉；

2)按质量百分比计，称取发泡剂3wt％(即煤粉与活性炭分别是1.5wt％)、添加剂5wt％(即硼砂与芒硝分别是3.33wt％与1.67wt％)以及步骤1)所得的金铜尾矿玻璃孰料粉92wt％，并将发泡剂和添加剂过300目筛(筛余量控制在0.5wt％)；然后将金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂和添加剂利用球磨机球磨混合5小时，得到混合料；

3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中，推入辊道式烧结发泡窑中，按照速率为8℃/min升温至烧成温度880℃，烧成20min，然后转移至640℃的退火炉中进行泡沫玻璃的退火，于退火温度640℃保温40min，再以速率为5℃/min由退火温度冷却至室温，即得到泡沫玻璃粗坯；

4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨，即制备得到一定形状、尺寸的以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃制品。

本实施例所制得的金铜尾矿泡沫玻璃材料的密度为0.6g/cm³，气孔直径1-3mm的范围内，抗折强度为5MPa，常温导热系数为0.12W/(K·m)的范围内。

Claims (10)

1.一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于按重量百分比计，其原料包括如下组分：金铜尾矿玻璃孰料粉85-93wt％，发泡剂0.5-3.0wt％，添加剂4-12wt％。

2.根据权利要求1所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于所述各原料组分粒度尺寸为：金铜尾矿玻璃孰料粉200-300目，发泡剂200-300目，添加剂200-300目。

3.根据权利要求1或2所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于所述发泡剂由煤粉与活性炭混合而成，所述煤粉与活性炭的质量比为1：1。

4.根据权利要求1或2所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于所述添加剂由硼砂和芒硝混合而成，所述硼砂和芒硝的质量比为2：(0.5-1)。

5.根据权利要求1或2所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于所述金铜尾矿玻璃孰料粉由金铜尾矿75-85wt％，石英砂5-10wt％，浮法玻璃碎块5-10wt％，纯碱2-5wt％经混合、熔化、水淬得到的。

6.根据权利要求5所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料，其特征在于所述熔化的温度为1400-1500℃，熔化的时间5-8小时。

7.根据权利要求1-6所述的任意一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于是将原料金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂、添加剂按比例混合，经装模、烧成工序得到的，所述烧成温度为850-880℃，烧成时间为20-40min。

8.根据权利要求7所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按质量百分比计，称取金铜尾矿75-85wt％，石英砂5-10wt％，浮法玻璃碎块5-10wt％，纯碱2-5wt％，混合后于1400-1500℃的条件下进行熔化5-8小时，得到的玻璃熔体水淬成玻璃颗粒孰料，然后研磨过200-300目筛，得到金铜尾矿玻璃孰料粉；

2)按质量百分比计，称取发泡剂0.5-3.0wt％、添加剂5-12wt％以及步骤1)所得的金铜尾矿玻璃孰料粉85-93wt％，并将发泡剂和添加剂过200-300目筛；然后将金铜尾矿玻璃孰料粉、发泡剂和添加剂球磨混合3-5小时，得到混合料；

3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中，升温至烧成温度850-880℃，烧成20-40min，然后于退火温度600-640℃进行泡沫玻璃的退火，于退火温度的保温时间为20min-40min，最后冷却至室温，即得到泡沫玻璃粗坯；

4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨，即制备得到以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃制品。

9.根据权利要求8所述的一种以金铜尾矿为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于所述步骤3)的升温速率为4-8℃/min；由退火温度冷却至室温的冷却速率为3-5℃/min。

10.根据权利要求1-9中所述的任意一种以金铜尾矿为主原料的金铜尾矿泡沫玻璃材料作为保温材料的应用。