CN104326717A - 一种利用稀土尾矿制备陶粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用稀土尾矿制备陶粒的方法，涉及一种矿山二次资源综合利用技术，特别是稀土尾矿无害化利用的制备免烧陶粒的方法。其特征在于其制备过程采用稀土尾矿作为体质材料，将胶结材料、外加剂和辅助材料与经球磨处理的体质材料进行均匀混合，再向混合料喷淋雾化水，陈化后进行造粒，将制成的生陶粒进行养护制得免烧陶粒。本发明具有固体废弃物利用率高、操作简单、成本低、能耗及环境污染小的特点，所制备的免烧陶粒强度高、吸水率低、轻质、抗酸碱腐蚀性强。

Description

一种利用稀土尾矿制备陶粒的方法

    技术领域

一种利用稀土尾矿制备陶粒的方法，涉及一种矿山二次资源综合利用技术，特别是稀土尾矿无害化利用的制备免烧陶粒的方法。

    背景技术

江西赣南地区稀土资源丰富，由于原矿开采品位一般仅0.05~0.15%，故生产1吨氧化物稀土精矿一般会产出1100~2400吨尾矿。因此而产生的大量尾矿造成土壤盐化，严重破坏植被和山体，造成水土流失和环境恶化。稀土尾矿的处理问题一直制约着稀土行业的发展，其综合利用已经成为影响稀土行业发展的关键因素。

对稀土尾矿引起的水土流失和环境恶化问题，目前国内外主要通过两种途径开展治理：第一种途径是对稀土尾矿进行资源化利用（包括对其进行有价元素回收和将其转化为建材使用）；第二种途径是对稀土尾矿坝及其污染区域进行生态修复（包括废弃稀土矿山水土保持、土壤培肥及植被恢复以及地质灾害预防与控制等）。鉴于把资源化利用作为固体废弃物处理的最终解决方案目前已成为业界共识，而且国际上普遍认为尾矿是“堆错地方的资源”或是“放错位置的财富”。因此应优先考虑如何依靠先进的工艺技术，通过对稀土尾矿进行资源化利用的手段将其转化为具有一定附加值的产品，这不仅可以实现固体废物资源化、减量化的目的，而且可以带来巨大的经济效益和社会效益，是矿山企业走可持续发展道路的方向所在。

陶粒是人造建筑轻骨料的简称，它是近几年我国发展最快的新型建筑材料之一。轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点，这是它能够取代重质砂石作为人造轻骨料使用的主要原因。传统陶粒一般是以粘土和页岩焙烧而成。这不仅需要大量开采优质粘土和页岩矿山，破坏耕地和自然环境，而且焙烧过程存在能耗高和环境污染严重的问题，不符合节能和环保的原则。因此利用固体废弃物制备免烧型陶粒必然是大势所趋。

免烧陶粒就是不用焙烧的陶粒，这种陶粒是利用少量水泥等物质为胶结材料，以活性固体废弃物为填料，再配以外加剂及其他辅助材料，经造粒后，自然养护（或太阳能养护、蒸汽养护、蒸压养护）而成的人造轻集料，密度为500~1000kg/m³，多用于结构保温混凝土、轻质砌块和墙板。但是按常规技术生产的免烧陶粒，由于其空隙中水分蒸发造成毛细孔较多，因此吸水率会高于焙烧陶粒，通常大于15%；此外，在使用大量密度较大的固体废弃物制备陶粒时，其堆积密度也会较高，一般很难达到轻质的要求。由于免烧陶粒存在堆积密度高、强度低以及比表面积小的问题，免烧陶粒尚处于研制阶段，未被推广应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的缺陷，提供一种固体废弃物利用率高、操作简单、成本低、能耗及环境污染小的基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其制备过程采用稀土尾矿作为体质材料，将胶结材料、外加剂和辅助材料与经球磨处理的体质材料进行均匀混合，再向混合料喷淋雾化水，陈化后进行造粒，将制成的生陶粒进行养护制得免烧陶粒。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿为重量组成包括SiO₂：50%~65%、Al₂O₃：26%~37%的离子型稀土尾矿，其RE₂O₃含量低于0.04%。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿经过预处理，其预处理过程先将原状稀土尾矿干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1；再向其中添加13%~18%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，溶液中所含氢氧化钠或氢氧化钾与稀土尾矿的质量比为0.05~0.15；然后将稀土尾矿与氢氧化钠或氢氧化钾溶液混合均匀。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的将胶结材料、外加剂和辅助材料与经球磨处理的体质材料进行混合的重量比例为：作为体质材料的稀土尾矿：65%~78%；胶结材料：8%~16%；外加剂：0.1%~3%；辅助材料：8%~20%。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于进行造粒制成的生陶粒的粒径为10~25mm。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于作为体质材料的稀土尾矿的球磨预处理过程采用干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其胶结材料为32.5#普通硅酸盐水泥、42.5#普通硅酸盐水泥、氧化镁和氯化镁当中的一种或一种以上的混合物。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其外加剂为陶粒用发泡剂和增粘剂中的一种或一种以上的混合物。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其辅助材料为生石灰、生石膏和珍珠岩粉中的一种或一种以上的混合物。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿的磨矿细度是指粒径小于0.074mm的颗粒不低于60%。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的陈化时间为2~8小时。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的造粒过程采用圆盘造粒机，造粒工艺条件为：转速为10~40r/min，倾角为45^o。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的养护条件为：养护时间为5~24小时，养护温度为50~85^oC。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，在体质材料的使用上选用矿山固体废弃物——稀土尾矿，不仅解决了稀土尾矿的堆放和污染环境问题，而且拓宽了制备陶粒的体质材料来源。本发明在制备过程中避开了“高温焙烧”这一步骤，只是对生陶粒通过恒温恒湿养护箱进行低温养护，因而操作简单、成本低、能耗及环境污染小。

采用本发明的方法制备的免烧陶粒的筒压强度高于3.0MPa，吸水率低于15%，堆积密度低于800kg/m³，粒型系数低于1.5，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，具有固体废弃物利用率高、操作简单、成本低、能耗及环境污染小的特点，所制备的免烧陶粒强度高、吸水率低、轻质、抗酸碱腐蚀性强。

具体实施方式

一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其制备过程采用稀土尾矿作为体质材料，制备步骤包括： 

第一步、对体质材料进行球磨预处理，再将磨矿细度的体质材料、胶结材料、外加剂和辅助材料按比例混合均匀，混合料比为体质材料：65%~78wt%；胶结材料：8%~16wt%；外加剂：0.1%~3wt%；辅助材料：8%~20wt%；制得混合料；

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化一定时间后，倒入圆盘造粒机中，在一定工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~25mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在一定养护条件下进行养护，制得免烧陶粒。

在上述技术方案中：球磨预处理是指将体质材料干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1；

体质材料为SiO₂含量50~65wt%、Al₂O₃含量26~37%、RE₂O₃含量低于0.04%的离子型稀土尾矿，胶结材料为32.5#普通硅酸盐水泥、42.5#普通硅酸盐水泥、氧化镁和氯化镁当中的一种或一种以上的混合物，外加剂为陶粒专用发泡剂和增粘剂中的一种或一种以上的混合物，辅助材料为生石灰、生石膏和珍珠岩粉当中的一种或一种以上的混合物；体质材料的一定磨矿细度是指粒径小于0.074mm的颗粒不低于60%；陈化时间为2~8小时；圆盘造粒机的造粒工艺条件为：转速为10~40r/min，倾角为45^o；养护条件为：养护时间为5~24小时，养护温度为50~85^oC。

本发明的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，所述的作为体质材料的稀土尾矿可以经过预处理，其预处理过程先将原状稀土尾矿干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1；再向其中添加13%~18%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，溶液中所含氢氧化钠或氢氧化钾与稀土尾矿的质量比为0.05~0.15；然后将稀土尾矿与氢氧化钠或氢氧化钾溶液混合均匀。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及到的体质材料及其磨矿细度统一描述如下：体质材料为SiO₂含量50~65wt%、Al₂O₃含量26~37%、RE₂O₃含量低于0.04%的离子型稀土尾矿；体质材料的一定磨矿细度是指粒径小于0.074mm的颗粒不低于60%。具体实施例中不再赘述。

实施例1

一种利用稀土尾矿制备免烧陶粒的方法。该免烧陶粒的制备步骤是：

第一步、对原状稀土尾矿进行预处理；再在不计稀土尾矿预处理过程中加入的氢氧化钠或氢氧化钾溶液质量的情况下，按照稀土尾矿质量占72%、42.5#普通硅酸盐水泥质量占9%、陶粒用增粘剂质量占1.8%、生石膏质量占17.2%的比例将经预处理后的稀土尾矿、42.5#普通硅酸盐水泥、陶粒用增粘剂和生石膏混合均匀，制得混合料。

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化6h后，倒入圆盘造粒机中，在转速为20r/min、倾角为45^o的工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~15mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在60^oC下养护10h，制得免烧陶粒。

本实施例所制备的免烧陶粒的堆积密度约为793kg/m³，筒压强度约为3.7MPa，比表面积约为11m²/g，吸水率约为12.5%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

实施例2

一种利用稀土尾矿制备免烧陶粒的方法。该免烧陶粒的制备步骤是：

第一步、对原状稀土尾矿进行预处理；再在不计稀土尾矿预处理过程中加入的氢氧化钠或氢氧化钾溶液质量的情况下，按照稀土尾矿质量占68%、32.5#普通硅酸盐水泥质量占10%、陶粒用发泡剂质量占2.5%、生石灰质量占19.5%的比例将经预处理后的稀土尾矿、32.5#普通硅酸盐水泥、陶粒用发泡剂和生石灰混合均匀，制得混合料。

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化4h后，倒入圆盘造粒机中，在转速为15r/min、倾角为45^o的工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~15mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在65^oC下养护8h，制得免烧陶粒。

本实施例所制备的免烧陶粒的堆积密度约为780kg/m³，筒压强度约为3.5MPa，比表面积约为12.8m²/g，吸水率约为14%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

实施例3

一种利用稀土尾矿制备免烧陶粒的方法。该免烧陶粒的制备步骤是：

第一步、对原状稀土尾矿进行预处理；再在不计稀土尾矿预处理过程中加入的氢氧化钠或氢氧化钾溶液质量的情况下，按照稀土尾矿质量占75%、氧化镁和氯化镁的混合物质量占15%、陶粒用发泡剂质量占2.8%、生石灰和生石膏的混合物质量占18%的比例将经预处理后的稀土尾矿、氧化镁和氯化镁的混合物、陶粒用发泡剂以及生石灰和生石膏的混合物混合均匀，制得混合料。

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化7.5h后，倒入圆盘造粒机中，在转速为20r/min、倾角为45^o的工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~15mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在70^oC下养护16h，制得免烧陶粒。

本实施例所制备的免烧陶粒的堆积密度约为786kg/m³，筒压强度约为3.6MPa，比表面积约为12m²/g，吸水率约为13%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

实施例4

一种利用稀土尾矿制备免烧陶粒的方法。该免烧陶粒的制备步骤是：

第一步、对原状稀土尾矿进行预处理；再在不计稀土尾矿预处理过程中加入的氢氧化钠或氢氧化钾溶液质量的情况下，按照稀土尾矿质量占77%、42.5#普通硅酸盐水泥质量占11%、陶粒用发泡剂和增粘剂的混合物质量占2%、珍珠岩粉质量占10%的比例将经预处理后的稀土尾矿、42.5#普通硅酸盐水泥、陶粒用发泡剂和增粘剂的混合物以及珍珠岩粉混合均匀，制得混合料。

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化5h后，倒入圆盘造粒机中，在转速为15r/min、倾角为45^o的工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~15mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在80^oC下养护12h，制得免烧陶粒。

本实施例所制备的免烧陶粒的堆积密度约为758kg/m³，筒压强度约为3.3MPa，比表面积约为13.2m²/g，吸水率约为14.8%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

实施例5

一种利用稀土尾矿制备免烧陶粒的方法。该免烧陶粒的制备步骤是：

第一步、对原状稀土尾矿进行预处理；再在不计稀土尾矿预处理过程中加入的氢氧化钠或氢氧化钾溶液质量的情况下，按照稀土尾矿质量占70%、32.5#普通硅酸盐水泥质量占13%、陶粒用发泡剂质量占2.2%、生石灰质量占14.8%的比例将经预处理后的稀土尾矿、32.5#普通硅酸盐水泥、陶粒用发泡剂以及生石灰混合均匀，制得混合料。

第二步、向混合料加雾化水喷淋，陈化3h后，倒入圆盘造粒机中，在转速为20r/min、倾角为45^o的工艺条件下进行造粒，选取粒径为10~15mm的生陶粒置于恒温恒湿养护箱中在75^oC下养护18h，制得免烧陶粒。

本实施例所制备的免烧陶粒的堆积密度约为765kg/m³，筒压强度约为3.4MPa，比表面积约为13m²/g，吸水率约为14.5%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

 

本具体实施方式不仅解决了稀土尾矿的堆放和污染环境问题，而且拓宽了制备陶粒的体质材料来源；同时本发明在制备陶粒过程中避开了“高温焙烧”这一步骤，只是对生陶粒进行低温蒸汽养护。采用本具体实施方式所制备的免烧陶粒的堆积密度低于800kg/m³，筒压强度高于3.0MPa，比表面积高于10m²/g，吸水率低于15%，且在酸性、碱性环境中陶粒的强度会上升。

因此，本具体实施方式具有固体废弃物利用率高、操作简单、成本低、能耗及环境污染小的特点，所制备的免烧陶粒产品堆积密度较低、强度较高、比表面积较大、吸水率低、轻质、抗酸碱腐蚀性强。

Claims (13)

1.一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其制备过程采用稀土尾矿作为体质材料，将胶结材料、外加剂和辅助材料与经球磨处理的体质材料进行均匀混合，再向混合料喷淋雾化水，陈化后进行造粒，将制成的生陶粒进行养护制得免烧陶粒。

2.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿为重量组成包括SiO₂：50%~65%、Al₂O₃：26%~37%的离子型稀土尾矿，其RE₂O₃含量低于0.04%。

3.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的将胶结材料、外加剂和辅助材料与经球磨处理的体质材料进行混合的重量比例为：作为体质材料的稀土尾矿：65%~78%；胶结材料：8%~16%；外加剂：0.1%~3%；辅助材料：8%~20%。

4.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于进行造粒制成的生陶粒的粒径为10~25mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于作为体质材料的稀土尾矿的球磨预处理过程采用干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿经过预处理，其预处理过程先将原状稀土尾矿干法球磨10~50分钟，球料质量比为1:1；再向其中添加13%~18%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，溶液中所含氢氧化钠或氢氧化钾与稀土尾矿的质量比为0.05~0.15；然后将稀土尾矿与氢氧化钠或氢氧化钾溶液混合均匀。

7.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其胶结材料为32.5#普通硅酸盐水泥、42.5#普通硅酸盐水泥、氧化镁和氯化镁当中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其外加剂为陶粒用发泡剂和增粘剂中的一种或一种以上的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于其辅助材料为生石灰、生石膏和珍珠岩粉中的一种或一种以上的混合物。

10.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的作为体质材料的稀土尾矿的磨矿细度是指粒径小于0.074mm的颗粒不低于60%。

11.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的陈化时间为2~8小时。

12.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的造粒过程采用圆盘造粒机，造粒工艺条件为：转速为10~40r/min，倾角为45^o。

13.根据权利要求1所述的一种基于稀土尾矿无害化利用的免烧陶粒的制备方法，其特征在于所述的养护条件为：养护时间为5~24小时，养护温度为50~85^oC。