CN105801161A - 一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，通过对于离子型稀土尾矿进行煅烧预处理、石油钻井废液浸渍、再优化制备陶粒的原料组成及其含量，调节陶粒的物化性能，制备高强度，低密度的离子型稀土尾矿多孔陶粒。

Description

一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法
技术领域
本发明属于陶粒领域，特别涉及一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法。
背景技术
废物综合回收是一件功在当今，利在后世的事情。建国以来，我国矿山企业堆积了大量的尾矿，由于开采模式单一，开采工艺落后，开采设备陈旧，导致大量尾矿残存，无法有效回收再利用。另外，尾矿自身带有超标污染物或有害组分，在选矿过程中又加入的各种化学药剂残存在尾矿当中，在没有经过处理情况下，直接堆放在地表，不仅占用大量的土地，还严重污染了周围的环境。离子型稀土尾矿就是一种常见的尾矿，在我国南方，稀土矿主要是离子型稀土矿，且其以中重稀土为主，具有较高的经济价值；在开采过程中，由于各种原因，产生大量的尾矿，不仅浪费资源，而且占用土地，造成水土流失；
在石油与天然气的开采、钻探以及修井过程中，将产生大量的钻井废液，主要由钻井液、钻屑、以及各种作业产生的废液等组成。钻井废液组成复杂，一般呈碱性，pH值在8.4～12之间，有的可达13以上；固相颗粒粒度一般在0.01～0.3μm之间(即94％以上颗粒通过200目筛)，外观一般呈粘稠流体或半流体状，具有颗粒细小、级配差不大、粘度大、含水率高不易脱水(含水率约在30％～95％)等特性。且其自然干结过程缓慢，干结物遇水浸湿后易再度形成钻井废液样物，会对排放点及附近地带的土壤物性产生长期的不良影响；废泥浆含油量高，部分钻井废液含油量达10％以上；钻井废液固含量高，主要为膨润土和有机高分子处理剂、苏州土、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂及表层土等；此外由于钻井废液中含有各种有机和无机类化学处理剂，其中的重金属、CODCr值、Oil及表面活性剂等有害物质浓度较高，个别有害物污染指标超出国家允许排放浓度的数百倍。
陶粒，就是陶质的颗粒。陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，但也有一些仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体，而呈不规则碎石状。陶粒形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。陶粒的外观颜色因所采用的原料和工艺不同而各异。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。最近研究的还有免烧陶粒；
使用尾矿来制备陶粒也有不少的研究，如CN102413324A和CN102413370A分别公开了一种黄金尾矿粉陶粒的制造方法和一种铁尾矿粉陶粒及其制造方法，具体包含有材料及配比和制造工艺流程，但是工艺颇为复杂；而专门针对于石油钻井废液和离子型稀土尾矿来制备陶粒的研究还未看到。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，本发明研制出一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，同时，对于离子型稀土尾矿进行煅烧预处理、石油钻井废液浸渍、再优化制备陶粒的原料组成及其含量，调节陶粒的物化性能，制备出离子型稀土尾矿多孔陶粒。
一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理，包括破碎、细磨、脱水和预烧处理步骤：
(2)石油钻井废液浸渍；
(3)混合、陈腐；
(4)造粒、成型；
(5)烧结。
具体来说，一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，
包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝20-30wt％、二氧化硅50-60wt％，其他成分还含有少量的氧化铁、氧化镁、稀土氧化物和其他杂质；
预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为2-9mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在80-95℃下脱水，并在800-855℃下预烧0.6-1.0h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm；
(2)石油钻井废液浸渍：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为41-47℃，浸渍时间为12-36h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿；
(3)混合、陈腐：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿400-500份，工业废砖头4-12份，苏州土4-12份，高铝矾土4-12份，粉煤灰4-12份，硅灰4-12份，凹凸棒土4-12份，煤矸石4-12份，秸秆废料4-12份，工业磷酸1-4份，钢纤维1-4份，磷石膏1-4份，氧化铝溶胶1-4份，聚丙烯纤维1-2份，硫酸钠1-2份，柠檬酸1-2份，苯扎氯铵1-2份，膨润土1-2份，河沙1-2份，石墨粉1-2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液200-300份，在搅拌机中搅拌1-2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
(4)造粒、成型：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1100-1250摄氏度，烧结时间为2-4h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。
作为优选，所述二次成型中，第一次成型压力为10-30MPa，成型时间为1-2.5h；第二次成型的压力为60-70MPa，成型时间为1-2.5h；成型后的陶粒粒径为1-3mm。
作为优选，所述浸渍温度为47℃。
作为优选，取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿460份，工业废砖头10份，苏州土10份，高铝矾土10份，粉煤灰10份，硅灰10份，凹凸棒土10份，煤矸石10份，秸秆废料10份，工业磷酸3份，钢纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠2份，柠檬酸2份，苯扎氯铵2份，膨润土2份，河沙2份，石墨粉2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液250份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h。
一种上述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法所制备的离子型稀土尾矿多孔陶粒，该多孔陶粒的抗压强度大于35MPa，比重小于1.5g/cm3。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过对于离子型稀土尾矿进行废物利用，制备出适合支撑剂使用的陶粒，同时，在制备陶粒过程中，还选择了石油钻井废液、工业废砖头和秸秆废料等废物作为主要成分，所制备的陶粒具有强度高、比重小；
(2)本发明采用石油钻井废液浸渍离子型稀土尾矿，对于其中的金属离子进行碱性条件下的沉淀，同时，废液中的石油在坯体烧结过程中，可以使得该陶粒存在多孔结构，使得该陶粒轻质。
(3)具体来说，本发明的通过对离子型稀土尾矿进行预处理、浸渍处理，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿，其中的浸渍液含有大量石油；而为了提高陶粒各原料的粘结性，本发明选择同为废料的工业废砖头和苏州土，同时为了优化粘结效果，本发明还选择了氧化铝溶胶；同时，为了提高陶粒的耐压等强度，通过添加钢纤维、聚丙烯纤维和膨润土，河沙和石墨粉，组成多维的结构；而在提高陶粒轻质作用的基础上，本发明采用免烧工艺，并且选择复合凝胶材料凹凸棒土和煤矸石以及其稳定剂磷石膏、氧化铝溶胶、硫酸钠、苯扎氯铵等，提高陶粒的物化性能。
(4)本发明的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法的制备方法工艺简单，环保，且便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝20wt％、二氧化硅50wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，氧化镁，稀土氧化物和其他杂质；
预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为5mm的颗粒，随后进一步细磨，得到粒径小于0.2mm；随后在88℃下脱水，并在820℃下预烧0.6h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm；
(2)石油钻井废液浸渍：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为45℃，浸渍时间为16h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿；
(3)混合、陈腐：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿460份，工业废砖头10份，苏州土10份，高铝矾土10份，粉煤灰10份，硅灰10份，凹凸棒土10份，煤矸石10份，秸秆废料10份，工业磷酸3份，钢纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠2份，柠檬酸2份，苯扎氯铵2份，膨润土2份，河沙2份，石墨粉2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液250份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
(4)造粒、成型：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；所述二次成型中，第一次成型压力为20MPa，成型时间为2.5h；第二次成型的压力为70MPa，成型时间为2.5h；成型后的陶粒粒径为3mm；
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1150摄氏度，烧结时间为3h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。多孔陶粒的抗压强度为38MPa，比重为1.2g/cm3。
实施例2：
一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝30wt％、二氧化硅55wt％，其他成分还含有少量的氧化铁、氧化镁、稀土氧化物和其他杂质；
预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为2mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在80℃下脱水，并在855℃下预烧1.0h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm；
(2)石油钻井废液浸渍：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为43℃，浸渍时间为12h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿；
(3)混合、陈腐：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿500份，工业废砖头8份，苏州土4份，高铝矾土4份，粉煤灰7份，硅灰12份，凹凸棒土6份，煤矸石12份，秸秆废料4份，工业磷酸1份，钢纤维2份，磷石膏4份，氧化铝溶胶1份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠1份，柠檬酸2份，苯扎氯铵1份，膨润土2份，河沙2份，石墨粉2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液200份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
(4)造粒、成型：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；所述二次成型中，第一次成型压力为30MPa，成型时间为1.0h；第二次成型的压力为60MPa，成型时间为2.0h；成型后的陶粒粒径为1mm；
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1200摄氏度，烧结时间为2h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。多孔陶粒的抗压强度为36MPa，比重为1.4g/cm3。
实施例3：
一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝25wt％、二氧化硅60wt％，其他成分还含有少量的氧化铁、氧化镁、稀土氧化物和其他杂质；
预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为9mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在85℃下脱水，并在800℃下预烧0.8h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm；
(2)石油钻井废液浸渍：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为41℃，浸渍时间为36h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿；
(3)混合、陈腐：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿400份，工业废砖头4份，苏州土8份，高铝矾土12份，粉煤灰12份，硅灰8份，凹凸棒土4份，煤矸石4份，秸秆废料6份，工业磷酸2份，钢纤维1份，磷石膏2份，氧化铝溶胶4份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠1份，柠檬酸1份，苯扎氯铵1份，膨润土1份，河沙2份，石墨粉1份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液300份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
(4)造粒、成型：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；所述二次成型中，第一次成型压力为10MPa，成型时间为2.0h；第二次成型的压力为63MPa，成型时间为1.5h；成型后的陶粒粒径为2mm；
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1100摄氏度，烧结时间为4h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。多孔陶粒的抗压强度为37MPa，比重为1.3g/cm3。
实施例4：
一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝28wt％、二氧化硅57wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，氧化镁，稀土氧化物和其他杂质；
预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为6mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在95℃下脱水，并在830℃下预烧0.6h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm；
(2)石油钻井废液浸渍：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为47℃，浸渍时间为24h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿；
(3)混合、陈腐：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿480份，工业废砖头12份，苏州土12份，高铝矾土6份，粉煤灰4份，硅灰4份，凹凸棒土12份，煤矸石9份，秸秆废料12份，工业磷酸4份，钢纤维4份，磷石膏1份，氧化铝溶胶2份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠2份，柠檬酸1份，苯扎氯铵2份，膨润土1份，河沙1份，石墨粉1份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液360份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
(4)造粒、成型：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；所述二次成型中，第一次成型压力为25MPa，成型时间为1.5h；第二次成型的压力为66MPa，成型时间为1.0h；成型后的陶粒粒径为1.5mm；
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1250摄氏度，烧结时间为3h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。多孔陶粒的抗压强度为39MPa，比重为1.25g/cm3。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下制备工艺：
(1)离子型稀土尾矿预处理，包括破碎、细磨、脱水和预烧处理步骤：
(2)石油钻井废液浸渍；
(3)混合、陈腐；
(4)造粒、成型；
(5)烧结，得到离子型稀土尾矿多孔陶粒。
2.一种如权利要求1所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，所述的离子型稀土尾矿预处理具体为：离子型稀土尾矿为露天开采硫铁矿废弃的矿渣，其主要化学成分是氧化铝20-30wt％、二氧化硅50-60wt％，其他成分还含有少量的氧化铁、氧化镁、稀土氧化物和其他杂质；预处理过程为，首先将离子型稀土尾矿破碎，得到粒度为2-9mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在80-95℃下脱水，并在800-855℃下预烧0.6-1.0h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.01mm。
3.一种如权利要求1或2所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，所述的石油钻井废液浸渍具体为：将石油钻井浆料进行固液分离，得到石油钻井废液，将预处理的离子型稀土尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为41-47℃，浸渍时间为12-36h，得到石油钻井废液浸渍后浸渍液和石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿。
4.一种如权利要求3所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，所述的混合、陈腐步骤为：取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿400-500份，工业废砖头4-12份，苏州土4-12份，高铝矾土4-12份，粉煤灰4-12份，硅灰4-12份，凹凸棒土4-12份，煤矸石4-12份，秸秆废料4-12份，工业磷酸1-4份，钢纤维1-4份，磷石膏1-4份，氧化铝溶胶1-4份，聚丙烯纤维1-2份，硫酸钠1-2份，柠檬酸1-2份，苯扎氯铵1-2份，膨润土1-2份，河沙1-2份，石墨粉1-2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液200-360份，在搅拌机中搅拌1.0-2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h；
造粒、成型步骤为：将陈腐料干燥、造粒，随后冷等静压两次成型；
烧结步骤为：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1100-1250摄氏度，烧结时间为2-4h，烧结完毕后冷却，即得离子型稀土尾矿多孔陶粒。
5.一种如权利要求4所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，所述二次成型中，第一次成型压力为10-30MPa，成型时间为1-2.5h；第二次成型的压力为60-70MPa，成型时间为1-2.5h；成型后的陶粒粒径为1-3mm。
6.一种如权利要求1或2所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，所述的浸渍温度为47℃。
7.一种如权利要求4所述的离子型稀土尾矿多孔陶粒的制备方法，其特征在于，取如下重量份的物质混合，石油钻井废液浸渍后的离子型稀土尾矿410份，工业废砖头10份，苏州土10份，高铝矾土10份，粉煤灰10份，硅灰10份，凹凸棒土10份，煤矸石10份，秸秆废料10份，工业磷酸3份，钢纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠2份，柠檬酸2份，苯扎氯铵2份，膨润土2份，河沙2份，石墨粉2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液250份，在搅拌机中搅拌2.5h，混合均匀后，并陈腐12.5h。
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