CN105801162B - 一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，通过对于硫铁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，制备出耐压强低密度的硫铁尾矿陶粒支撑剂。

Description

一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法
技术领域
本发明属于陶粒领域，特别涉及一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法。
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。硫铁尾矿就是一种常见的尾矿，在内蒙和四川境内，都存在大量的硫铁尾矿；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％～90％)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、粘土、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CN102403366A和CN102403370A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硫铁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而研制出一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，同时，对于硫铁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，制备出硫铁尾矿陶粒支撑剂。
一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理，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，一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，
包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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34-42wt％、二氧化硅27-33wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，得到粒度为2-8mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在80-90℃下脱水，并在800-840℃下预烧0.4-1h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为40-44℃，浸渍时间为12-24h，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿40-60份，建筑废料4-10份，粘土4-10份，高岭土4-10份，粉煤灰4-10份，硅灰4-10份，硫酸钙水泥4-10份，硅酸盐水泥4-10份，秸秆废料4-10份，工业磷酸1-4份，有机纤维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200-240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1000-1200摄氏度，烧结时间为2-4h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂。
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44℃。
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硫铁尾矿44份，建筑废料6份，粘土6份，高岭土6份，粉煤灰6份，硅灰6份，硫酸钙水泥6份，硅酸盐水泥6份，秸秆废料6份，工业磷酸3份，有机纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠1份，柠檬酸1份，苯扎氯铵1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220份，在搅拌机中搅拌2.0h，混合均匀后，并陈腐12.5h。
一种上述的硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法所制备的硫铁尾矿陶粒支撑剂，该陶粒支撑剂的强度大于15MPa，比重小于1.5g/cm3。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过对于硫铁尾矿进行废物利用，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、建筑废料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硫铁尾矿，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，本发明的通过对硫铁尾矿进行预处理、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硫铁尾矿，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建筑废料和粘土，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，通过添加有机纤维、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硫酸钙水泥和硅酸盐水泥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)本发明的硫铁尾矿陶粒支撑剂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：
一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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34wt％、二氧化硅27wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，得到粒度为4mm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800℃下预烧0.4h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为44℃，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿44份，建筑废料6份，粘土6份，高岭土6份，粉煤灰6份，硅灰6份，硫酸钙水泥6份，硅酸盐水泥6份，秸秆废料6份，工业磷酸3份，有机纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠1份，柠檬酸1份，苯扎氯铵1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220份，在搅拌机中搅拌2.0h，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1.0h；第二次成型的压力为60MPa，成型时间为1.0h；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1000摄氏度，烧结时间为2h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂。陶粒支撑剂的强度为17MPa，比重为1.35g/cm3。
实施例2：
一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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42wt％、二氧化硅29wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，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90℃下脱水，并在810℃下预烧0.8h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为40℃，浸渍时间为18h，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿40份，建筑废料4份，粘土10份，高岭土8份，粉煤灰7份，硅灰4份，硫酸钙水泥8份，硅酸盐水泥4份，秸秆废料10份，工业磷酸1份，有机纤维2份，磷石膏1份，氧化铝溶胶4份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠1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210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1.5h；第二次成型的压力为63MPa，成型时间为2.5h；成型后的陶粒粒径为1.8mm。
(5)烧结：将成型体放入燃烧室中烧结，烧结温度为1050摄氏度，烧结时间为2.5h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂。陶粒支撑剂的强度为18MPa，比重为1.4g/cm3。
实施例3：
一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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36wt％、二氧化硅31wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，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83℃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0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为42℃，浸渍时间为20h，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿50份，建筑废料8份，粘土8份，高岭土10份，粉煤灰4份，硅灰9份，硫酸钙水泥4份，硅酸盐水泥10份，秸秆废料4份，工业磷酸2份，有机纤维4份，磷石膏2份，氧化铝溶胶2份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠1份，柠檬酸1份，苯扎氯铵2份，膨润土2份，河沙1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1.0h，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2.0h；第二次成型的压力为70MPa，成型时间为2.0h；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1100摄氏度，烧结时间为4h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂。陶粒支撑剂的强度为19MPa，比重为1.1g/cm3。
实施例4：
一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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40wt％、二氧化硅33wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，得到粒度为8mm的颗粒，随后进一步细磨，使得其粒径小于0.2mm；随后在87℃下脱水，并在840℃下预烧1.0h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为43℃，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿60份，建筑废料10份，粘土4份，高岭土4份，粉煤灰10份，硅灰10份，硫酸钙水泥10份，硅酸盐水泥9份，秸秆废料5份，工业磷酸4份，有机纤维1份，磷石膏2份，氧化铝溶胶1份，聚丙烯纤维2份，硫酸钠2份，柠檬酸2份，苯扎氯铵1份，膨润土1份，河沙1份，石墨粉2份，石油钻井废液浸渍后的浸渍液240份，在搅拌机中搅拌1.5h，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2.5h；第二次成型的压力为67MPa，成型时间为1.5h；成型后的陶粒粒径为2.5mm。
(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3h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂。陶粒支撑剂的强度为17.5MPa，比重为1.4g/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 (1)

1.一种硫铁尾矿陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：包括如下制备工艺：
(1)硫铁尾矿预处理：硫铁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34wt％、二氧化硅27wt％，其他成分还含有少量的氧化铁，三氧化硫和其他杂质；
预处理过程为，首先将硫铁尾矿破碎，得到粒度为4mm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800℃下预烧0.4h；随炉冷却，并再次磨细，使其粒径小于0.08mm；
(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，将预处理的硫铁尾矿进行石油钻井废液浸渍，浸渍温度为44℃，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硫铁尾矿；
(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硫铁尾矿44份，建筑废料6份，粘土6份，高岭土6份，粉煤灰6份，硅灰6份，硫酸钙水泥6份，硅酸盐水泥6份，秸秆废料6份，工业磷酸3份，有机纤维3份，磷石膏3份，氧化铝溶胶3份，聚丙烯纤维1份，硫酸钠1份，柠檬酸1份，苯扎氯铵1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220份，在搅拌机中搅拌2.0h，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；所述两次成型中，第一次成型压力为10MPa，成型时间1.0h；第二次成型的压力为60MPa，成型时间为1.0h；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1000摄氏度，烧结时间为2h，烧结完毕后冷却，即得硫铁尾矿陶粒支撑剂；陶粒支撑剂的强度为17MPa，比重为1.35g/cm3。
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