CN107840641B - 一种利用尾矿及废渣制作的文化石 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用尾矿及废渣制作的文化石，属装饰建材技术领域。所述文化石的成型坯料由基础坯料以及坯体成型增强剂构成，其中，基础坯料由以下尾矿和废渣按比例配合而成：砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉、废弃红黏土砖破碎料。将选取的尾矿或废渣通过预粉碎、过筛、配料称量、混料、困料、成型、干燥、烧成制得文化石产品。本发明综合利用尾矿和废渣资源，采用中低温烧成，环保节能，制作的文化石产品呈色自然、朴素，可与天然文化石相媲美，给人一种返朴归真的田园美感，产品附加值高，易于推广应用。

Description

一种利用尾矿及废渣制作的文化石

技术领域

本发明涉及装饰建材技术领域，具体涉及一种利用尾矿及废渣制作的文化石。

背景技术

自然资源是人类生存和发展不可缺少的物质基础，随着经济的持续快速发展，资源成为制约世界经济与社会可持续发展的瓶颈之一，在改革开放之初，发展是压倒一切的，所以对于资源的开采几乎处于无序状态。当前阶段我国已经跃升为世界第二大经济体，在发展的同时必须兼顾环境，在矿产资源开采和利用方面必须达到协调和平衡，矿产资源的开采产生了大量的尾矿，因此，尾矿的处理成为资源综合利用的约束。大量的尾矿若不能及时得到处理，不仅占用大量宝贵的土地资源，而且也是一种矿产资源的浪费，还会给人们的生活环境带来污染和危害。如何把数量惊人的尾矿资源进行综合开发利用，真正实现“无尾、无废、无污染”的现代化生产，这其中蕴含着巨大的商机。我国是矿业大国，开发利用好长期累积的大量尾矿资源，可以“变废为宝”，有效缓解资源和环境的压力。从资源战略和发展全局出发开展尾矿资源的综合利用具有重大的现实意义。

砂岩主要用于装饰建材，同时由于其具有防潮、吸收噪音的功能而作为新型装饰材料越来越受欢迎。目前砂岩的开采使用量非常大，但对于尾矿的处理并没有太好的综合利用途径。砂岩由于风化崩解会造成尾矿强度较低而无法作为建筑材料或路基材料进行大量使用。废弃砂岩尾矿的不断堆积同样会造成土地资源的浪费和影响生态环境，同时也是一种资源的浪费。因此，合理利用废弃砂岩尾矿，变废为宝是砂岩开采和加工行业可持续发展的重要途径。

珍珠岩也是一种开发力度很大的矿产，其经膨胀而成为一种轻质、多功能的新型材料，具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音、隔热等特点，广泛应用于建筑、化工、农林园艺、机械、冶金、水利水电行业以及轻工领域等。河南省信阳地区拥有丰富的珍珠岩矿床资源，大多通过膨化工艺制成膨胀珍珠岩颗粒销售和使用，因而形成了大量珍珠岩尾矿微粉的堆存，但是近年来，珍珠岩尾矿的综合开发利用与砂岩尾矿相比开发研究力度也相对较大，珍珠岩尾矿经细粉碎和超细粉碎，可用于橡塑制品、颜料、油漆、油墨及一些机械构件和设备中，作为填充料，也可用作各种隔热、保温玻璃、矿棉、陶瓷等制品的配料。尽管如此，珍珠岩尾矿的综合开发利用仍然不能满足解决大量珍珠岩尾矿囤积的根本问题，因此，仍需要进一步加大综合开发利用力度，这同时也是珍珠岩开采和加工行业可持续发展的重要途径。

瓷石是一种独特的制瓷原料，经过粉碎后也叫瓷土，河南的信阳和永城拥有宝贵的瓷石矿资源。瓷石的主要矿物组成是石英、绢云母、高岭石和极少量长石及碳酸盐，因其含有陶瓷的基本组分，并且有适应制瓷工艺和烧成所需的性能，优质瓷石可单独制成瓷，亦可作为配料代替钾长石。瓷石经超细粉碎、表面改性等深加工制成的釉料和超细粉末材料或复合材料广泛应用于制瓷业、塑料、橡胶、造纸等领域。所以瓷石作为一种较为稀缺的资源其开采利用较多。但是在将瓷石提纯加工为高档超细原料的同时也产生了大量劣质尾矿泥料的堆存，这种泥料由于白度较低、杂质含量多，长期被弃置堆存占用着宝贵的场地资源，亟待以合理高效的途径进行开发利用。

废弃红黏土砖是一种目前广泛存在的建筑垃圾，是指旧建筑拆除产生的一种烧结黏土砖类废弃墙体材料。近些年来，随着经济的发展以及城镇化进程的加快，各项基础设施建设和旧房改造工程随处可见，目前我国每年产生数十亿吨建筑垃圾，而其合理利用率只有大约10％，仍然有宏量的建筑垃圾等待着资源化利用。而在这些建筑垃圾中，废弃黏土砖的量占50％左右。因此，对建筑垃圾中废弃红黏土砖进行资源化利用研究具有重要的现实意义和长远的社会意义。

基于以上分析，研究将砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉、废弃红黏土砖破碎料等尾矿或废渣经过配比组合用于制备仿天然文化石装饰建材具有良好的社会效益，且目前没见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效益较好的砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉和废弃红黏土砖破碎料的利用途径，制作一种仿天然、节能环保、具有高附加值易于推广的文化石，作为装饰建材产品。

砂岩是泥质胶结的软质岩石，因其胶结物富含氧化铁、氧化锰等矿物成分而呈红色、深红色或褐色，易风化。而珍珠岩是一种火山喷发形成的所谓酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，其矿物组成主要为块状、多孔状、浮石状，含少量透长石、石英的斑晶、微晶及各种形态的雏晶、隐晶质矿物、角闪石等圆弧形裂纹，断口呈参差状，珍珠光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色。基于以上特性，珍珠岩用于制备陶瓷制品可以大大降低烧成温度，改进烧结的质量。并且含有珍珠岩的陶瓷坯体中，莫来石晶体形成较早，从而有利于烧结过程的展开。

瓷石尾矿泥料含有与瓷石相似的成瓷组分，同时含有一些有机质和瓷石进行提纯洗选处理时排出的药剂成分以及其它杂质，已不适合用于高档日用瓷或卫生瓷的坯或釉料，但其仍不失为一种良好的制陶或制瓷原料。当前阶段出于保护耕地和节能减排的需要，在砌筑墙材领域已实行禁实禁粘，不允许破坏耕地取土。而大量建筑垃圾中的废弃红黏土砖经过破碎制取的颗粒料或细粉则是一种很好的黏土替代原料，同时由于已经过高温烧结，变成了一种熟料，作为陶瓷配料应用时可以降低制品的干燥和低温烧成收缩。

因此，从砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉和废弃红黏土砖破碎料的矿物组成及性能分析来看，采用上述尾矿和废渣配制成基础坯料制作文化石符合建设经济型节约型社会的原则。为实现上述目的，本发明通过对砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉和废弃红黏土砖破碎料的深入研究来制作一种仿天然附加值的文化石。所述一种利用尾矿及废渣制作的文化石，按照以下组分配比的原材料制备而成：各组分以重量百分比计，

(1)基础坯料的构成：

砂岩尾矿砂40‐‐60％；

珍珠岩尾矿微粉20‐40％；

瓷石尾矿粉0‐20％；

废弃红黏土砖破碎料0‐40％。

优选：砂岩尾矿砂40‐‐45％；

珍珠岩尾矿微粉20‐30％；

瓷石尾矿粉10‐15％；

废弃红黏土砖破碎料15‐30％。

(2)成型增强剂的构成：

糊精粉15‐25g/kg基础坯料；

水玻璃30‐45mL/kg基础坯料。

通过以下工序或步骤制备：

1)备料：选取砂岩尾矿砂、珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉、废弃红黏土砖，经过预粉碎、过筛后备用。优选：砂岩尾矿砂粒度为60‐100目，珍珠岩尾矿微粉200‐325目，瓷石尾矿粉100‐200目，废弃红黏土砖破碎料40‐325目；糊精粉100‐120目。

2)称料：根据预制作文化石的规格尺寸、数量和单重计算要配制成型料的量，按照相应的组分配比称量按步骤1)处理过的原材料，分别盛放；

3)混料：先将称取的砂岩尾矿砂、废弃红黏土砖破碎料置入逆流混料锅中加入水玻璃湿混，然后把珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉和糊精粉过筛筛入逆流混料锅，继续搅拌混合，出锅过筛，装入料箱，困料2h以上，得到均匀的成型料；

4)成型：将备用模具固定好，按投料单重倒入成型料，梳均刮平，合模、依据压力制度进行压制，卸压脱模。

5)干燥：将成型好脱模后的文化石湿坯置于储坯架上推入干燥室干燥，使坯体的水分≦2％；

6)烧成：将干燥后的文化石坯体送入窑炉中烧制，其中窑炉温度从室温升至1000‐1200℃，升温速度为30‐100℃/h，并在烧成温度下高温保温，然后制度降温，降至100℃以下即可出窑，得文化石建材产品。

步骤2)中水玻璃的加入量是以基础坯料重量总和作为基数进行计算的。每1kg基础坯料加湿润剂水玻璃30‐45mL。

较佳地，步骤2)中水玻璃的加入量是每1kg基础坯料加湿润剂水玻璃40‐45mL。

步骤2)中糊精粉的加入量是以基础坯料的重量总和作为基数进行计算的，每1kg基础坯料加糊精粉15‐25g。

较佳地，步骤5)中干燥温度为60‐110℃。

较佳地，在步骤6)中烧成温度为1070～1120℃，并在最高烧成温度保温2～4h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在制作文化石的过程中综合利用尾矿和废渣资源，以砂岩尾矿砂、废弃红黏土砖破碎料为骨料，以珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉以及坯体成型增强剂为粘结剂，因配比不同，其烧成温度也不同，并呈现出不同的色调，给人以反璞归真、仿天然真石的效果。制备的文化石产品由于采用高温烧制而成，具有陶瓷制品的吸水率低、抗冻性耐久性好、强度高的特性，可与天然文化石相媲美。本发明文化石的制备方法采用中低温烧成，将尾矿和废渣资源进行回收利用，具有利废节能、清洁生产等特点，符合建设节约型可持续发展社会的宗旨，另外，由于配方结构简单、原材料来源方便，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明烧成温度制度曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

一种利用尾矿和废渣制作的文化石，将各组分按表1中1#配方所列比例进行称量混配；

实施例2

一种利用尾矿和废渣制作的文化石，将各组分按表1中2#配方所列比例进行称量混配；

实施例3

一种利用尾矿和废渣制作的文化石，将各组分按表1中3#配方所列比例进行称量混配；

按图1所示的工艺流程进行文化石产品的制作，采取相同的制作工序和步骤，按表1中所列上述实施例1～3的配方称量各种原材料，制作步骤具体如下：

(1)备料：选取尾矿和废渣原材料，并将所有原材料预粉碎，砂岩尾矿砂过60目筛备用，珍珠岩尾矿微粉过200目筛、瓷石尾矿粉过200目筛、废弃红黏土砖破碎料过40目筛备用；糊精粉过120目；水玻璃比重1.40‐1.42g/cm³，模数2.3‐2.5；

(2)称料、混料：将步骤1)处理的原料分别按表1中所列上述实施例1～3的配方称量各种原材料，分别盛放，然后，先将砂岩尾矿砂、废弃红黏土砖破碎料置入逆流混料锅中加入水玻璃湿混10min，再把珍珠岩尾矿微粉、瓷石尾矿粉和糊精粉过70目筛筛入逆流混料锅，搅拌20min，出锅过12目筛，装入料箱，困料2h以上，得到均匀的成型料；

(3)成型：将备用的金属模具固定好，按投料单重倒入成型料，均匀梳料和刮平，然后按预定的加压制度压制成型，卸压脱模；

(4)干燥：将成型好脱模后的文化石湿坯置于储坯架上推入干燥室于60～110℃干燥5～10h，使坯体的水分≦2％；

(5)烧成：将干燥后的文化石坯体置入窑炉中烧制，其中窑炉温度从室温逐渐升至1070‐1120℃，升温速度为50‐80℃/h，并在高温保温2‐4h，出窑即得建材文化石制品。

表1所列实施例的配方中水玻璃的加入量是以基础坯料的重量总和作为基数进行计算，每1kg基础坯料加湿润剂水玻璃40‐45mL。

表1所列实施例的配方中糊精粉的加入量是以基础坯料的重量总和作为基数进行计算，每1kg基础坯料加糊精粉15‐20g。

利用尾矿和废渣制作的文化石的性能见表2。

检测实验方法和技术指标按照标准《JC/T 2087-2011建筑装饰用仿自然面艺术石》进行。

表1本发明实施例文化石配方

其中步骤(5)中，1#产品‐‐升温速度为50℃/h。烧制温度为1080℃。保温4h。

2#产品‐‐升温速度为70℃/h。烧制温度为1100℃。保温3h。

3#产品‐‐升温速度为80℃/h。烧制温度为1120℃。保温2h。

表2利用二元尾矿制作的文化石性能(室外用)

由此可知，本发明文化石质地坚硬、色泽自然、纹理丰富，风格质朴，具有抗压、耐磨、耐火、耐腐蚀、吸水率低、抗冻等特点，极具推广应用价值。

上述实施例虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所述技术领域技术人员应该明白，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用尾矿及废渣制作的文化石，其特征在于，按照以下组分配比的原材料通过预粉碎、过筛、配料称量、混料、困料、成型、干燥和烧成制备而成，各组分以重量百分比计，

（1）基础坯料的构成：

砂岩尾矿砂40--45%；

珍珠岩尾矿微粉20-30%；

瓷石尾矿粉10-15%；

废弃红黏土砖破碎料15-30%；

（2）成型增强剂的构成：

糊精粉 15-25g/kg基础坯料；

水玻璃30-45mL/kg基础坯料；

烧成时，窑炉温度从室温升至1000-1200℃，升温速度为30-100℃/h，并在1000-1200℃下保温2-4h，然后制度降温。

2.如权利要求1所述的利用尾矿及废渣制作的文化石，其特征在于，砂岩尾矿砂粒度为60-100目，珍珠岩尾矿微粉200-325目，瓷石尾矿粉100-200目，废弃红黏土砖破碎料40-325目；糊精粉120目，水玻璃比重1.40-1.42g/cm³，模数2.3-2.5。

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