CN108996991A - 利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于黄金尾矿回收再利用技术领域，具体涉及一种利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，并进一步公开其制备方法。本发明利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，利用现有黄金尾矿废料为原料，经过特定处理工艺获得的黄金尾矿颗粒，辅以回收废料煤矸石、膨润土和玻璃粉为原料，所述建筑陶瓷，具有轻质、多孔的优势，其抗压强度符合国家标准，同时所得板材的防火性能优异，为黄金尾矿和煤矸石废料的利用提供了新的途径。

Description

利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于黄金尾矿回收再利用技术领域，具体涉及一种利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，并进一步公开其制备方法。
背景技术
在我国5000多年文明史中，使用黄金已有4000余年，与埃及、印度、古罗马一样成为世界上最早使用黄金及其他合金的国家之一。金在化学元素周期表中列79位，原子量197，金密度大(19.32g/cm3)但轻于铂。金颜色为金黄色，延展性较好，31.25g纯金能锤成万分之一毫米厚的金叶，可贴满9m2的面积。金的挥发性小，一般情况下已熔化的金其挥发量微不足道。金具有良好的导电与导热性能，导电率仅次于银和铜，导热率为银的74％。金的化学性质非常稳定，在低温或高温时不会氧化，常温下与单独的盐、硝、硫酸均不起作用，但混酸(王水)以及氰化物溶液却能很好的溶金。纯金在自然界中极少见，金可与其他金属组成合金如金银、金桐、金银铜合金等。
金的开采依赖于黄金矿床的类型和储量，由于大部分黄金矿石含金量极低，导致生产企业在黄金开采中几乎产出多少矿石就排出多少尾矿。黄金尾矿是金矿石经磨细提取黄金精矿粉后排放的废弃物，呈黄色粉状，有较小的粒度和相对均匀的粒度分布，含较多SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO，有较高的表面能和潜在反应活性。
我国黄金系统每年排放的尾矿已超过2450万吨，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。目前尾矿综合利用率很低，大约为7％，其余尾矿一般作为固体废弃物用矿物库的方式堆存，不仅占用大量的土地，造成尾矿库周围环境污染，而且需投入大量资金用于尾矿库修筑及维护。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。因此，对于黄金尾矿综合利用已成为黄金矿山资源综合利用和保护生态环境方面的重要课题。
煤矸石是在采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，有些含腐殖酸，煤矸石的含碳量约为20％-30％，且发热值较低。中国积存的煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害，且煤矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水；而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。近些年，如何变废为宝的利用煤矸石废弃资源，也成为了保护生态环境方面的重要课题。
中国专利CN103011888A公开了一种利用固体废弃物制备的泡沫陶瓷，该泡沫陶瓷利用煤矸石、磷尾矿、长石、黄砂为原料进行发泡烧结。所述泡沫陶瓷具有较高的强度、密度低、烧结温度和热导率较低的优势，同时高效利用了煤矸石、磷尾矿等固体废弃物，有助于改善自然环境和降低生产成本。但该方法中所述的发泡处理步骤需要在1100℃左右完成，过高的温度一方面会破坏发泡的质量，同时也对发泡设备的要求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷。
为解决上述技术问题，本发明所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，包括如下重量份的制备原料：黄金尾矿颗粒20-40重量份、煤矸石20-30重量份、膨润土10-20重量份、玻璃粉10-20重量份、发泡剂5-12重量份。
优选的，所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，包括如下重量份的制备原料：黄金尾矿颗粒30重量份、煤矸石25重量份、膨润土15重量份、玻璃粉15重量份、发泡剂8重量份。
更优的，所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，所述黄金尾矿颗粒为黄金尾矿按照如下步骤改性获得：
(1)取黄金尾矿过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿；
(2)其余尾矿加水制浆后调pH至中性，备用；
(3)向所述尾矿浆液中加入助流剂进行改性处理；
(4)向所述改性处理后的尾矿浆液中加入偶联剂并混匀；
(5)将处理后的所述尾矿浆液过滤，取固体尾矿烘干，并利用机械研磨机研磨；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
所述步骤(3)中，所述助流剂为滑石粉，所述助流剂的加入量为所述尾矿的2-10wt％。
所述步骤(4)中，所述偶联剂为包括碳酸钙和钛酸酯偶联剂的复合偶联剂，所述偶联剂的加入量为所述尾矿量的3-5wt％。
所述发泡剂为碳酸钙或白云石类发泡剂。
本发明还公开了一种制备所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，包括如下步骤：
(a)取选定量的所述黄金尾矿颗粒、煤矸石、膨润土、玻璃粉和发泡剂混匀，得到混合料；
(b)将所得的混合料压制成型，制成多孔陶瓷坯体；
(c)将制成的多孔陶瓷坯体干燥至含水率低于0.1％；
(d)将干燥后的多孔陶瓷坯体进行发泡焙烧处理，冷却成型后即得所需板材。
所述步骤(d)中，所述发泡焙烧步骤的发泡温度为500-600℃。
所述步骤(c)中，所述干燥步骤为80-100℃干燥。
优选的，所述的制备所述利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，还包括获得所述黄金尾矿颗粒的步骤，具体包括：
(1)取黄金尾矿过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿；
(2)其余尾矿加水制浆后调pH至中性，备用；
(3)向所述尾矿浆液中加入助流剂进行改性处理；
(4)向所述改性处理后的尾矿浆液中加入偶联剂并混匀；
(5)将处理后的所述尾矿浆液过滤，取固体尾矿烘干，并利用机械研磨机研磨；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
本发明利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，利用现有黄金尾矿废料为原料，经过对黄金尾矿的特定处理工艺，获得的黄金尾矿颗粒有效去除了其含有的重金属物质及放射性物质等杂质，处理后的黄金尾矿颗粒可用于建筑陶瓷的制备。经性能检测可知，本发明所述建筑陶瓷，具有轻质、多孔的优势，其抗压强度符合国家标准，同时所得板材的防火性能优异，为黄金尾矿的利用提供了新的途径。
本发明利用所述经过特定处理工艺获得的黄金尾矿颗粒，辅以回收废料煤矸石、膨润土和玻璃粉为原料，在制备建筑陶瓷时，其可以在500-600℃低温下实现30-60min的低温快速发泡处理，工艺能耗极低，同时产品性能较好。
具体实施方式
本发明下述实施例中处理的黄金尾矿为山东招远金玲镇金矿的黄金尾矿，化验分析黄金尾矿的矿物组成、物料性质以及粒度分布，所述黄金尾矿的矿物组成如下：Au:0.06wt％、Ag:1.00wt％、SiO2:74.6wt％、
Al2O3:13.4wt％、K2O:4.06％、Na2O:2.01wt％、MgO:0.37wt％、CaO:1.23wt％、TFe:1.56wt％、S:0.1wt％(圣基)。微量元素含量见下表1。
表1黄金尾矿微量元素含量
实施例1制备黄金尾矿颗粒
本发明所述的一种黄金尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)取所述黄金尾矿，经多次筛选后，过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿，使得剩余尾矿中含铁矿量低于0.5wt％；
(2)将其余尾矿中加水制成尾矿浆，水的加入量为尾矿量的2倍量；随后根据尾矿浆液的pH值，以稀HCL溶液或稀NaOH溶液调尾矿浆液的pH值至中性，备用；
(3)向上述尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量2wt％的滑石粉进行改性处理；
(4)向上述改性处理后的尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量5wt％的偶联剂(碳酸钙和钛酸酯偶联剂TMC-201以1:1混合)并混匀；
(5)将上述改性处理后的所述尾矿浆液过滤，固液分离并收集固体尾款进行烘干处理，随后利用机械研磨机将所述尾矿研磨，收集圆柱状针型结构的尾矿颗粒，过600目筛处理，使得所述尾矿颗粒中600目及以上目数的颗粒含量至少为97％；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
实施例2制备黄金尾矿颗粒
本发明所述的一种黄金尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)取所述黄金尾矿，经多次筛选后，过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿，使得剩余尾矿中含铁矿量低于0.5wt％；
(2)将其余尾矿中加水制成尾矿浆，水的加入量为尾矿量的3倍量；随后根据尾矿浆液的pH值，以稀HCL溶液或稀NaOH溶液调尾矿浆液的pH值至中性，备用；
(3)向上述尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量10wt％的滑石粉进行改性处理；
(4)向上述改性处理后的尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量3wt％的偶联剂(碳酸钙和钛酸酯偶联剂TMC-201以1:1混合)并混匀；
(5)将上述改性处理后的所述尾矿浆液过滤，固液分离并收集固体尾款进行烘干处理，随后利用机械研磨机将所述尾矿研磨，收集圆柱状针型结构的尾矿颗粒，过600目筛处理，使得所述尾矿颗粒中600目及以上目数的颗粒含量至少为97％；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
实施例3制备黄金尾矿颗粒
本发明所述的一种黄金尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)取所述黄金尾矿，经多次筛选后，过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿，使得剩余尾矿中含铁矿量低于0.5wt％；
(2)将其余尾矿中加水制成尾矿浆，水的加入量为尾矿量的2倍量；随后根据尾矿浆液的pH值，以稀HCL溶液或稀NaOH溶液调尾矿浆液的pH值至中性，备用；
(3)向上述尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量6wt％的滑石粉进行改性处理；
(4)向上述改性处理后的尾矿浆液中加入占所述尾矿固体量4wt％的偶联剂(碳酸钙和钛酸酯偶联剂TMC-201以1:1混合)并混匀；
(5)将上述改性处理后的所述尾矿浆液过滤，固液分离并收集固体尾款进行烘干处理，随后利用机械研磨机将所述尾矿研磨，收集圆柱状针型结构的尾矿颗粒，过600目筛处理，使得所述尾矿颗粒中600目及以上目数的颗粒含量至少为97％；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
实施例4制备建筑陶瓷
本实施例所述的建筑陶瓷，包括如下重量份的制备原料：实施例1中制得的黄金尾矿颗粒20kg、煤矸石30kg、膨润土10kg、玻璃粉20kg、碳酸钙发泡剂5kg。
本实施例中制备所述的含黄金尾矿颗粒的建筑板材的方法，包括如下步骤：
(a)取选定量的所述黄金尾矿颗粒、煤矸石、膨润土、玻璃粉和发泡剂混匀，得到混合料；
(b)将所得的混合料压制成型，制成多孔陶瓷坯体；
(c)将制成的多孔陶瓷坯体于80-100℃干燥至含水率低于0.1％；
(d)将干燥后的多孔陶瓷坯体于500-600℃下进行发泡焙烧处理30-60min，冷却成型后即得所需多孔陶瓷。
经测试，本实施例所制得的多孔保温陶瓷，气孔分布均匀，孔隙率高达25.2％，孔隙孔径3-5mm；所得多孔保温陶瓷产品的密度为0.32g/cm3，抗压强度为6.9MPa，常温导热系数在0.05W/(K·m)，达到A级防火材料要求。
实施例5制备建筑陶瓷
本实施例所述的建筑陶瓷，包括如下重量份的制备原料：实施例2中制得的黄金尾矿颗粒40kg、煤矸石20kg、膨润土20kg、玻璃粉10kg、碳酸钙发泡剂12kg。
本实施例中制备所述的含黄金尾矿颗粒的建筑陶瓷的方法同实施例4。
经测试，本实施例所制得的多孔保温陶瓷，气孔分布均匀，孔隙率高达26.1％，孔隙孔径3-5mm；所得多孔保温陶瓷产品的密度为0.31g/cm3，抗压强度为7.2MPa，常温导热系数在0.045-0.05W/(K·m)，达到A级防火材料要求。
实施例6制备建筑板材
本实施例所述的建筑陶瓷，包括如下重量份的制备原料：实施例3中制得的黄金尾矿颗粒30kg、煤矸石25kg、膨润土15kg、玻璃粉15kg、碳酸钙发泡剂8kg。
本实施例中制备所述的含黄金尾矿颗粒的建筑板材的方法同实施例4。
经测试，本实施例所制得的多孔保温陶瓷，气孔分布均匀，孔隙率高达27.5％，孔隙孔径2-5mm；所得多孔保温陶瓷产品的密度为0.30g/cm3，抗压强度为7.5MPa，常温导热系数在0.045W/(K·m)，达到A级防火材料要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，包括如下重量份的制备原料：黄金尾矿颗粒20-40重量份、煤矸石20-30重量份、膨润土10-20重量份、玻璃粉10-20重量份、发泡剂5-12重量份。
2.根据权利要求1所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，包括如下重量份的制备原料：黄金尾矿颗粒30重量份、煤矸石25重量份、膨润土15重量份、玻璃粉15重量份、发泡剂8重量份。
3.根据权利要求1或2所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，所述黄金尾矿颗粒为黄金尾矿按照如下步骤改性获得：
(1)取黄金尾矿过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿；
(2)其余尾矿加水制浆后调pH至中性，备用；
(3)向所述尾矿浆液中加入助流剂进行改性处理；
(4)向所述改性处理后的尾矿浆液中加入偶联剂并混匀；
(5)将处理后的所述尾矿浆液过滤，取固体尾矿烘干，并利用机械研磨机研磨；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
4.根据权利要求3所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，所述步骤(3)中，所述助流剂为滑石粉，所述助流剂的加入量为所述尾矿的2-10wt％。
5.根据权利要求3或4所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，所述步骤(4)中，所述偶联剂为包括碳酸钙和钛酸酯偶联剂的复合偶联剂，所述偶联剂的加入量为所述尾矿量的3-5wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为碳酸钙或白云石类发泡剂。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)取选定量的所述黄金尾矿颗粒、煤矸石、膨润土、玻璃粉和发泡剂混匀，得到混合料；
(b)将所得的混合料压制成型，制成多孔陶瓷坯体；
(c)将制成的多孔陶瓷坯体干燥至含水率低于0.1％；
(d)将干燥后的多孔陶瓷坯体进行发泡焙烧处理，冷却成型后即得所需板材。
8.根据权利要求7所述的制备所述的利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤(d)中，所述发泡焙烧步骤的发泡温度为500-600℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备所述利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤(c)中，所述干燥步骤为80-100℃干燥。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制备所述利用黄金尾矿和回收煤矸石制备的建筑陶瓷的方法，其特征在于，还包括获得所述黄金尾矿颗粒的步骤，具体包括：
(1)取黄金尾矿过800-1250目筛，并加入磁选机筛除精铁矿；
(2)其余尾矿加水制浆后调pH至中性，备用；
(3)向所述尾矿浆液中加入助流剂进行改性处理；
(4)向所述改性处理后的尾矿浆液中加入偶联剂并混匀；
(5)将处理后的所述尾矿浆液过滤，取固体尾矿烘干，并利用机械研磨机研磨；
(6)将研磨后的尾矿颗粒于600-800℃高温煅烧处理，即得处理后的所需黄金尾矿颗粒。
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