CN109704805B

CN109704805B - 一种铁尾矿制备微晶发泡材料及其制造方法

Info

Publication number: CN109704805B
Application number: CN201910124900.XA
Authority: CN
Inventors: 鲍艳华; 简军; 张文俭; 池宗鹏
Original assignee: Foshan Zhongpeng Energy Saving Technology Co ltd; Hebei Hengzhen Building Materials Co ltd
Current assignee: Foshan Zhongpeng Energy Saving Technology Co ltd; Hebei Hengzhen Building Materials Co ltd
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: CN109704805A

Abstract

本申请涉及一种利用铁尾矿制备微晶发泡材料的方法。按重量份计，原料由发泡剂、辅料、余量铁尾矿组成。通过粉碎、球磨、配料、造粒、烧灼成型步骤制备而成。经实验测试，本发明所述的材料制备方法能够有效大量消耗铁尾矿，得到的材料具有抗压强度高、气孔均匀、吸水率低、热稳定性好等优势。

Description

一种铁尾矿制备微晶发泡材料及其制造方法

技术领域

本发明属于铁尾矿资源综合利用及材料领域，具体涉及一种利用铁尾矿制备微晶发泡材料的方法。

背景技术

铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿吨以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近50亿吨，年排出尾矿量高达5亿吨以上，其中黑色冶金矿山年排放尾矿量达1.5亿吨。面对如此大量的铁尾矿，我国的综合利用率仅有7％，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的三分之一。尾矿堆积不仅浪费土地资源，还造成了严重的环境污染，影响了正常的生产生活活动。因此铁尾矿的综合治理、回收利用问题已受到全社会的广泛关注。常规技术一般采用陶瓷废料、煤矸石、淤泥、尾矿制备发泡陶瓷，在尾矿制备发泡陶瓷领域，尾矿利用比例最多为75％，利用率比较低，其他辅料添加量较多，不能充分利用尾矿资源，产品具有气孔不均匀、强度低、稳定性差等缺点。

专利申请CN108383496A公开了利用水渣、铁尾矿与碳化硅发泡剂生产泡沫陶瓷的方法，属于泡沫材料制备技术领域。具体方法为：分别称取重量成分6-7份的炼铁水渣、2.8-3.8份的铁尾矿和0.15-0.25份的碳化硅粉；将称取的物料加入球磨机混合研磨4-8小时，直至物料经200目筛网全部通过；将制备的混合料装入隧道窑的窑车上的窑具或辊道窑辊棒上的窑具，此种泡沫陶瓷的方法利用廉价易得的炼铁水渣与铁尾矿、碳化硅混合研磨，并进行高温烧制成轻质微晶化泡沫陶瓷的毛坯，最终经切割磨边加工成为装配式建筑用内隔墙板材料，即提高了炼铁水渣的附加值，又提供了一种泡沫陶瓷生产的新方法，有效提高了社会效益和经济效益。此专利申请虽然有效的利用了铁尾矿，但是利用率低，铁尾矿的质量百分比仅占原料的28％左右，不能有效的大量消耗铁尾矿。

专利申请CN103204698A公开了一种利用铁尾矿制备环保型透水砖的方法，属于铁尾矿资源综合利用及建筑陶瓷材料领域。其特征是以铁尾矿为基本骨料，引入一定量的废玻璃渣，制备出了性能优异的环保型透水砖；包括以下工艺步骤：原料破碎，球磨，配料，混合，干燥，成型，烧成，切割磨削。其中配料组成按重量百分比为铁尾矿粉30％-60％，废玻璃粉5％-15％，粘土15％-30％，石英15％-24％，钾长石5％-15％，碳化硅0.25％-1.5％。制备的透水砖抗压强度高，耐磨性好，透水性优异，符合国家透水砖相关标准，为铁尾矿资源的高技术、高附加值应用开辟了新途径。此专利申请铁尾矿的有效利用率最大仅有60％，对于我国现堆积的大量铁尾矿有一定的消耗作用，但作用效果并不显著。另外，其产品的抗压强度较低，适用范围窄。

专利申请CN101684680A公开了一种铁尾矿烧结多孔保温板材，由以下质量百分比的原料制成：铁尾矿10％-40％，页岩40％-70％，增韧剂3％-15％，助溶剂6％-20％，发泡剂1％-10％；所述增韧剂为白云母、碳化硅或萤石；所述助溶剂为硼砂、钾长石、钠长石或氧化铅；所述发泡剂为碳酸钠粉、碳化硅粉、铁粉和磷酸钙粉的混合物，质量百分比为：碳酸钠粉1％-10％，碳化硅粉1％-30％，铁粉8％-30％，磷酸钙粉30％-90％。本发明大量利用铁尾矿，其掺用量最高达到40％，节约能源，利于环保，由发泡剂的添加量和烧结制度可控制板材的体积密度和气孔的大小及分布，制备的板材气孔分布均匀、强度高、产品保温隔热性能好。此发明申请对铁尾矿的利用率低，原料种类过多，且得到的产品抗压强度仅有7-10MPa，抗压强度低。

目前，我国还没有一种原料种类少，能够有效大量消耗铁尾矿的方法，且得到的材料具有抗压强度高、气孔均匀、吸水率低、热稳定性好等优势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种铁尾矿制备微晶发泡材料及其制造方法。

本发明所提供的一种铁尾矿制备微晶发泡材料，其原料由铁尾矿、发泡剂及其辅料组成。

进一步地，按质量百分比计，原料由96.2％-98.7％铁尾矿、余量为发泡剂和辅料组成。

进一步地，按质量百分比计，发泡剂1％-3％，辅料0.3％-0.8％，铁尾矿96.2％-98.7％。

更进一步地，按质量百分比计，发泡剂1％，辅料0.3％，铁尾98.7％。

进一步地，发泡剂为碳化硅；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙。

更进一步地，按质量百分比计，氧化镁和氯化钙的比例为(1-6):1；氮化硼占辅料总量75-95％。

本发明还提供一种铁尾矿制备微晶发泡材料的制备方法，制备工艺步骤如下：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨，过筛；

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，搅拌；

(4)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿，升温干燥得到造好粒的粉料；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧结成型、冷却降温后经切割成为产品。

进一步地，所述步骤(2)中，球磨后，铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325-400目筛进行筛选；氮化硼过325-400目筛进行筛选；氧化镁过500-600目筛进行筛选；氯化钙过500-600目筛进行筛选。

进一步地，所述步骤(2)中，球磨时间为13-18min，球磨机转速为18-20rpm。

进一步地，所述步骤(3)中，搅拌速度为100-150rpm。

进一步地，所述步骤(4)中，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至180-250℃。

进一步地，所述步骤(5)中，双层辊道窑烧结温度为1180-1200℃，烧结时间为2-6h，冷却温度为700-800℃，冷却时间为4-6h。

进一步地，制备得到的材料，孔隙率为55％-85％、透水率为0.2％-0.5％、抗压强度为6.5MPa-15MPa。

进一步地，制备工艺步骤如下：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨，在球磨机转速为18-20rpm的条件下磨13-18min，球磨后，铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325-400目筛进行筛选；氮化硼过325-400目筛进行筛选；氧化镁过500-600目筛进行筛选；氯化钙过500-600目筛进行筛选；

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，在100-150rpm条件下搅拌；

(4)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至180-250℃得到造好粒的粉料；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧结成型，烧结温度为1180-1200℃，烧结时间为2-6h、冷却降温至700-800℃，冷却4-6h后经切割成为产品。

本发明以铁尾矿为主要原料，占原料配比的90％以上，制备得到了微晶发泡材料，实现了铁尾矿的有效大量消耗，为铁尾矿的综合利用提供了一条切实可行的途径，且制备工艺简单易操作，易实现工业化，成本低，现有技术均不能实现铁尾矿占原料质量比90％以上还能得到抗压强度高、气孔均匀、吸水率低、热稳定性好的产品。

本发明的优点表现在：

1.原料配比中，铁尾矿占质量百分比达到90％以上，可以大量消耗我国的堆积铁尾矿，实现了铁尾矿的有效综合利用。

2.本发明创造性地确定原料种类和原料间的配比，制备得到的产品抗压强度高，热稳定性好。

3.本发明创造性的选择了辅料种类及其含量，使得得到产品具有抗压强度高、气孔均匀、吸水率低、热稳定性好等优势。

4.所用原料通过合理配比能够降低产品的烧成温度，减少能耗。

5.制备工艺简单易操作，易于实现工业化。

6.原料种类少，可以大量结合铁尾矿，进而消耗铁尾矿，实现资源的有效转化。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨13min，球磨机转速为20rpm，过筛；铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325目筛进行筛选；氮化硼过325目筛进行筛选；氧化镁过600目筛进行筛选；氯化钙过600目筛进行筛选

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，搅拌，搅拌速度为100rpm；

(4)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至250℃，升温干燥得到造好粒的粉料；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧1180℃温度下结成型，烧结时间为2h、700℃冷却降温4h后经切割成为产品。

原料配比：

按重量份计，1％碳化硅、0.8％辅料、余量铁尾矿；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙的混合物，辅料中，氧化镁和氯化钙的比例为1:1；氮化硼占辅料总量75％。

实施例2

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨18min，球磨机转速为18rpm，过筛；铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过400目筛进行筛选；氮化硼过400目筛进行筛选；氧化镁过500目筛进行筛选；氯化钙过500目筛进行筛选

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，搅拌，搅拌速度为150rpm；

(4)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至180℃，升温干燥得到造好粒的粉料；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧1200℃温度下结成型，烧结时间为6h、800℃冷却降温6h后经切割成为产品。

原料配比：

按重量份计，3％碳化硅、0.3％辅料、余量铁尾矿；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙的混合物，辅料中，氧化镁和氯化钙的比例为6:1；氮化硼占辅料总量95％。

实施例3

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨15min，球磨机转速为19rpm，过筛；铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过350目筛进行筛选；氮化硼过400目筛进行筛选；氧化镁过550目筛进行筛选；氯化钙过500目筛进行筛选

(4)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至200℃，升温干燥得到造好粒的粉料；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧1190℃温度下结成型，烧结时间为4h、750℃冷却降温5h后经切割成为产品。

原料配比：

按重量份计，2％碳化硅、0.5％辅料、余量铁尾矿；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙的混合物，辅料中，氧化镁和氯化钙的比例为4:1；氮化硼占辅料总量80％。

对比例1与实施例1相比，发泡剂不同，为碳酸钙

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨13min，球磨机转速为20rpm，过筛；铁尾矿过325目筛进行筛选；碳酸钙过325目筛进行筛选；氮化硼过325目筛进行筛选；氧化镁过600目筛进行筛选；氯化钙过600目筛进行筛选

原料配比：

按重量份计，1％碳酸钙、0.8％辅料、余量铁尾矿；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙的混合物，辅料中，氧化镁和氯化钙的比例为1:1；氮化硼占辅料总量75％。

对比例2与实施例1相比，辅料不同，为硼砂

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨13min，球磨机转速为20rpm，过筛；铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325目筛进行筛选；硼砂过600目筛进行筛选

原料配比：

按重量份计，1％碳化硅、0.8％硼砂、余量铁尾矿。

对比例3与实施例1相比，辅料配比不同

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

原料配比：

按重量份计，1％碳化硅、0.8％辅料、余量铁尾矿；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙的混合物，辅料中，氧化镁和氯化钙的比例为1:5；氮化硼占辅料总量50％。

对比例4与实施例1相比，步骤(5)中双层辊道窑烧结温度和时间、冷却温度和时间不同

制备方法：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧1000℃温度下结成型，烧结时间为1h、600℃冷却降温8h后经切割成为产品。

原料配比：

实验例1抗压强度

按照GB/T 23451-2009中6.4的实验方法进行测试，实验结果如下表：

实验例2气孔均匀度

产品加工成型后，取100次试验的产品测量产品表面及断面的气孔直径大小，若存在直径大于15mm的孔，则将此产品视为不合格；若产品表面及断面的气孔孔径介于8-15mm的孔的密度大于3个/m²也视为不合格；经测定，不合格率如下：

组别	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
								合格率(％)	99	99	99	82	79	88	64

实验例3吸水率

按照GB/T 3810.3-2006记载的煮沸法对产品的吸水率进行测定，实验结果如下：

组别	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
								吸水率(％)	0.22	0.24	0.28	0.46	0.32	0.44	0.49

实验例4热稳定性

测试方法：

(1)检查被测定的样品完好无损；

(2)将被测定的样品放入干燥箱中，设定干燥箱温度与室内温度相差150℃，并保温20分钟，

(3)将试样取出迅速投入室温下的水中急冷，保持5分钟；

(4)将水中的试样取出，取样品进行抗压强度的测试，经测试，实验结果如下表。

综合测试结果可知，本申请具有以下优点：

本身请通过辅料、发泡剂与铁尾矿的复配，在独特的制备方法和制备条件下，得到了具备抗压强度高、气孔均匀、吸水率低、热稳定性好等优势的发泡材料，本申请的制备方法操作简单，易于工业化，具有良好的发展前景。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若该改进和修饰，这些也将视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种微晶发泡材料，其特征在于，按重量份计，原料由96.2％-98.7％铁尾矿、余量为发泡剂和辅料组成；发泡剂为碳化硅；辅料为氮化硼、氧化镁和氯化钙；氧化镁和氯化钙的比例为(1-6):1；氮化硼占辅料总量75-95％；

其中，按重量百分数计，发泡剂1-3％，辅料0.3-0.8％，铁尾矿96.2％-98.7％；

所述微晶发泡材料的制备工艺步骤如下：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨，过筛；

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，搅拌；

(5)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧结成型、冷却降温后经切割成为产品；

其中，步骤(5)中，双层辊道窑烧结温度为1180-1200℃，烧结时间为2-6h，冷却温度为700-800℃，冷却时间为4-6h。

2.根据权利要求1所述的微晶发泡材料的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤如下：

(1)粉碎：对原料进行初步粉碎；

(2)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨，过筛；

(3)配料：按照质量百分比要求进行配料，搅拌；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，球磨后，铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325-400目筛进行筛选；氮化硼过325-400目筛进行筛选；氧化镁过500-600目筛进行筛选；氯化钙过500-600目筛进行筛选。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，球磨时间为13-18min，球磨机转速为18-20rpm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至180-250℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤如下：

(1)球磨：对初步粉碎后的原料进行球磨，在球磨机转速为18-20rpm的条件下磨13-18min，球磨后，铁尾矿过325目筛进行筛选；碳化硅过325-400目筛进行筛选；氮化硼过325-400目筛进行筛选；氧化镁过500-600目筛进行筛选；氯化钙过500-600目筛进行筛选；

(2)配料：按照质量百分比要求进行配料，在100-150rpm条件下搅拌；

(3)造粒：将配好的原料输送至造粒塔，雾化增湿至湿度11％，升温干燥至180-250℃得到造好粒的粉料；

(4)烧灼成型：将造好粒的粉料通过自动布料机布入箱盒型模具中，经双层辊道窑烧结成型，烧结温度为1180-1200℃，烧结时间为2-6h、冷却降温至700-800℃，冷却4-6h后经切割成为产品。