CN110590305B - 一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及资源综合利用技术领域，公开了一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用。该钛渣仿石材料，以所述钛渣仿石材料的总重量为100份计，所述钛渣仿石材料含有20‑30重量份的提钛尾渣、8‑15重量份的粘结剂、2‑5重量份的激发剂以及50‑70重量份的骨料。本发明以提钛尾渣为主要原料，通过合理优化提钛尾渣与粘结剂、激发剂以及骨料的配比，采用适当的方法，制备出耐压强度大、吸水率小以及近似于天然石材机械强度的钛渣仿石材料，可以应用于市政工程装饰材料、墙砖和路面砖中。提高了提钛尾渣的资源化利用率，符合当前循环经济政策要求。

Description

一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及资源综合利用技术领域，具体涉及一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用。
背景技术
攀西地区每年产生含钛高炉渣700万吨以上。目前正在开展含钛高炉渣提钛工艺研究，届时有大量提钛尾渣产生，必须要走资源化利用途径，才能实现整个高炉渣提钛工艺全流程绿色化、清洁化发展模式。
目前石材作为市政工程以及家庭装饰材料应用普遍。天然石材价格较贵，同时开采过程中消耗天然资源，对生态环境破坏严重。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的提钛尾渣资源化利用率低，天然石材开采对生态环境破坏严重的问题，提供一种钛渣仿石材料及其制备方法与应用。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钛渣仿石材料，以所述钛渣仿石材料的总重量为100份计，所述钛渣仿石材料含有20-30重量份的提钛尾渣、8-15重量份的粘结剂、2-5重量份的激发剂以及50-70重量份的骨料。
优选地，以所述提钛尾渣的总重量为100％计，所述提钛尾渣含有25-30重量％的氧化钙、20-25重量％的二氧化硅、5-10重量％的二氧化钛、10-20重量％的三氧化二铝、5-10重量％的氧化镁、7-8重量％的氯化钙和氯化镁以及5-7重量％的固定碳。
优选地，所述粘结剂为水泥，所述激发剂为钠水玻璃，所述骨料为冶金矿渣砂。
本发明第二方面提供了一种制备前文所述钛渣仿石材料的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将提钛尾渣磨细，然后与粘结剂、激发剂和骨料按照配比混匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得混合料依次进行困料、挤压成型和养护，得到成型试块；
(3)将步骤(2)所得成型试块依次进行切割和表面处理。
优选地，在步骤(1)中，所述提钛尾渣磨细后的比表面积大于400m2/kg。
优选地，在步骤(2)中，所述困料的时间为4-6h。
优选地，在步骤(2)中，所述挤压成型的条件包括：压力为100-250MPa，施压速率为0.5-1.5KN/min，保压时间为4-6min。
优选地，在步骤(2)中，所述养护的条件包括：湿度大于90％，温度为20-30℃，养护时间为9-11天。
本发明第三方面提供了一种由前文所述方法制备的钛渣仿石材料。
本发明第四方面提供了一种前文所述的钛渣仿石材料在市政工程装饰材料、墙砖和路面砖中的应用。
本发明以提钛尾渣为主要原料，通过合理优化提钛尾渣与粘结剂、激发剂的骨料的配比，采用适当的方法，制备出耐压强度大、吸水率小以及近似于天然石材机械强度的钛渣仿石材料，可以应用于市政工程装饰材料、墙砖和路面砖中。提高了提钛尾渣的资源化利用率，不开采天然资源，符合当前循环经济政策要求。
附图说明
图1是本发明所述的钛渣仿石材料制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
提钛尾渣为含钛高炉渣高温碳化-低温氯化提钛后的副产物，提钛尾渣硅酸盐玻璃体含量90％以上，通过物理激发，具有较好的火山灰活性，通过粘结剂和激发剂的粘结和活性激发，可易产生近似于天然石材的机械强度。同时，将提钛尾渣作为生产仿石材料原料循序使用，可以实现提钛尾渣资源的高效综合利用。基于此，完成了本发明。
本发明第一方面提供了一种钛渣仿石材料，以所述钛渣仿石材料的总重量为100份计，所述钛渣仿石材料含有20-30重量份的提钛尾渣、8-15重量份的粘结剂、2-5重量份的激发剂以及50-70重量份的骨料。
本发明充分利用提钛尾渣中玻璃态硅酸钙含量高，且含还含有氯化钙、氯化镁等粘结剂和早强剂成分的特点，然后合理优化提钛尾渣与粘结剂、激发剂和骨料的配比，生产钛渣仿石材料，拓展提钛尾渣高附加值利用途径，有利于推动高炉渣提钛产业的绿色化发展。
在优选情况下，以所述提钛尾渣的总重量为100％计，所述提钛尾渣含有25-30重量％的氧化钙、20-25重量％的二氧化硅、5-10重量％的二氧化钛、10-20重量％的三氧化二铝、5-10重量％的氧化镁、7-8重量％的氯化钙和氯化镁以及5-7重量％的固定碳。
其中，所述固定碳是指碳化钛氯化后的游离碳。
在本发明所述的钛渣仿石材料中，对于所述粘结剂的选择没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述粘结剂为水泥。在一种具体的实施方式中，所述粘结剂为425普通硅酸盐水泥。
在本发明所述的钛渣仿石材料中，对于所述激发剂的选择没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述激发剂为钠水玻璃，所述钠水玻璃还能起到粘结剂的作用。在更优选的情况下，所述激发剂为模数3.0以上的钠水玻璃。
在本发明所述的钛渣仿石材料中，对于所述骨料的选择没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，所述骨料为冶金矿渣砂，粒度为0.5-2mm。在一种具体的实施方式中，所述冶金矿渣砂为钢渣矿渣砂和/或选矿尾矿渣。
本发明第二方面提供了一种制备前文所述钛渣仿石材料的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将提钛尾渣磨细，然后与粘结剂、激发剂和骨料按照配比混匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得混合料依次进行困料、挤压成型和养护，得到成型试块；
(3)将步骤(2)所得成型试块依次进行切割和表面处理。
在优选情况下，在步骤(1)中，所述提钛尾渣磨细后的比表面积大于400m2/kg。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，进行混匀的方法可以为本领域的常规选择。在一种具体的实施方式中，混匀方式为搅拌。
提钛尾渣具有较好的火山灰活性，在本发明所述的方法中，结合提钛尾渣的特点，将提钛尾渣磨细成微粉，比表面积400m2/kg以上，使得火山灰活性进一步改善；通过粘结剂和激发剂的粘结和活性激发，可易于产生近似于天然石材的机械强度；通过所述骨料的颜色可以调整所述钛渣仿石材料的颜色。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，对于将所述提钛尾渣磨细的设备的选择没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在一种具体的实施方式中，将所述提钛尾渣磨细是在球磨机中进行。
在一种优选地实施方式中，在步骤(2)中，所述困料的时间为4-6h。具体的，例如可以为4h、5h或6h。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，对于进行所述挤压成型的设备的选择没有特殊的要求，可以为本领域的选择。在一种具体的实施方式中，所述设备为300吨压力试验机。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述挤压成型的压力可以为100-250MPa。具体的，例如可以为100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa、210MPa、220MPa、230MPa、240MPa或250MPa。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述挤压成型的施压速率可以为0.5-1.5KN/min；具体的，例如可以为0.5KN/min、1KN/min或1.5KN/min；优选地，所示施压速率为1KN/min。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述挤压成型的保压时间为4-6min；具体的，例如可以为4min、5min或6min；优选地，所述保压时间为5min。
在本发明所述的方法中，在优选情况下，在步骤(2)中，所述养护的湿度大于90％。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述养护的温度可以为20-30℃；具体的，例如可以为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃；优选地，所述养护的温度为24-26℃，进一步优选地，所述养护的温度为25℃。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述养护的时间可以为9-11天；具体的，例如可以为9天、10天或11天；优选地，所述养护的时间为10天。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述切割可以根据需求进行选择，没有特殊的限制。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述表面处理的目的是使钛渣仿石材料表面光滑；优选地，所述表面处理方法可以为抛光或打毛。
本发明所述制备钛渣仿石材料的方法流程图如图1所示。
本发明第三方面提供了一种由前文所述的方法制备的钛渣仿石材料。
根据本发明所述的提钛尾渣与粘结剂、激发剂和骨料的配比及方法制备的钛渣仿石材料耐压强度高、吸水率小，满足石材的标准要求。
本发明第四方面提供了一种前文所述的钛渣仿石材料在市政工程装饰材料、墙砖和路面砖中的应用。
通过本发明制备的钛渣仿石材料与天然石材相比较，具有以下优点：
(1)原料来源广泛、价廉易得，可以消耗冶金废渣资源；
(2)生产成本低，产品品质满足标准要求；
(3)能实现提钛尾渣资源的高效综合利用，不开采天然资源，符合当前循环经济政策要求。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1-3和对比例1中使用的提钛尾渣的主要成分及含量如表1所示。
表1
成分 CaO SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO 固定碳 CaCl<sub>2</sub> MgCl<sub>2</sub>
含量(％) 26 25 6 13 9 5 6 2
实施例1
将提钛尾渣30重量份用球磨机磨细至比表面积大于400m2/kg，然后与425水泥15重量份，模数3.0钠水玻璃5重量份和钢渣矿渣砂(粒度为0.5-2mm)50重量份搅拌混匀，然后困料5小时，采用300吨压力试验机以200MPa的高压挤压成型，施压速率1KN/min，保压5min。所得成型试块在湿度90％，温度25℃条件下养护10天，切割成型后将表面抛光，得到灰白色斑点的仿石材料A1。
实施例2
将提钛尾渣20重量份用球磨机磨细至比表面积大于400m2/kg，然后与425水泥8重量份，模数3.0钠水玻璃4重量份和选矿尾矿渣(粒度为0.5-2mm)68重量份搅拌混匀，然后困料5小时，采用300吨压力试验机以100MPa的高压挤压成型，施压速率1KN/min，保压5min。所得成型试块在湿度90％，温度25℃条件下养护10天，切割成型后将表面抛光，得到黑褐色斑点的仿石材料A2。
实施例3
将提钛尾渣25重量份用球磨机磨细至比表面积大于400m2/kg，然后与425水泥12重量份，模数3.0钠水玻璃2重量份以及钢渣矿渣砂和选矿尾矿渣混合物(粒度为0.5-2mm)61重量份搅拌混匀，然后困料5小时，采用300吨压力试验机以250MPa的高压挤压成型，施压速率1KN/min，保压5min。所得成型试块在湿度90％，温度25℃条件下养护10天，切割成型后将表面打毛，得到黑褐色斑点的仿石材料A3。
对比例1
按照实施例1的方法制备钛渣仿石材料，不同的是，将提钛尾渣、425水泥、模数3.0钠水玻璃和钢渣矿渣砂按照提钛尾渣10重量份、425水泥15重量份、模数3.0钠水玻璃5重量份和钢渣矿渣砂70重量份的比例混合，得到仿石材料D1。
测试例
测试实施例1-3和对比例1中得到的仿石材料的耐压强度和吸水率，测试结果如表2所示。
表2
实施例编号 耐压强度MPa 吸水率％
实施例1 98 0.5
实施例2 82 0.95
实施例3 110 0.6
对比例1 77 1
通过表2的结果可以看出，采用本发明所述的配比和方法制备的钛渣仿石材料耐压强度高，吸水率低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钛渣仿石材料，其特征在于，以所述钛渣仿石材料的总重量为100份计，所述钛渣仿石材料含有20-30重量份的提钛尾渣、8-15重量份的粘结剂、2-5重量份的激发剂以及50-70重量份的骨料；
以所述提钛尾渣的总重量为100％计，所述提钛尾渣含有25-30重量％的氧化钙、20-25重量％的二氧化硅、5-10重量％的二氧化钛、10-20重量％的三氧化二铝、5-10重量％的氧化镁、7-8重量％的氯化钙和氯化镁以及5-7重量％的固定碳；
所述粘结剂为水泥，所述激发剂为钠水玻璃，所述骨料为冶金矿渣砂。
2.一种制备权利要求1所述的钛渣仿石材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将提钛尾渣磨细，然后与粘结剂、激发剂和骨料按照配比混匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)所得混合料依次进行困料、挤压成型和养护，得到成型试块；
(3)将步骤(2)所得成型试块依次进行切割和表面处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述提钛尾渣磨细后的比表面积大于400m2/kg。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述困料的时间为4-6h。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述挤压成型的条件包括：压力为100-250MPa，施压速率为0.5-1.5KN/min，保压时间为4-6min。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述养护的条件包括：湿度大于90％，温度为20-30℃，养护时间为9-11天。
7.由权利要求2-6中任意一项所述的方法制备的钛渣仿石材料。
8.权利要求1和7中任意一项所述的钛渣仿石材料在市政工程装饰材料、墙砖和路面砖中的应用。
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