CN111087185A - 一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料及其制备方法 - Google Patents

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王希宏
赵凯
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Abstract

本发明公开一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，包括检测铁尾矿中各成分的组份含量，调节原料的质量份数添加量配比；球磨至粒径为150μm以下，得到原料粉末；向所述原料粉末中加入助熔剂、粘结剂、发泡剂和铝含量调节剂，得到混合物；造粒得到骨料半成品；将所述骨料半成品烘干、高温烧结，冷却得到发泡轻骨料；还公开一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料。本发明根据不同的铁尾矿中各成分的组份含量，合理地控制铁尾矿、助熔剂、粘结剂、发泡剂和铝含量调节剂的配比，在保证铁尾矿具有高固废利用率的同时，有效达到高强度、低堆积密度和低吸水率的目标，实现对不同库区的铁尾矿得到充分的资源化利用，制备工艺简单环保，便于工业化生产。

Description

一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及骨料生产领域，具体涉及一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料及其制备方法。
背景技术
铁尾矿是选矿厂将矿石磨细选取有用组分后所排放的固体废料，是矿业开发特别是金属矿开发造成环境污染的重要来源。由于铁尾矿年排放量达6亿吨以上，综合利用率不到7％，而铁尾矿的维护成本约5元/吨，若不对铁尾矿进行合理利用，则会消耗大量的资金和土地。另外，粒径为0.15mm以下的铁尾矿粉末容易渗溢流出扬尘，严重污染水源、土地和空气；未复垦的铁尾矿库表面的沙尘容易被吹到库区周围，有时甚至形成矿尘暴，严重恶化周边地区的生活和生产条件，也对周围的生态环境造成很大的危害。
目前，由于不同库区的铁尾矿成分不尽相同，因此铁尾矿的固废利用率极低，而国内的铁尾矿主要用于生产水泥，但在水泥生产原料配方中，铁尾矿的添加量不超过5％，铁尾矿的实际消耗量不大；另外，铁尾矿中若含有高含量的硅、钾、钠，则可将其作为生产玻璃的主要原料，但是铁尾矿成分含量不固定，无法精确控制原料配比，制备工艺比较复杂，故不适合大面积推广，应用范围小。
因此，为了提高铁尾矿的固废利用率，现阶段推行利用铁尾矿制备轻骨料。传统的铁尾矿制备轻骨料的工艺复杂，固废利用率低，无法严格控制原料的添加量范围而达到高强度、低堆积密度和低吸水率的目标，未能得到充分的资源化利用。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明公开了一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法；还公开了一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿50～90份、助熔剂2～15份、粘结剂5～15份、发泡剂0.1～5份和铝含量调节剂0～20份；
步骤二，将所述铁尾矿与球磨剂混合并球磨至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在80～120℃下烘干，并经过1150～1220℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述助熔剂为十水硼砂、氧化镁、锂辉石、钠长石中的一种或多种。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述粘结剂为膨润土、水玻璃、高岭土中的一种或多种。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述发泡剂为氧化铁、碳粉、碳化硅、碳酸钙中的一种或多种。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述铝含量调节剂为铝矾土和/或氧化铝。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中在步骤二中，所述球磨剂采用三乙醇胺，且所述球磨剂的质量份数添加量为0.035份。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中按质量百分比计，发泡轻骨料的成分组成为：氧化硅55～65％、氧化铝13～23％、碱土金属氧化物1～8％、碱金属氧化物2.5～5％、氧化铁4～9％和发泡剂2％。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述碱土金属氧化物包括氧化钙和氧化镁；所述碱金属氧化物包括氧化钠和氧化钾。
上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其中所述发泡轻骨料的筒压强度为4～12mPa，堆积密度为600～1050kg/m3，吸水率小于10％。
一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料，其采用上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法制成。
本发明的有益效果为：本发明的制备方法根据不同的铁尾矿中各成分的组份含量，合理地控制铁尾矿、助熔剂、粘结剂、发泡剂和铝含量调节剂的配比，在保证铁尾矿具有高固废利用率的同时，有效地达到高强度、低堆积密度和低吸水率的目标，铁尾矿的固废利用率高，添加量最多可达90％，实现对不同库区的铁尾矿得到充分的资源化利用，制备工艺简单环保，便于工业化生产。另外，通过添加助熔剂有效地降低原料初始熔融温度，增大烧结温度范围，降低发泡轻骨料的通孔产生率，提高空隙结构均匀性，促进晶相的产生，从而提高产品成品率和强度；发泡剂调节合适的发泡反应速率，使得发泡轻骨料具有丰富的空隙，堆积密度和吸水率低。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，而非对本发明进行限制。
本发明提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿50～90份、助熔剂2～15份、粘结剂5～15份、发泡剂0.1～5份和铝含量调节剂0～20份；
步骤二，将所述铁尾矿与球磨剂混合并球磨至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在80～120℃下烘干，并经过1150～1220℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
根据所述铁尾矿中各成分的组份含量，合理地控制铁尾矿、助熔剂、粘结剂、发泡剂和铝含量调节剂的配比，以实现在提高铁尾矿的固废利用率的同时，根据不同铁尾矿来制备高性能的发泡轻骨料的目标，铁尾矿的固废利用率高，添加量最多可达90％。
较佳地，所述助熔剂为十水硼砂、氧化镁、锂辉石、钠长石中的一种或多种，所述助熔剂除了具有降低原料初始熔融温度的优点外，还能增大烧结温度范围，降低发泡轻骨料的通孔产生率，提高空隙结构均匀性，促进晶相的产生，从而提高产品成品率和强度；所述粘结剂为膨润土、水玻璃、高岭土中的一种或多种；所述发泡剂为氧化铁、碳粉、碳化硅、碳酸钙中的一种或多种，所述发泡剂在高温条件下可发生分解反应放出氧气，调节发泡反应速率，其中氧化铁中的Fe3+被还原为Fe2+，具有助熔的作用；所述铝含量调节剂为铝矾土和/或氧化铝；球磨剂为三乙醇胺；具体地，在步骤二中，所述球磨剂采用三乙醇胺，且所述球磨剂的质量份数添加量为0.035份。
优选地，按质量百分比计，发泡轻骨料的成分组成为：氧化硅55～65％、氧化铝13～23％、碱土金属氧化物1～8％、碱金属氧化物2.5～5％、氧化铁4～9％和发泡剂2％；所述碱土金属氧化物包括氧化钙和氧化镁，不仅具有助熔的作用，而且有助于晶相的产生，提高发泡轻骨料的抗压强度；所述碱金属氧化物包括氧化钠和氧化钾，具有助熔和助于产生晶相的优点。
具体地，所述发泡轻骨料的筒压强度为4～12mPa，堆积密度为600～1050kg/m3，吸水率小于10％。
本发明还公开了一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料，其采用上述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法制成。
实施例1：本实施例提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，其中各成分的组份含量包括：氧硅17.7％、氧化硫6.4％、氧化钾4.8％、氧化钙34.9％、氧化钛1.1％和氧化铁34.5％；并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿51份、十水硼砂12份、膨润土13份、氧化铁5份和铝矾土19份；
步骤二，将所述铁尾矿与0.035份三乙醇胺混合并球磨3小时，直至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在80℃下烘干，并经过1180℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
对实施例1制得的发泡轻骨料进行性能参数测定，具体测定结果如表1所示。
实施例2：本实施例提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，其中各成分的组份含量包括：氧硅20.6％、氧化硫3.4％、氧化钾4.8％、氧化钙31.9％、氧化钛1.1％、氧化铁28.6％和氧化铝5％；并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿65份、十水硼砂10份、水玻璃9份、碳酸钙3.5份、以及铝矾土与氧化铝12.5份(其中铝矾土与氧化铝的质量份数比为2:3)；
步骤二，将所述铁尾矿与0.035份三乙醇胺混合并球磨3小时，直至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在80℃下烘干，并经过1180℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
对实施例2制得的发泡轻骨料进行性能参数测定，具体测定结果如表1所示。
实施例3：本实施例提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，其中各成分的组份含量包括：氧硅22.7％、氧化硫5.4％、氧化钾4.8％、氧化钙28.1％、氧化钛1.1％、氧化铁31.5％和氧化铝8.2％；并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿78份、氧化镁5份、膨润土5份、碳粉2.6份和铝矾土9.4份；
步骤二，将所述铁尾矿与0.035份三乙醇胺混合并球磨4小时，直至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在100℃下烘干，并经过1220℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
对实施例3制得的发泡轻骨料进行性能参数测定，具体测定结果如表1所示。
实施例4：本实施例提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，其中各成分的组份含量包括：氧硅18.3％、氧化硫6.4％、氧化钾4.2％、氧化钙31.9％、氧化钛1.1％、氧化铁26.5％和氧化铝11.5％；并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿89份、锂辉石2份、膨润土3份、碳化硅与碳酸钙1.2份(其中碳化硅与碳酸钙的质量份数比为1：3)、以及铝矾土4.8份；
步骤二，将所述铁尾矿与0.035份三乙醇胺混合并球磨5小时，直至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在120℃下烘干，并经过1220℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
对实施例4制得的发泡轻骨料进行性能参数测定，具体测定结果如表1所示。
实施例5：本实施例提供的一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，其中各成分的组份含量包括：氧硅22.9％、氧化硫3.2％、氧化钾4.8％、氧化钙28.9％、氧化钛1.1％、氧化铁21.5％和氧化铝15％；并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿90份、钠长石2份、水玻璃与高岭土7.8份(其中水玻璃与高岭土的质量份数比为1：2.9)、以及氧化铁0.2份；
步骤二，将所述铁尾矿与0.035份三乙醇胺混合并球磨5小时，直至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在110℃下烘干，并经过1150℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
对实施例5制得的发泡轻骨料进行性能参数测定，具体测定结果如表1所示。
表1 发泡轻骨料的性能参数测定结果
筒压强度/mPa 吸水率/％ 堆积密度(kg/m<sup>3</sup>)
实施例1 4.3 8.8 618
实施例2 5.6 7.2 735
实施例3 7.8 6.8 828
实施例4 9.4 6.3 936
实施例5 11.6 5.2 1022
本发明的制备方法根据不同的铁尾矿中各成分的组份含量，合理地控制铁尾矿、助熔剂、粘结剂、发泡剂和铝含量调节剂的配比，在保证铁尾矿具有高固废利用率的同时，有效地达到高强度、低堆积密度和低吸水率的目标，铁尾矿的固废利用率高，添加量最多可达90％，实现对不同库区的铁尾矿得到充分的资源化利用，制备工艺简单环保，便于工业化生产。另外，通过添加助熔剂有效地降低原料初始熔融温度，增大烧结温度范围，降低发泡轻骨料的通孔产生率，提高空隙结构均匀性，促进晶相的产生，从而提高产品成品率和强度；发泡剂调节合适的发泡反应速率，使得发泡轻骨料具有丰富的空隙，堆积密度和吸水率低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
步骤一，检测铁尾矿中各成分的组份含量，并根据所述组份含量，调节以下原料的质量份数添加量配比：铁尾矿50～90份、助熔剂2～15份、粘结剂5～15份、发泡剂0.1～5份和铝含量调节剂0～20份；
步骤二，将所述铁尾矿与球磨剂混合并球磨至粒径为150μm以下，得到原料粉末；
步骤三，向所述原料粉末中加入所述助熔剂、所述粘结剂、所述发泡剂和所述铝含量调节剂并充分混合均匀，得到混合物；
步骤四，取所述混合物进行造粒处理，得到骨料半成品；
步骤五，将所述骨料半成品在80～120℃下烘干，并经过1150～1220℃高温烧结，冷却得到发泡轻骨料。
2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述助熔剂为十水硼砂、氧化镁、锂辉石、钠长石中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为膨润土、水玻璃、高岭土中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为氧化铁、碳粉、碳化硅、碳酸钙中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述铝含量调节剂为铝矾土和/或氧化铝。
6.根据权利要求5所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述球磨剂采用三乙醇胺，且所述球磨剂的质量份数添加量为0.035份。
7.根据权利要求1所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，发泡轻骨料的成分组成为：氧化硅55～65％、氧化铝13～23％、碱土金属氧化物1～8％、碱金属氧化物2.5～5％、氧化铁4～9％和发泡剂2％。
8.根据权利要求7所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述碱土金属氧化物包括氧化钙和氧化镁；所述碱金属氧化物包括氧化钠和氧化钾。
9.根据权利要求6所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法，其特征在于，所述发泡轻骨料的筒压强度为4～12mPa，堆积密度为600～1050kg/m3，吸水率小于10％。
10.一种利用铁尾矿制备的发泡轻骨料，其特征在于，其采用如权利要求1-9任一所述的利用铁尾矿制备的发泡轻骨料的制备方法制成。
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