CN112408945A

CN112408945A - 一种铁尾矿烧结砖及其制备方法

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Publication number: CN112408945A
Application number: CN202011363383.0A
Authority: CN
Inventors: 崔崇; 王冬云; 崔晓昱; 王朋涛; 李天君
Original assignee: Zhejiang Zhongjin Environmental Protection Technology Co ltd; Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Zhejiang Zhongjin Environmental Protection Technology Co ltd; Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-02-26

Abstract

本发明公开了一种铁尾矿烧结砖及其制备方法，该烧结砖按照铁尾矿：粉煤灰=（80~95）：（5~20）的质量百分比制备获得，以铁尾矿和粉煤灰为原材料，在20MPa下压制成型，置于通风防雨条件下放置10~24小时，然后利用烟气余热干燥胚体，控制6小时升温至200℃后，再以10℃/min继续升至900‑1050℃，保温2~4小时后随炉冷却得到烧结砖。该烧结砖抗压强度23‑46MPa，体积密度为1854‑1980kg/m³，质量损失为7.0~8.0%，烧结收缩1.1~4.6%，吸水率11.7~16.4%；本发明中的烧结砖制备方法简单，易于工厂化生产，可作建筑材料使用。

Description

一种铁尾矿烧结砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以绿泥石为主要矿物相的铁尾矿为原材料的烧结砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

传统的烧结砖以粘土为原料高温下烧制而成。但大量粘土的使用已经破坏了耕地，影响了生态环境，因此我国命令禁止。低硅铁尾矿是将铁矿石破碎、研磨、分级、重选和浮选后排放的一种粒径较细的工业固体废弃物。对比粘土，它的SiO₂的含量相对较低，会降低烧结制品的强度。如将其用再建筑材料中，需高掺量外加剂或工艺的改进来弥补这一缺点，使得尾矿的利用率较低或者工艺费时费力。例如，在利用铁尾矿生产制备烧结砖的开发研究中，公开号为CN110228967A的中国专利公开了一种利用铁尾矿制备吸水砖工艺，该专利主要利用铁尾矿熟料（过60目筛、1100-1400℃高温下煅烧3~5小时）、铁尾矿、粘结剂和细沙石料来制作陶粒，铁尾矿0~70%，铁尾矿熟料100~30%，粘结剂3~4%，再在得到的1000 kg的物料中外加1~1.3m³的细沙石料，在140MPa的成型压力下压制成胚，置于室温下养护15~25天，该方法制备工艺复杂，制备烧结砖周期长，煅烧温度高和时间长。公开号为CN109111208A的中国专利公开了一种铁尾矿烧结砖及其制备方法，该专利主要利用铁尾矿、粉煤灰和矿山外排水厂污泥为原料来制备烧结砖，铁尾矿49~59份，粉煤灰24~30份，矿山外排水厂含硫污泥11~27份，该方法铁尾矿利用率低。

铁尾矿可分类为单金属尾矿和多金属尾矿。由于产地来源不同，铁尾矿也呈现多样性特征，伴生有不同矿物。如单金属尾矿就可分类为高硅型、高钙镁型、高铝型和低硅型（低钙镁铝硅型）四种类型尾矿。多金属尾矿，多金属类铁尾矿价伴生元素比较多，矿物成分更复杂。伴生矿物的多样性使铁尾矿被再循环利用难度加大。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种以铁尾矿为主要原料制得的烧结砖，该烧结砖具有烧结温度低，且密度、吸水率、烧结收缩和强度均满足国家标准。

本发明的另一个目的在于提供一种操作简单、工艺条件温和、低成本制备所述烧结砖的方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种铁尾矿烧结砖，该烧结砖的质量百分比计，由80~95%铁尾矿和5~20%粉煤灰混合搅拌、压制成型、烧结而成。

较佳的，铁尾矿含斜绿泥石，其质量含量不低于3%。

较佳的，粉煤灰中的SiO₂与 Al₂O₃含量之和高于80wt%。

较佳的，粉煤灰过200目筛。

较佳的，铁尾矿最大粒径不超过1 mm。

上述烧结砖的制备方法，具体步骤如下：

第一步：按照配比称取原料，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料;

第二步：向干粉混合料中加入干料总重10%的水搅拌3分钟，得到均匀的湿粉混合料；将湿粉混合料置于室温条件下陈腐2小时以上；

第三步：陈腐后物料在20MPa下压制成型后，置于通风防雨条件下静置10~24小时；

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体，控制6小时内升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至煅烧温度为900~1050℃后保温2~4小时后随炉冷却得到烧结砖。

与现有技术相比，本发明所述铁尾矿烧结砖满足烧结普通砖标准(GB/T5101-2003)中规定的MU20和MU30强度等级要求，体积密度、吸水率和烧结收缩也均达到国家标准，且所述铁尾矿烧结砖的制备方法简单，成本较低，易于工业化生产，能够应用于建筑材料中，实现了铁尾矿低成本资源化的再利用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明充分利用铁尾矿中存在的矿物组成石英和赤铁矿。石英赋予烧结砖强度，赤铁矿是一种助溶剂，保证原料在低温下发生固相反应，生成新的矿物相，赋予烧结砖强度。

（2）本发明中的铁尾矿含有斜绿泥石，可使铁尾矿具备一定的可塑性。这种可塑性泥料与适量瘠性原料粉煤灰之间相互配合，既保证了混合料（铁尾矿和粉煤灰）的可塑性，又使得制品的收缩满足国家标准。

（3）粉煤灰是一种典型的硅质原料，是高温燃烧产物，主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃，主要物相组成为莫来石和石英。莫来石和石英是强度的主要来源，因此它的添加可保证烧结制品的高强度。

（4）本发明得到的低硅铁尾矿烧结砖抗压强度23-46MPa，体积密度为1854-1980kg/m³，质量损失为7.0~8.0%，烧结收缩小于1.1~4.6%，吸水率11.7~16.4%，满足烧结普通砖的规定，抗压强度可达到GB/T 5141-2003的标准中的MU20、MU30强度等级要求，说明本发明的铁尾矿烧结砖可适用于实际生产和应用，性能优异。

（5）本发明中的烧结砖制备方法简单，易于工厂化生产，可作建筑材料使用。

附图说明

图1是铁尾矿的XRD图谱（Q：石英 C：方解石 Cl：斜绿泥石 A：角闪石 H：赤铁矿 P：黄铁矿）.

图2 是实施例1~4铁尾矿烧结砖的矿物组成(Q：石英 A：硬石膏 An：钙长石 H：赤铁矿D：透辉石)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。

实施例中采用的原材料为铁尾矿和粉煤灰。铁尾矿取自江苏省镇江韦岗铁矿有限公司；粉煤灰取自南京郊区的某热电厂。其化学成分见表1。铁尾矿中含有石英和赤铁矿，石英赋予烧结砖强度，赤铁矿是一种助溶剂，保证原料在低温下能发生固相反应，生成新的矿物相，赋予烧结砖强度。铁尾矿含有斜绿泥石，斜绿泥石是一种粘土类硅酸盐矿物，会使尾矿具有较好的可塑性，利于物料之间的融合粘结，便于压制成型，铁尾矿中的斜绿泥石的质量含量不低于3%。铁尾矿最大粒径不超过1mm。本发明对铁尾矿的产地和化学成分无需做特别要求和限定，只需满足其含有一定量的斜绿泥石即可。粉煤灰中的SiO₂与 Al₂O₃含量之和高于80wt%，这种粉煤灰在燃煤锅炉的企业均有产生，粉煤灰过200目筛。应当理解，此处所描述的具体原材料仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

图1为取自江苏省镇江韦岗铁矿有限公司的铁尾矿的XRD图谱，其主要矿物组成为石英、方解石、斜绿泥石、角闪石、赤铁矿和黄铁矿，其中，斜绿泥石的质量含量大概为6%。

本发明的原理体现在：（1）斜绿泥石是铁尾矿的伴生矿物之一，它是一种典型的层状铝硅酸盐黏土类矿物，具有粒径细小的特点。斜绿泥石使铁尾矿具有可塑性，因此在以铁尾矿为原材料制备的烧结砖具有易于压制成型的优点；（2）斜绿泥石的存在使得烧结制品的烧结收缩较大，体积不稳定。而粉煤灰是一种瘠性原料，混合料中每增加 1%粉煤灰，其可塑性指数就会降低 0.10~0.13。适量的粉煤灰既保证混合料的可塑性，又降低了制品的收缩；（3）铁尾矿和粉煤灰化学成分如表1所示。结合图1和表1可知，铁尾矿斜绿泥石含量高，硅含量低。而粉煤灰是一种典型的硅质原料，主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃，它的添加可弥补铁尾矿硅含量低的特点；同时，粉煤灰主要物相组成为莫来石和石英。莫来石和石英是强度的主要来源，因此它的添加可保证烧结制品的强度；4）如表1所示，Fe₂O₃含量高，它是一种助溶剂，可降低烧结温度。

表1铁尾矿和粉煤灰的主要化学成分（wt%）

原料	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	Na<sub>2</sub>O	K<sub>2</sub>O	TiO<sub>2</sub>	LOI
										铁尾矿	36.48	11.67	16.85	18.58	5.66	0.77	0.84	0.46	7.80
粉煤灰	53.47	30.48	2.94	4.73	0.95	0.49	0.13	1.83	4.26

下面结合实例进一步说明本发明的制备过程。

实施例1：

本发明的一种铁尾矿烧结砖的制备方法为：

第一步：按照铁尾矿：粉煤灰=95：5的质量百分比进行称重，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料。

第二步：向干粉混合料中加入干料总重10%的水搅拌3分钟，得到均匀的湿粉混合料。将湿粉混合料置于室温条件下陈腐2小时。

第三步：陈腐2小时的物料在20MPa下压制成型后，置于通风防雨条件下静置10~24小时。

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体。控制6小时升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至煅烧温度900℃后保温4小时，随炉冷却，得到抗压强度23 MPa、质量损失7.5%、体积密度1980 kg/m³、吸水率16.4%、烧成收缩1.1%的烧结砖。

实施例2：

本发明的一种铁尾矿烧结砖的制备方法为：

第一步：按照铁尾矿：粉煤灰=90：10的质量百分比进行称重，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料。

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体。控制6小时升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至煅烧温度950℃后保温4小时，随炉冷却，得到抗压前度23.4MPa、质量损失7.0%、体积密度1950 kg/m³、吸水率15.5%、烧成收缩1.68%的烧结砖。

实施例3：

本发明的一种铁尾矿烧结砖的制备方法为：

第一步：按照铁尾矿：粉煤灰=85：15的质量百分比进行称重，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料。

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体。控制6小时升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至煅烧温度1000℃后保温3小时，随炉冷却，得到抗压前度45.1MPa、质量损失7.0%、体积密度1923 kg/m³、吸水率11.7%、烧成收缩3.9%的烧结砖。

实施例4：

本发明的一种铁尾矿烧结砖的制备方法为：

第一步：按照铁尾矿：粉煤灰=80：20的质量百分比进行称重，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料。

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体。控制6小时升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至煅烧温度1050℃后保温2小时，随炉冷却，得到抗压强度41.9MPa、质量损失8.0%、体积密度1854 kg/m³、吸水率12.8%、烧成收缩4.6%的烧结砖。

对实施例1~4制得的铁尾矿烧结砖进行了X射线衍射检测，其中X射线检测采用德国布鲁克公司D8 Bruker ADVANCE型X射线衍射仪（Cu、K_α放射源，工作电压40kV、电流40mA）。结果如图2所示。从图中可以看出该铁尾矿烧结砖的主要矿物组成为透辉石、硬石膏、钙长石、赤铁矿和石英，这些矿物骨架决定了烧结砖的良好的力学性能。

实施例1~4中所述铁尾矿烧结砖是在铁尾矿中掺加适量的粉煤灰，使得所述铁尾矿烧结砖的抗压强度、质量损失、体积密度、吸水率和烧成收缩均能同时达到要求，其中抗压强度可达到GB/T 5141-2003的标准中的MU20、MU30强度等级要求，说明本发明的铁尾矿烧结砖可适用于实际生产和应用，性能优异。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。本领域技术人员应当理解，在上述说明的基础上还可以作出其它不同形式的变化和变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种铁尾矿烧结砖的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，该烧结砖由80~95%铁尾矿和5~20%粉煤灰混合搅拌、压制成型、烧结而成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，铁尾矿含斜绿泥石，其质量含量不低于3%。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，粉煤灰中的SiO₂与 Al₂O₃含量之和高于80wt%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粉煤灰过200目筛。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，铁尾矿最大粒径不超过1 mm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

第一步：按照配比称取铁尾矿和粉煤灰，放入搅拌机中搅拌2分钟，得到均匀的干粉混合料;

第四步，将胚体送入烧结窑，利用烟气余热干燥胚体，控制6小时内升温烧结窑至200℃，然后以10℃/min升温至900~1050℃后保温2~4小时，随炉冷却得到烧结砖。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法制备的铁尾矿烧结砖。

8.如权利要求7所述的铁尾矿烧结砖，其特征在于，该烧结砖主要矿物组成为透辉石、硬石膏、钙长石、赤铁矿和石英。