CN112794666A - 一种铁尾矿免烧陶粒及其制备方法 - Google Patents

一种铁尾矿免烧陶粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料和陶粒制备技术领域，一种铁尾矿免烧陶粒以重量份计由以下成分组成：铁尾矿55‑65份、钢渣15‑25份、粉煤灰15‑25份、生石灰10‑15份、二水石膏0.5‑1份、三乙醇胺0.5‑1份、氢氧化钠2‑4份、硅酸钠2‑4份、碳酸氢钠5‑10份。其制备方法为将铁尾矿球磨到粒径为300目以下，在硅酸钠和氢氧化钠强碱溶液的作用下发生解体，释放出活性离子并与溶液中碱性组分反应生成胶凝性水化产物，形成碱激发铁尾矿胶凝材料基体；同时加入碳酸氢钠在蒸汽养护的过程中受热分解产生二氧化碳气体固定在该基体中，最终养护结束后形成了内部多孔的免烧陶粒。该制备方法无需采用烧结工艺，制得陶粒各方面性能良好，很大程度解决了尾矿处理和堆放问题，符合生态环保的可持续发展战略。

Description

一种铁尾矿免烧陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料和陶粒制备技术领域，具体涉及一种铁尾矿免烧陶粒及其制备方法。
背景技术
尾矿是矿石经过粉碎、选矿、加工形成精矿后以泥浆状排放的废料，具有颗粒细、数量多、残留有微量金属矿物和大量非金属矿物的特点。我国堆积量最多的铁尾矿，每生产1t铁精矿要排出2.5-3.0t铁尾矿，占铁尾矿总量的1/3，而其利用率又偏低，大部分铁尾矿采用堆填处理，形成了大量铁尾矿库。铁尾矿需要占用更多的土地来修建铁尾矿库来堆存，这不仅侵占了土地，还使铁尾矿库周围土地资源缺失导致被污染的隐患，并且耗用了大量资源。目前，我国尾矿综合利用率低，因此如何对这些铁尾矿进行有效开发利用是迫切需要解决的问题。
陶粒是一种轻骨料，它可以作为建材用基础材料，用于生产轻质墙板、陶粒自保温砌块、或替代砂石作为混凝土中的粗骨料。因为铁尾矿堆积量过大，影响了环境问题，现有的铁尾矿生产陶粒过程中多使用烧结步骤，烧结不仅会造成能源浪费、污染环境，且烧结常需要大型的烧结设备进行辅助，增加了生产成本，因此存在着一定的不足之处。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种铁尾矿免烧陶粒及其制备方法，本发明提供的铁尾矿免烧陶粒的制备方法无需采用烧结工艺，制得陶粒各方面性能良好，很大程度解决了尾矿处理和堆放问题，符合生态环保的可持续发展战略。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种铁尾矿免烧陶粒，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿55-65份、钢渣15-25份、粉煤灰15-25份、生石灰10-15份、二水石膏0.5-1份、三乙醇胺0.5-1份、氢氧化钠2-4份、硅酸钠2-4份、碳酸氢钠5-10份。
进一步地，所述的铁尾矿以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 65-71％、Al2O3 7-10％、Fe2O3 9-15％、CaO 3-5％，细度满足90％通过0.3mm筛孔，70％通过0.075mm筛孔，比表面积为290-350m2/kg。
进一步地，所述的钢渣以重量百分比计，化学成分如下：CaO 35-45％、Fe2O3 21-30％、MgO 11-15％、SiO2 10-20％、Al2O3 2-5％、MnO 3-6％，细度在200目以上，比表面积为360-400m2/kg。
进一步地，所述的粉煤灰以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 55-65％、Al2O322-32％、CaO 7-10％、Fe2O3 5-10％、MgO 2-5％，细度在300目以上，比表面积为550-600m2/kg。
进一步地，所述的氢氧化钠浓度为95-98％，硅酸钠模数为1-2。
进一步地，所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，具体包括如以下步骤。
步骤1、按照重量份数称取各组分备用。
步骤2、使用电热鼓风干燥箱(DHG-9075A型)，将铁尾矿、钢渣烘干，采用球磨机(5kg实验室球磨机)将铁尾矿、钢渣、三乙醇胺、二水石膏混合物粉磨，时间控制在150-200min，将磨细后的铁尾矿过300目筛，得到微粉。
步骤3、将所有组分混入搅拌机搅拌15-20分钟，在搅拌过程中，按同一重量份计加入水15-20份，得混合物料。
步骤4、将混合物料灌入成球盘内，开启成球盘，按同一重量份数计，加水25-30份，制备成直径为10-20mm的养护前陶粒。
步骤5、将养护前的陶粒经筛选放入蒸汽养护窖中养护20-24h，制得所述铁尾矿免烧陶粒，其中控制养护箱温度为90-100℃。
进一步地，所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，步骤2中烘干后的铁尾矿、钢渣含水率控制在1％以内。
进一步地，所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，步骤4中控制成球盘的转速为30-32转/min，倾角控制50°-55°，温度为25-30℃。
进一步地，所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，步骤4中加水的方式为喷雾加水。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
铁尾矿中含有Al2O3、SiO2、CaO等成分，而这些成分均存在于玻璃体中，具有一定的惰性，本发明提供的铁尾矿免烧陶粒的制备方法首先将该铁尾矿球磨到粒径为300目以下，使该玻璃体发生畸变，然后在硅酸钠和氢氧化钠强碱溶液的作用下进一步发生解体，释放出活性离子并与溶液中碱性组分氢氧化钙和氢氧化钠发生反应生成水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙凝胶、水化钠硅铝凝胶等胶凝性水化产物，形成了碱激发铁尾矿胶凝材料基体。同时加入的碳酸氢钠在蒸汽养护的过程中受热分解产生二氧化碳气体固定在该基体中，最终养护结束后形成了内部多孔的免烧陶粒。
本发明提供的铁尾矿免烧陶粒的原料无需掺入水泥、石膏等其它胶凝性材料，结合碱激发反应最终生成的胶凝产物和碳酸氢钠受热分解生气成孔，无需烧结即可制得轻质、内部孔隙发达的免烧陶粒，可用于制备轻骨料混凝土，节能环保，生产成本低，生产效率高。
由于铁尾矿惰性较强，最终仍有少部分未能被完全活化，本发明利用粉煤灰的火山灰性和钢渣的水硬性特点，通过与溶液中碱性组分反应生成的胶凝产物，来提高该陶粒的筒压强度，资源化利用了多种固废，变废为宝。
与现有技术采用烧制的方式制备铁尾矿烧结和烧胀型陶粒相比，本发明提供了一种铁尾矿免烧陶粒的制备方法，无需高温、耗能低，并且获得了具有良好品质的900级陶粒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
一种铁尾矿免烧陶粒，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿55-65份、钢渣15-25份、粉煤灰15-25份、生石灰10-15份、二水石膏0.5-1份、三乙醇胺0.5-1份、氢氧化钠2-4份、硅酸钠2-4份、碳酸氢钠5-10份。
进一步地，所述的铁尾矿以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 65-71％、Al2O3 7-10％、Fe2O3 9-15％、CaO 3-5％，细度满足90％通过0.3mm筛孔，70％通过0.075mm筛孔，比表面积为290-350m2/kg。
进一步地，所述的钢渣以重量百分比计，化学成分如下：CaO 35-45％、Fe2O3 21-30％、MgO 11-15％、SiO2 10-20％、Al2O3 2-5％、MnO 3-6％，细度在200目以上，比表面积为360-400m2/kg。
进一步地，所述的粉煤灰以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 55-65％、Al2O322-32％、CaO 7-10％、Fe2O3 5-10％、MgO 2-5％，细度在300目以上，比表面积为550-600m2/kg。
进一步地，所述的氢氧化钠浓度为95-98％，硅酸钠模数为1-2。
实施例1。
一种铁尾矿免烧陶粒，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿60份、钢渣20份、粉煤灰20份、生石灰10份、二水石膏0.8份、三乙醇胺0.8份、氢氧化钠3份、硅酸钠3份、碳酸氢钠5份。
所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤1、按照相应的重量份数，称取各组分备用。
步骤2、使用DHG-9075A型电热鼓风干燥箱，将铁尾矿、钢渣烘干并控制含水量在1％以内，采用5kg实验室球磨机，将铁尾矿、钢渣、三乙醇胺、二水石膏混合物粉磨，时间控制在150-200min，将磨细后的铁尾矿过300目筛，得到微粉。
步骤3、将所有组分混入搅拌机搅拌15-20分钟，在搅拌过程中，按同一重量份数计加入水15-20份，得混合物料。
步骤4、将混合物料灌入成球盘内，开启成球盘，按同一重量份数计，喷雾加水25-30份，制备成直径为10-20mm的养护前陶粒，其中，控制成球盘的转速为30-32转/min，倾角控制50°-55°，温度为25-30℃。
步骤5、将步骤4成球后的养护前陶粒经筛选放入蒸汽养护窖中养护20-24h，制得所述铁尾矿免烧陶粒；所述控制养护箱温度为90-100℃。
实施例2。
一种铁尾矿免烧陶粒，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿55份、钢渣15份、粉煤灰15份、生石灰10份、二水石膏0.5份、三乙醇胺0.5份、氢氧化钠2份、硅酸钠2份、碳酸氢钠5份。
所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤1、按照相应的重量份数，称取各组分备用。
步骤2、使用DHG-9075A型电热鼓风干燥箱，将铁尾矿、钢渣烘干并控制含水量在1％以内，采用5kg实验室球磨机，将铁尾矿、钢渣、三乙醇胺、二水石膏混合物粉磨，时间控制在150-200min，将磨细后的铁尾矿过300目筛，得到微粉。
步骤3、将所有组分混入搅拌机搅拌15-20分钟，在搅拌过程中，按同一重量份数计加入水15-20份，得混合物料。
步骤4、将混合物料灌入成球盘内，开启成球盘，按同一重量份数计，喷雾加水25-30份，制备成直径为10-20mm的养护前陶粒，其中，控制成球盘的转速为30-32转/min，倾角控制50°-55°，温度为25-30℃。
步骤5、将步骤4成球后的养护前陶粒放入蒸汽养护窖中养护20-24h，制得所述铁尾矿免烧陶粒；其中，控制养护箱温度为90-100℃。
实施例3。
一种铁尾矿免烧陶粒，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿65份、钢渣25份、粉煤灰25份、生石灰15份、二水石膏1份、三乙醇胺1份、氢氧化钠4份、硅酸钠4份、碳酸氢钠10份。
所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，包括如下步骤：步骤1、按照相应的重量份数，称取各组分备用。
步骤2、使用DHG-9075A型电热鼓风干燥箱，将铁尾矿、钢渣烘干并控制含水量在1％以内，采用5kg实验室球磨机，将铁尾矿、钢渣、三乙醇胺、二水石膏混合物粉磨，时间控制在150-200min，将磨细后的铁尾矿过300目筛，得到微粉。
步骤3、将所有组分混入搅拌机搅拌15-20分钟，在搅拌过程中，按同一重量份数计加入水15-20份，得混合物料。
步骤4、将混合物料灌入成球盘内，开启成球盘，按同一重量份数计，喷雾加水25-30份，制备成直径为10-20mm的养护前陶粒，其中，控制成球盘的转速为30-32转/min，倾角控制50°-55°，温度为25-30℃。
步骤5、将步骤4成球后的养护前陶粒放入蒸汽养护窖中养护20-24h，制得所述铁尾矿免烧陶粒；其中，控制养护箱温度为90-100℃。
对实施例1-3制得的免烧陶粒进行性能测定，测定方法按照规范GB/T17431《轻集料及其试验方法》第2部分轻集料试验方法进行，测定结果如表1所示。
表1.免烧陶粒性能测定结果。
Figure BDA0002892520210000051
由以上试验数据结果可知，通过本发明提供的方法制备的陶粒符合规范GB/T17431《轻集料及其试验方法》第1部分轻集料对900级人造轻集料的要求。

Claims (10)

1.一种铁尾矿免烧陶粒，其特征在于，以重量份计，由以下成分组成：铁尾矿55-65份、钢渣15-25份、粉煤灰15-25份、生石灰10-15份、二水石膏0.5-1份、三乙醇胺0.5-1份、氢氧化钠2-4份、硅酸钠2-4份、碳酸氢钠5-10份。
2.如权利要求1所述的铁尾矿免烧陶粒，其特征在于，所述的铁尾矿以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 65-71%、Al2O3 7-10%、Fe2O3 9-15% 、CaO 3-5%，细度满足90%通过0.3mm筛孔，70%通过0.075mm筛孔，比表面积为290-350m2/kg。
3.如权利要求1所述的铁尾矿免烧陶粒，其特征在于，所述的钢渣以重量百分比计，化学成分如下：CaO 35-45%、 Fe2O3 21-30%、MgO 11-15%、SiO2 10-20%、Al2O3 2-5%、MnO 3-6%，细度在200目以上，比表面积为360-400m2/kg。
4.如权利要求1所述的铁尾矿免烧陶粒，其特征在于，所述的粉煤灰以重量百分比计，化学成分如下：SiO2 55-65%、 Al2O3 22-32%、 CaO 7-10% 、Fe2O3 5-10%、MgO 2-5%，细度在300目以上，比表面积为550-600m2/kg。
5.如权利要求1所述的铁尾矿免烧陶粒，其特征在于，所述的氢氧化钠浓度为95-98%，硅酸钠模数为1-2。
6.如权利要求1所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，其特征在于，具体包括如以下步骤：
步骤1、按照重量份数称取各组分备用；
步骤2、使用电热鼓风干燥箱，将铁尾矿、钢渣烘干，采用球磨机将铁尾矿、钢渣、三乙醇胺、二水石膏混合物粉磨，时间控制在150-200min，将磨细后的铁尾矿过300目筛，得到微粉；
步骤3、将所有组分混入搅拌机搅拌15-20分钟，在搅拌过程中，按同一重量份计加入水15-20份，得混合物料；
步骤4、将混合物料灌入成球盘内，开启成球盘，按同一重量份数计，加水25-30份，制备成直径为10-20mm的养护前陶粒；
步骤5、将养护前的陶粒经筛选放入蒸汽养护窖中养护20-24h，制得所述铁尾矿免烧陶粒。
7.如权利要求6所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，其特征在于，步骤2中烘干后的铁尾矿、钢渣含水率控制在1%以内。
8.如权利要求6所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，其特征在于，步骤4中控制成球盘的转速为30-32转/min，倾角控制50o-55o，温度为25-30℃。
9.如权利要求6所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，其特征在于，步骤4中加水的方式为喷雾加水。
10.如权利要求6所述的铁尾矿免烧陶粒的制备方法，其特征在于，步骤6中养护箱的温度为90-100℃。
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