CN113135679B - 一种利用霞石尾矿烧制的陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用霞石尾矿烧制的陶粒及其制备方法。陶粒由以下重量份数的各组分材料制成：霞石尾矿混合料70～95,发气组分2～30，粘度调控组分0～3；制备步骤包括：霞石尾矿的预处理，加入发气组分和粘度调控组分混合均匀，加水拌合用制粒机制成生料球，烘干预烧生料球，高温烧结，高温窑炉以升温速率5～60℃/min升温至950～1350℃，然后保温20min，自然冷却得到陶粒。本发明陶粒采用霞石尾矿为主要原料烧制，利用粒状霞石尾矿熔剂氧化物偏高，降低液相出现温度，加强烧结，配方中霞石尾矿与含有大量碳的发气组分相容性较好，采用这些发气组分并配合加大掺入的霞石尾矿的混合组分，烧制出符合国家标准GB/T17431.2～2010的轻质陶粒。
Description
技术领域
本发明涉及固废利用、陶粒制备及环保技术领域，具体来说，涉及一种利用霞石尾矿制备陶粒的组成配方及其制备方法。
背景技术
霞石尾矿的堆积不仅占用土地资源，而且尾矿中的重金属、选矿药剂随着时间变化和雨水的冲刷，常会渗透到土壤中，对周围生态环境造成严重影响；霞石尾矿泥大量堆放后，也可能引发灾害事故，造成人民群众生命、财产损失。近年来，我国政府也高度重视尾矿处理处置，相继出台了《中华人民共和国环境保护法》、《矿山生态环境保护与污染防治技术政策》等相应政策法规，并要求矿产资源开发与生态环境保护要协调发展；也要提高矿产资源开发利用效率，减少尾矿排放；另一方面，我国政府也出台了资源税减免等优惠政策，鼓励尾矿、废石、废渣等尾矿资源化综合利用。
目前，我国霞石矿品位较高，霞石含量高达70～90％，因选矿工艺与霞石精矿用途不同，不能直接联产得到水泥、碳酸钠、碳酸钾等工业副产品，经过选矿后，产生的霞石尾矿主要有尾矿砂和尾矿泥两类，其中尾矿泥占据绝大部分，含水率较高，也是目前急需资源化利用的固废。直接利用就近的水泥工业处理霞石尾矿泥，虽然可以替代部分原材料，但是水泥生产能耗将增加，且当用作水泥生料生产水泥时，解决了霞石尾矿泥中聚丙烯酰胺等药剂残留等系列问题，但因霞石残留，碱含量高等原因，会对水泥窑系统产生不利影响；不仅如此，因选矿工艺中添加了药剂，霞石尾矿用做掺合料时，会出现水泥/混凝土外加剂适应性和后期药剂浸出等问题，所以，直接作为替代性原材料在水泥工业、混凝土行业应用存在一定问题。利用霞石尾矿的硅、铝组分，可少部分充当加气混凝土等新型建材原材料，但消耗霞石尾矿量较少；尾矿泥含水率高，运输成本又相对较高，充当原材料运输到周边建材企业，不具竞争力；砖瓦、陶瓷、玻璃等工业产品生产只能消耗少部分霞石尾矿，尾矿大量堆积情况难以有效缓解。
近年来，陶粒工业因利废、产品附加值高等原因，逐步受到全社会的重视，国内也相继新建了一批城市污泥、河道污泥、污染土壤、粉煤灰等工业、城市废弃物陶粒生产线，烧制的陶粒也不乏存在高强陶粒等高质量产品，陶粒的应用领域从普通的建筑领域已逐步扩展到交通、能源化工、环境等领域，产品附加值相对水泥、混凝土、砖瓦而言，产品附加值高。因而，陶粒工业也被认为是除水泥窑协同处置外的废弃物处置的最佳工业手段之一。不仅如此，霞石尾矿化学成分以氧化硅、氧化铝等为主，矿物组成以霞石、长石、云母等为主，基本满足作为陶粒原材料的要求。
目前，常规陶粒烧制主要采用淤泥、页岩或矿石等不可再生资源作为原材料，这些不可再生资源的获取越来越困难，因此利用霞石尾矿作为烧制陶粒的主要原材料，为陶粒烧制提供了新的途径，对环境起了很好的保护作用。依靠陶粒工业，以霞石尾矿为原材料生产陶粒，规模处置霞石尾矿，解决尾矿堆积存在巨大的压力。
发明内容
本发明目的是提供一种以霞石尾矿为主要原料，外加矫正组分烧制陶粒的组成配方及其制备方法。本发明烧制陶粒的应用能够实现霞石尾矿的资源化利用，缓解霞石尾矿带来的环境污染问题。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明实现公开了一种利用霞石尾矿烧制陶粒，其特征在于陶粒由以下重量份数的各组分材料制成：霞石尾矿混合料70～95份,发气组分2～30份，粘度调控组分0～3份；
其中；
霞石尾矿混合料是：霞石尾矿与铁尾矿和/或石墨尾矿的混合物，其中，霞石尾矿的重量百分比大于70wt％，余量为任意量的铁尾矿和/或石墨尾矿；
发气组分是：炭粉、煤粉、焦炭、石灰石粉、石膏粉、农作物秸秆粉和淤泥中的一种或两种以上的混合物；
粘度调控组分是：重金属氧化物、垃圾焚烧灰、碳酸钠、碳酸钾和水玻璃中的一种或两种以上的混合物。
本发明还公开了烧制上述陶粒的工艺制备方法：
步骤一、霞石尾矿的预处理；
采用烘干设备烘干霞石尾矿泥和其他材料，然后入球磨机进行球磨处理；制成霞石尾矿混合料；
步骤二、将发气组分和粘度调控组分加入步骤一制备的霞石尾矿混合料中混合均匀；
步骤三、将步骤二混合均匀的粉末加水拌合用制粒机制成生料球；
步骤四、烘干预烧生料球，将生料球烘干，从室温以升温速率10～50℃/min升温至200～800℃，保温预烧20min；
步骤五、高温烧结，转入高温窑炉，以升温速率5～60℃/min升温至950～1350℃，然后保温20min；
步骤六、自然冷却得到陶粒。
根据陶粒Riley相图可知，典型的烧胀陶粒化学组成应该是SiO2:53～79wt％、Al2O3:10～25wt％、溶剂氧化物(CaO、MgO、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O)之和13～26wt％。
本发明所用粒状霞石尾矿SiO2:41.56wt％、Al2O3:21.66wt％、熔剂氧化物总量35.18wt％；霞石尾矿泥SiO2:41.86wt％、Al2O3:29.01wt％、熔剂氧化物总量28.36wt％，均未处在典型陶粒的化学组成范围内。
本发明陶粒采用霞石尾矿为主要原料烧制，通过对原料构成和烧制工艺的研究，利用粒状霞石尾矿熔剂氧化物偏高，本发明降低液相出现温度，加强烧结，消除Al2O3含量高于陶粒Riley相图中最佳Al2O3范围带来烧制难度大等问题；本发明配方料中霞石尾矿与普通炭粉、焦炭粉、煤粉等含有大量碳的发气组分相容性较好，本发明采用这些发气组分并配合加大掺入的霞石尾矿的混合组分，烧制出符合国家标准GB/T 17431.2～2010的轻质陶粒。
附图说明
图1是本发明陶粒制备方法流程框图；
图2是陶粒Riley相图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
本发明采用的霞石尾矿化学组分如下表1：
表1中，各含量为重量百分比含量。
采用上述霞石尾矿进行陶粒烧制的组成配方由以下重量份数的各组分材料制成：霞石尾矿混合料70～95份,发气组分2～30份，粘度调控组分0～3份。
本发明陶粒制备方法包括以下步骤：
步骤一：霞石尾矿混合料的预处理。
采用烘干设备烘干霞石尾矿泥及其他加入的地域性材料，然后入球磨机进行球磨处理；
其他地域性材料包括但不限于：铁尾矿、石墨尾矿、其他固废等，其中，霞石尾矿的重量百分比大于70wt％，余量为任意量的其他地域性材料。
步骤二：将外加组分加入霞石尾矿混合料中混合均匀。
将外加组分加入步骤一中球磨好的混合粉料中。在陶粒烧制过程中除需要适宜的液相量和粘度外，还需要在出现液相时，生料球内部产生气体，并均匀分散且要被包裹在料球内部。霞石尾矿内部没有大量的发气组分，本发明通过加入外加组分实现。
外加组分包括发气组分是：炭粉，焦炭，煤粉，石灰石粉，石膏粉，农作物秸秆粉，淤泥等；
外加组分包括粘度调控组分是：重金属氧化物，如二氧化锰等；垃圾焚烧灰；碳酸钠；碳酸钾；水玻璃等；
步骤三：将步骤三中混合均匀的粉末加水拌合制粒成球。
加入适当的水分，拌合均匀，用制粒机制成生料球。
步骤四：烘干预烧生料球。
将生料球烘干，从室温以升温速率10-50℃/min升温速率升温至200～800℃后预烧1～30min。
步骤五：高温烧结。
转入高温窑炉，以5～60℃/min升温速率升温至950～1350℃后，保温1～20min。
步骤六：自然冷却制得陶粒。
以下是采用本发明工艺制备方法进行制备的具体实施例。
实施例一：
组成配方：20wt％普通炭粉，70wt％霞石尾矿混合料，10wt％石灰石；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至400℃，400℃预烧20min，而后转入温度800℃窑炉，以升温速率10℃/min升温至1150℃，然后1150℃保温20min，自然冷却制得陶粒。
实施例二：
组成配方：11wt％淤泥，11wt％的煤粉，78wt％霞石尾混合料；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至800℃，800℃预烧2min，而后转入温度900℃窑炉，以升温速率60℃/min升温至1150℃，然后1150℃保温1min，自然冷却制得陶粒。
实施例三：
组成配方：2wt％炭粉，7.5wt％煤粉，0.5wt％二氧化锰，90wt％霞石尾矿混合料；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至200℃，200℃预烧30min，而后转入温度700℃窑炉，以升温速率30℃/min升温至1150℃，然后1150℃保温10min，自然冷却制得陶粒。
实施例四：
组成配方：0.5wt％焦炭，4wt％石灰石粉，0.5wt％石膏粉，95wt％霞石尾矿混合料；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至300℃，300℃预烧1min，而后转入温度800℃窑炉，以升温速率40℃/min升温至1250℃，然后1250℃保温2min，自然冷却制得陶粒。
实施例五：
组成配方：5wt％焦炭，1wt％淤泥，94wt％霞石尾矿混合料；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至250℃，250℃预烧6min，而后转入温度400℃窑炉，以升温速率40℃/min升温至950℃，然后950℃保温2min，自然冷却制得陶粒。
实施例六：
组成配方：5wt％焦炭，2wt％石灰石粉，3wt％秸秆粉，90wt％霞石尾矿混合料90份；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至300℃，300℃预烧5min，而后转入温度600℃窑炉，以升温速率20℃/min升温至1350℃，然后1350℃保温2min，自然冷却制得陶粒。
实施例七：
组成配方：1wt％焦炭，1wt％淤泥，1wt％垃圾焚烧灰，1wt％重金属氧化物二氧化锰，1wt％水玻璃，95wt％霞石尾矿混合料；
工艺步骤：采用前述步骤一至步骤六的工艺，其中，从室温以升温速率10～50℃/min升温至500℃，500℃预烧15min，而后转入温度600℃窑炉，以升温速率5℃/min升温至1100℃，然后1100℃保温20min，自然冷却制得陶粒。
检测结果：
将实施例一至七制备得到的陶粒进行检测得到以下表1结果。
表1：
检测结果表明本发明制备的陶粒符合国家标准GB/T 17431.2～2010。
Claims (4)
1.一种利用霞石尾矿烧制的陶粒，其特征在于：陶粒由以下重量份数的各组分材料制成：霞石尾矿混合料70～95份,发气组分2～30份，粘度调控组分0.5～3份；其中：
霞石尾矿混合料是：霞石尾矿与铁尾矿和/或石墨尾矿的混合物，其中，霞石尾矿的重量百分比大于70wt％，余量为任意量的铁尾矿和/或石墨尾矿；
发气组分是：炭粉、煤粉、焦炭、石灰石粉、石膏粉、农作物秸秆粉和淤泥中两种及以上的混合物；其中一种至少是炭粉、煤粉或焦炭；
粘度调控组分是：重金属氧化物、垃圾焚烧灰、碳酸钠、碳酸钾和水玻璃中的一种或两种以上的混合物；其中，至少包括重金属氧化物二氧化锰。
2.根据权利要求1所述的利用霞石尾矿烧制的陶粒，其特征在于：所述陶粒由以下重量份数的各材料制成：炭粉2份，煤粉7.5份，重金属氧化物二氧化锰0.5份，霞石尾矿混合料90份。
3.根据权利要求1所述的利用霞石尾矿烧制的陶粒，其特征在于：所述陶粒由以下重量份数的各材料制成：焦炭1份，淤泥1份，垃圾焚烧灰1份，重金属氧化物二氧化锰1份，水玻璃1份，霞石尾矿混合料95份。
4.一种权利要求1或2或3所述利用霞石尾矿烧制陶粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、霞石尾矿的预处理；
采用烘干设备烘干霞石尾矿泥和其他材料，然后入球磨机进行球磨处理；制成霞石尾矿混合料；
步骤二、将发气组分和粘度调控组分加入步骤一制备的霞石尾矿混合料中混合均匀；
步骤三、将步骤二混合均匀的粉末加水拌合用制粒机制成生料球；
步骤四、烘干并预烧生料球，将生料球烘干，从室温以升温速率10～50℃/min升温至200～800℃，保温预烧20min；
步骤五、高温烧结，转入高温窑炉，以升温速率5～60℃/min升温至950～1350℃，然后保温20min；
步骤六、自然冷却得到陶粒。
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