CN113402290B - 利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法 - Google Patents

利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法，包括以下步骤：(1)称取原料：锂辉石浮选尾矿65～75％、生坯粘结材料10～12％、高温粘结材料15‑25％；向上述固体原料中加水混合搅拌得到浆料；(2)向步骤(1)所得浆料中加入过氧化氢溶液，过氧化氢的加入体积按占固体原料质量比为5～15ml/kg添加，搅拌均匀后通过常压注模成型，静置24h使其充分发泡；(3)将步骤(2)所得物进行脱模烘干，坯体在550～650℃下烧结制得多孔陶瓷材料。本发明方法成功在较低温度下烧结制备出了力学性能优异的高吸水率多孔陶质材料，所得材料气孔率高，最高达56.79％，吸水率高，最高达52.68％。

Description

利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法
技术领域
本发明属于工业固废资源化制备陶瓷材料技术领域，具体涉及一种利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备高吸水率多孔陶瓷材料的方法。
背景技术
随着社会的发展，资源环境问题日益突出，如何妥善处理固体废弃物已经成为当今热门问题，浮选尾矿因其自身特性作为固体废物中的一种特殊固废，其产量巨大，污染问题复杂，且利用率较低，如何将浮选尾矿资源化，提高其综合利用率已成为亟待解决的问题。
利用工业固废作为多孔保水陶瓷行业原料是规模化利用工业固废的一条重要途径。专利公开号CN105541296A中提出了利用铜尾矿制备陶瓷材料的方法，通过加压成型制备了铜尾矿陶瓷材料；专利公开号CN109626957A和CN109467389A以石墨尾矿为原料，通过加压成型分别制备了陶瓷仿古砖和陶瓷砖。锂辉石浮选尾矿是锂生产企业经过浮选或浸出等工艺选取锂资源后排放的固体废料，含有大量的硅酸盐矿物，主要化学成分为SiO2，占比高达79.75％，主要物相组成为石英等造岩矿物。目前，锂辉石浮选尾矿经过再选后产生的“二次”尾矿仍主要以堆存方式处理，且锂辉石浮选后，因脊性料提高及粒度较高而导致的难成型问题阻碍了锂辉石浮选尾矿在多孔陶瓷材料方面的应用。另一方面，上述专利方法中均采用传统的高压成型工艺，而该传统工艺能量消耗大，经济成本高，且制备所得陶瓷材料的吸水率较低，能否减少高压成型所带来的能耗，降低浮选尾矿制备陶质材料的工业成本，同时能否提高陶质的吸水率，成为需要克服的技术问题。
另外，传统陶瓷材料的制备对烧结温度要求较高，一般高于1000℃，需耗费大量能源，如何降低陶瓷材料烧结温度也是需要克服的技术难题。
如果能够利用锂辉石浮选尾矿在相对较低温度下烧结制备多孔陶质材料，则既可以减轻锂生产企业处理尾矿的负担，又可以拓展多孔陶瓷原料来源，还可以有效降低传统陶瓷材料的烧结温度。因此，如何提供一种利用锂辉石浮选尾矿在低温下烧结制备高吸水率多孔陶质材料的方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种利用锂辉石浮选尾矿在低温下烧结制备高吸水率多孔陶质材料的方法。本发明方法成功制备出了力学性能优异的高吸水率多孔陶质材料，大大节省了高温烧结高吸水率多孔陶质材料的能耗，省去了以尾矿原料需要球磨过程及加压成型过程，并简化了制备工艺，且锂辉石浮选尾矿利用率高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按总固体质量百分比称取以下原料：锂辉石浮选尾矿65～75％、生坯粘结材料10～12％、高温粘结材料15-25％；向上述固体原料中加水混合搅拌至稀泥状，得到浆料；所述生坯粘结材料为羧甲基纤维素钠与高岭土的混合物，其质量比为1：19，所述高温粘结材料为低熔点玻璃粉和硼砂的混合物，其质量比为5:1～2，所述水的加入量为锂辉石浮选尾矿重量的0.8倍；
(2)向步骤(1)所得浆料中加入质量百分比为30％的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的加入体积按占固体原料质量比为5～15ml/kg进行添加，搅拌均匀后通过常压注模成型，静置24h使其充分发泡；
(3)将步骤(2)所得物进行脱模烘干，坯体在550～650℃下烧结制得多孔陶瓷材料。
进一步的是，所述锂辉石浮选尾矿为锂生产企业经过浮选工艺提取锂后的尾料或浸出工艺后的尾料。
进一步的是，步骤(3)中所述脱模烘干的步骤为：于电热鼓风干燥机中在60℃下烘48h，取出脱模，脱模后于120℃温度下继续烘24h，得到坯体。
进一步的是，步骤(3)中所述坯体的烧结过程为：待坯体试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结，以8℃/min速率升温至烧结温度，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。
本发明的上述方法通过添加低温玻璃粉、硼砂以及羧甲基纤维素钠和高岭土作为相应的粘结材料，通过湿法注模成型，克服了锂辉石浮选尾矿因粒度较大而难以成型难题，省去了原料的球磨细化过程，减少了能耗，节省了制备陶瓷材料成本。其中以高岭土和羧甲基纤维素钠为多孔陶瓷材料成型固定剂，生坯粘结材料中羧甲基纤维素钠与高岭土的重量比为1：19，大大增强了干燥后多孔陶瓷材料生坯强度，克服了多孔陶瓷材料烘干后因强度较低而导致的难脱模、易损坏问题。低熔点玻璃粉与硼砂组成高温烧结粘结剂，通过过氧化氢发泡使生坯迅速膨胀发泡，省去了催化剂二氧化锰的加入，减少了试验风险，保护了环境(二氧化锰535℃左右分解为有毒物质四氧化三猛，具有污染性)，在550～650℃之间成功制备了力学性能优异的高吸水率多孔陶质材料，大大节省了高温烧结高吸水率多孔陶质材料的能量，且可利用不同低温低熔点玻璃粉的熔点对高吸水率多孔陶质材料烧结温度进行选择性调控。
进一步的是，所述锂辉石浮选尾矿为锂生产企业经过浮选工艺提取锂后的尾料或浸出工艺后的尾料。
进一步的是，步骤(3)中所述脱模烘干的步骤为：置于电热鼓风干燥机中于60℃下烘48h，取出脱模，脱模后于120℃温度下继续烘24h。
进一步的是，步骤(3)中所述坯体的烧结过程为：待坯体试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结，以8℃/min速率升温至烧结温度，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)利用锂辉石浮选后尾矿为主要原料制备高吸水率多孔陶质材料，解决了锂辉石浮选尾矿难处理问题，其中锂辉石浮选尾矿占总重量比例高达65％～75％，可实现工业固废大规模资源化利用，具有明显的社会效益、环境效益、经济效益。
(2)本发明突破了高吸水率多孔陶质材料必须在高温下烧结的技术难题，针对这一难点，本发明通过添加低温低熔点玻璃粉作为高温粘结剂，并辅以硼砂按一定比例，成功在550℃、600℃、650℃温度下制备出力学性能优异的高吸水率多孔陶质材料，大大降低了陶质材料的烧结温度(一般要高于1000℃)。
(3)本发明突破了多孔陶瓷材料湿法成型难的技术难题，通过添加生坯粘结材料解决这一难题，所述粘结材料为羧甲基纤维素钠与高岭土的混合物，粘结材料中羧甲基纤维素钠与高岭土的重量比为1：19。
(4)由于所用锂辉石浮选尾矿本身具有一定粒度，这可降低高吸水率多孔陶质材料生产过程球磨能耗，辅以一种粒度更细的廉价矿物高岭土为粘结材料，这省去了高吸水率多孔陶质材料生产过程中球磨能耗，充分利用了锂辉石浮选尾矿的粒度特征，本发明通过采用湿法注模成型替代了传统的加压成型，这省去了加压成型环节，进一步减小了能耗，简化了工艺，节省了制备高吸水率多孔陶质材料成本，具有很高的经济、社会、环境效益。
(5)本发明在低温下烧结所得制品的力学性能优异，且吸水率高(最高达52％)，含孔率高(最高达57％)，该材料可应用于浴室防滑透水砖领域，保水砖领域，吸水材料领域，建筑装饰材料领域等，具有很高的经济、社会、环境效益。
附图说明
图1为实施例1制备所得以锂辉石浮选尾矿为主要原料的低温烧结高吸水率多孔陶质材料。图中的编号1-9分别对应表1中1-9的方案所得的式样。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
按照以下方法制备高吸水率多孔陶瓷材料，原料中各组份的重量份数占比为：锂辉石浮选尾矿质量占总固体质量比分别为65％，70％，75％，高温粘结材料分别占总固体质量的15％，20％，25％，生坯粘结材料占总固体质量的10％(高温粘结材料中低熔点玻璃粉与硼砂质量比为5：1，生坯粘结材料中羧甲基纤维素钠与高岭土的重量比为1：19)，将干料混合搅拌均匀后，再往上述原料中加水混合搅拌，所述水的加入量约为锂辉石浮选尾矿重量的0.8倍，制成泥状浆料，再用移液枪量取体积占干料质量比例分别为5ml/kg、10ml/kg、15ml/kg的过氧化氢溶液(浓度为30％)，倒入泥浆中混合搅拌均匀后注模，室温下静置24h使其充分发泡，然后置于电热鼓风干燥机中于60℃下烘48h，取出脱模，脱模后于120℃温度下继续烘24h(充分烘干，防止烧结过程中因水分突然损失过多而爆炸)，待坯体试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结，以8℃/min速率升温至烧结温度——550℃，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出(防止骤冷破裂)。烧成制品抗弯强度、抗压强度、含孔率、容重、吸水率测试结果如表1。
实施例2
按照实施例1中配比和方法制备式样，以8℃/min速率由室温升温至烧结温度600℃，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。烧成制品抗弯强度、抗压强度、含孔率、容重、吸水率测试结果如表1。
实施例3
按照实施例1中配比和方法制备式样，以8℃/min速率由室温升温至烧结温度650℃，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。烧成制品抗弯强度、抗压强度、含孔率、容重、吸水率测试结果如表1。
表1
Figure BDA0002414036110000071
对比例1
按照实施例1的方法，其中生坯粘结材料中羧甲基纤维素钠与高岭土的重量比分别替换为1：1、1：5、1：10其他条件不变，式样生坯太粘，无法成型，无法脱模。
对比例2
按照实施例1的方法，其中去掉生坯粘结材料中羧甲基纤维素钠成分，其他条件不变。式样生坯可以成型，但生坯强度太低，无法成功脱模。
对比例3
按照实施例1的方法，将高温粘结材料中低熔点玻璃粉替换为普通玻璃粉其他条件不变，烧结温度分别为550℃、600℃、650℃、900℃。对式样进行检测，所得结果如表2。
对比例4
按照实施例1的方法，将高温粘结材料中硼砂去掉，其他条件不变。对式样进行检测，所得结果如表3。结果表明其抗折强度相对实施例更低。
表2
Figure BDA0002414036110000081
Figure BDA0002414036110000091
表3
Figure BDA0002414036110000092
上述实施例和对比例中所制备的陶瓷材料的抗折强度按照国家标准GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法进行测试，抗压强度按照国家标准GB/T4740-1999陶瓷材料抗压强度试验方法进行测试，吸水率按照国家标准GB/T3299-2011日用陶瓷吸水率测定方法进行测试，显气孔率和容重按照国家标准GB/T1966-1996多孔保水陶瓷显气孔率、容重试验方法进行测试。

Claims (4)

1.一种利用锂辉石浮选尾矿低温烧结制备多孔陶瓷材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按总固体质量百分比称取以下原料：锂辉石浮选尾矿65～75％、生坯粘结材料10～12％、高温粘结材料15-25％；向上述固体原料中加水混合搅拌至稀泥状，得到浆料；所述生坯粘结材料为羧甲基纤维素钠与高岭土的混合物，其质量比为1：19，所述高温粘结材料为低熔点玻璃粉和硼砂的混合物，其质量比为5:1～2，所述水的加入量为锂辉石浮选尾矿重量的0.8倍；
(2)向步骤(1)所得浆料中加入质量百分数为30％的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的加入体积按占固体原料质量比为5～15ml/kg进行添加，搅拌均匀后通过常压注模成型，静置24h使其充分发泡；
(3)将步骤(2)所得物进行脱模烘干，坯体在550～650℃下烧结制得多孔陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂辉石浮选尾矿为锂生产企业经过浮选工艺提取锂后的尾料或浸出工艺后的尾料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述脱模烘干的步骤为：于电热鼓风干燥机中在60℃下烘48h，取出脱模，脱模后于120℃温度下继续烘24h，得到坯体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述坯体的烧结过程为：待坯体试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结，以8℃/min速率升温至烧结温度，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。
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