CN116283229A - 一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的配方及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及尾矿综合利用技术领域，尤其涉及一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的配方及方法。本发明制得的发泡陶瓷原料来源于不同矿渣和市政淤泥的组合循环利用，减少了环境污染和资源浪费，材料来源广泛易得，以特定比例组合利用两者成分使制得的发泡陶瓷的抗压强度达到预期目标，能够满足建筑面板的强度需求，且制得的发泡陶瓷不易开裂，具有较好的物理特性，整个工艺具有耗能低，成本低的特点，符合绿色环保的建筑发展理念。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿综合利用技术领域，尤其涉及一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的配方及方法。
背景技术
发泡陶瓷通常以陶土尾矿、陶瓷碎片、河道淤泥、陶瓷固体废料为主要原料，通过添加发泡剂，采用湿法或干法制料，经布料成型、高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料。发泡陶瓷具有轻质、保温、隔热、变形系数小、强度高、防水防潮、防火阻燃、抗老化、安全稳固性好等优点，在建筑领域尤其是墙体材料领域应用广泛。而因矿产资源的开发排出的大量固体废弃物造成的污染和资源浪费情况严重，其中因含有大量的金属矿废物而质地较硬，由此制成的发泡陶瓷抗压硬度足够但整体重量偏重，市政工程产生的淤泥因其成分复杂含有大量的碳化物、硅酸物而作为建筑原料时质地较轻，因此，将上述两种工业废物结合制得新型的发泡陶瓷作为建筑材料是目前研究的方向。
中国发明专利CN114573367A公开了一种以钒矿尾渣为主材制备发泡陶瓷的方法，该方法以钒矿尾渣为主材，以调理剂为辅材，经混合制粉、造粒、烧结工艺制备得到发泡陶瓷。虽然能有效利用钒矿尾渣，但制得的发泡陶瓷抗压强度不足，无法满足将发泡陶瓷作为建筑墙体非支撑件的需求。
中国发明专利CN115286426A公开了一种基于固废利用的发泡陶瓷板技术领域，尤其涉及大宗固废综合利用技术，包括如下步骤：步骤S1：废木屑研磨至50-120目，在二甲基亚砜中加入废木屑充分溶解搅拌时间t 1,滤掉残渣；步骤S2：初步研磨卫浴陶瓷废渣；步骤S3：将废木屑二甲基亚砜溶解液、卫浴陶瓷废渣、石灰石、石英混合湿磨成为泥浆，模具中成型并脱模；步骤S4：干燥后混合物烧结形成发泡陶瓷。上述发明申请将废木屑加入到研磨后的卫浴陶瓷废渣中烧结成发泡陶瓷，其存在明显的软化和抗压强度不足的缺陷。
发明内容
(一)要解决的问题
为解决上述问题，本发明提出了一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的配方及方法，旨在利用矿废渣和市政淤泥各自成分不同，结合两者成分特性，制成抗压强度高的发泡陶瓷，减少矿废渣和市政淤泥带来的环境污染，以解决现有技术存在的不足。
(二)技术方案
一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的方法，上述方法包括以下步骤：
S1：将矿渣破碎后进球磨机研磨过筛，得到矿渣混合物A；
S2:将市政淤泥中去除有机杂质后压泥除水，筛分后得到混合物B；
S3:将得到的混合物A和混合物B按重量比例3-5：1进行混合球磨后过筛得到混合物C；
S4:将混合物C中添加发泡剂，搅拌混合后球磨筛分，风干后得到混合物D；
S5:对混合物D进行烘干置入模具挤压成型得到胚体；
S6:将得到的胚体进行高温烧结，烧结完成冷却后得到发泡陶瓷。
作为本发明的进一步改进，所述S1中的矿渣来源自铁矿、铝矿、金矿、钨矿、锰矿、钽矿、锂矿、钨矿、铜矿、磷矿、锡矿中的一种或几种混合。
作为本发明的进一步改进，所述S1中研磨过筛采用4-8目网筛，研磨时间为4-6小时。
作为本发明的进一步改进，所述S2中压泥除水后混合物B中的含水量为5-15％，筛分采用20-30目网筛。
作为本发明的进一步改进，所述S3中球磨时间为2-4小时，过筛采用50-60目网筛。
作为本发明的进一步改进，所述S4中的发泡剂为碳化硅、氮化硅中的一种，其粒度为500-800目。
作为本发明的进一步改进，所述S4中球磨时间为1-3小时，筛分采用80-100目网筛，混合物D中的含水量为3-8％。
作为本发明的进一步改进，所述S5中烘干温度为100-130℃，挤压成型的压强为10-12Mpa。
作为本发明的进一步改进，所述S6中高温烧结的温度为1140-1220℃，高温加热过程为先以150-300℃/min的速度升至800-900℃，然后保温10-20min，然后再以5-10℃/min的速度升至1140-1220℃，保温60-120min，冷却过程以40-80℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷抗压强度为6-8Mpa。
本发明还公开了一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的配方，包括矿渣、淤泥和发泡剂，
其中矿渣内的成分按重量份计：50-80份含铁矿渣，30-50份含铝矿渣，20-40份锰冶炼渣，10-20份锂矿炼渣，20-30份铜尾矿，40-50份锂尾矿云泥，3-8份蒙脱土；
其中淤泥中的成分按重量份计：80-120份沙砾，40-60份泥炭，30-50份粘土，60-100份水；
发泡剂按重量计0.5-5份。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明发泡陶瓷的原料来源于矿渣和市政淤泥的组合循环利用，减少了环境污染和资源浪费，材料来源广泛易得，以特定比例组合利用两者成分使制得的发泡陶瓷的抗压强度达到预期目标，能够满足建筑面板的强度需求，且制得的发泡陶瓷不易开裂，具有较好的物理特性，整个工艺具有耗能低，成本低的特点，符合绿色环保的建筑发展理念。
附图说明
图1是本发明的发泡陶瓷制备工艺的整体流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
请参阅图1的发泡陶瓷的生产工艺流程图，将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：50份含铁矿渣，30份含铝矿渣，20份锰冶炼渣，10份锂矿炼渣，20份铜尾矿，40份锂尾矿云泥，3份蒙脱土，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨4小时，研磨之后过4目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化锂、氧化铜等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：80份沙砾，40份泥炭，30份粘土，60份水，经压泥除水之后过20目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为10％；将上述混合物A和混合物B按重量比3：1进行混合后，置入球磨机研磨3小时，然后过50目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计3份碳化硅作为发泡剂，所述碳化硅的粒度为600目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨2小时，过80目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为5％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为120℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为10Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1180℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温10min，然后再以5℃/min的速度升至1180℃，保温60min，冷却过程以40℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
实施例2
将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：80份含铁矿渣，50份含铝矿渣，40份锰冶炼渣，20份锂矿炼渣，30份铜尾矿，50份锂尾矿云泥，8份蒙脱土，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨6小时，研磨之后过8目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化锂、氧化铜等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：120份沙砾，60份泥炭，50份粘土，100份水，经压泥除水之后过30目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为15％；将上述混合物A和混合物B按重量比5：1进行混合后，置入球磨机研磨4小时，然后过60目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计5份氮化硅作为发泡剂，所述氮化硅的粒度为800目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨3小时，过100目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为8％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为130℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为10Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1200℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温20min，然后再以10℃/min的速度升至1200℃，保温100min，冷却过程以50℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
实施例3
将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：50份含铁矿渣，20份锰冶炼渣，10份锂矿炼渣，30份铜尾矿，50份锂尾矿云泥，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨5小时，研磨之后过6目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铁、氧化锰、氧化锂、氧化铜等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：100份沙砾，50份泥炭，40份粘土，80份水，经压泥除水之后过20目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为10％；将上述混合物A和混合物B按重量比4：1进行混合后，置入球磨机研磨4小时，然后过50目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计2份碳化硅作为发泡剂，所述碳化硅的粒度为600目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨2小时，过80目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为6％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为130℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为8Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1160℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温10min，然后再以5℃/min的速度升至1160℃，保温80min，冷却过程以50℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
实施例4
将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：40份含铝矿渣，40份锰冶炼渣，20份锂矿炼渣，30份铜尾矿，50份锂尾矿云泥，4份蒙脱土，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨5小时，研磨之后过6目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铝、氧化锰、氧化锂、氧化铜等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：100份沙砾，40份泥炭，30份粘土，80份水，经压泥除水之后过20目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为10％；将上述混合物A和混合物B按重量比5：1进行混合后，置入球磨机研磨4小时，然后过50目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计2份氮化硅作为发泡剂，所述氮化硅的粒度为700目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨3小时，过100目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为5％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为120℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为10Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1180℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温20min，然后再以5℃/min的速度升至1180℃，保温100min，冷却过程以50℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
实施例5
将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：70份含铁矿渣，40份含铝矿渣，30份铜尾矿，50份锂尾矿云泥，6份蒙脱土，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨5小时，研磨之后过8目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化锂、氧化铜等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：90份沙砾，50份泥炭，40份粘土，80份水，经压泥除水之后过20目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为10％；将上述混合物A和混合物B按重量比4：1进行混合后，置入球磨机研磨4小时，然后过60目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计2份碳化硅作为发泡剂，所述碳化硅的粒度为800目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨3小时，过100目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为5％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为120℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为10Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1200℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温20min，然后再以5℃/min的速度升至1200℃，保温120min，冷却过程以40℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
实施例6
将收集到不同矿场来源的矿渣进行破碎处理，其中矿渣内的成分按重量份计：60份含铁矿渣，40份含铝矿渣，30份锰冶炼渣，20份锂矿炼渣，50份锂尾矿云泥，将破碎后的矿渣置入球磨机进行研磨5小时，研磨之后过6目网筛，得到混合物A；此处的矿渣内含有金属氧化物及其他金属化合物，例如氧化铝、氧化铁、氧化锰、等，将会为后续的发泡陶瓷提供足够的硬度指标。
另一方面，将市政淤泥中的有机杂质去除之后，对含有大量水的淤泥进行压泥处理并进行除水，其中淤泥的成分按重量份计：90份沙砾，50份泥炭，40份粘土，70份水，经压泥除水之后过30目网筛得到混合物B，混合物B中的含水量为10％；将上述混合物A和混合物B按重量比4：1进行混合后，置入球磨机研磨4小时，然后过60目网筛，得到混合物C。
将得到的混合物C中添加按重量计4份氮化硅作为发泡剂，所述氮化硅的粒度为700目，充分搅拌混合之后置入球磨机中研磨3小时，过90目网筛后得到混合物D，其中混合物D中的含水量为5％，将得到的混合物D置入模具中，其中模具具有加热烘干功能，将混合物D置入模具后，混合物D在模具中形成多层间隔结构，每层混合物D形成的胚体厚度可根据需要进行调整，胚体在温度为120℃进行加热并挤压，其中挤压的强度为8Mpa，使挤压后的胚体形成不分散，脱落率小于0.1％的稳定混合体。
将上述胚体置入窑炉中烧结，高温烧结的目标温度为1160℃，首先高温加热过程为先以150℃/min的速度升至900℃，然后保温10min，然后再以8℃/min的速度升至1160℃，保温90min，冷却过程以40℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷。
将上述实施例1-6制得的发泡陶瓷测试数据如下：
| 实施例 | 是否开裂 | 抗压强度/Mpa | 体积密度(kg/m3) | 吸水率(％) |
| 实施例1 | 无开裂 | 6.5 | 230 | 2 |
| 实施例2 | 无开裂 | 6.7 | 240 | 4 |
| 实施例3 | 少量 | 7.2 | 236 | 4 |
| 实施例4 | 极少量 | 7.3 | 245 | 5 |
| 实施例5 | 无开裂 | 6.8 | 225 | 3 |
| 实施例6 | 无开裂 | 6.5 | 255 | 4 |
以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种利用矿渣及市政淤泥生产发泡陶瓷的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
S1：将矿渣破碎后进球磨机研磨过筛，得到矿渣混合物A；
S2:将市政淤泥中去除有机杂质后压泥除水，筛分后得到混合物B；
S3:将得到的混合物A和混合物B按重量比例3-5：1进行混合球磨后过筛得到混合物C；
S4:将混合物C中添加发泡剂，搅拌混合后球磨筛分，风干后得到混合物D；
S5:对混合物D进行烘干置入模具挤压成型得到胚体；
S6:将得到的胚体进行高温烧结，烧结完成冷却后得到发泡陶瓷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S1中的矿渣来源自铁矿、铝矿、金矿、钨矿、锰矿、钽矿、锂矿、钨矿、铜矿、磷矿、锡矿中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S1中研磨过筛采用4-8目网筛，研磨时间为4-6小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S2中压泥除水后混合物B中的含水量为5-15％，筛分采用20-30目网筛。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S3中球磨时间为2-4小时，过筛采用50-60目网筛。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S4中的发泡剂为碳化硅、氮化硅中的一种，其粒度为500-800目。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S4中球磨时间为1-3小时，筛分采用80-100目网筛，混合物D中的含水量为3-8％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S5中烘干温度为100-130℃，挤压成型的压强为10-12Mpa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述S6中高温烧结的温度为1140-1220℃，高温加热过程为先以150-300℃/min的速度升至800-900℃，然后保温10-20min，然后再以5-10℃/min的速度升至1140-1220℃，保温60-120min，冷却过程以40-80℃/min降至常温，制得的发泡陶瓷抗压强度为6-8Mpa。
10.一种采用权利要求1-9任一种方法生产发泡陶瓷的配方，其特征在于，所述配方包括矿渣、淤泥和发泡剂，
其中矿渣内的成分按重量份计：50-80份含铁矿渣，30-50份含铝矿渣，20-40份锰冶炼渣，10-20份锂矿炼渣，20-30份铜尾矿，40-50份锂尾矿云泥，3-8份蒙脱土；
其中淤泥中的成分按重量份计：80-120份沙砾，40-60份泥炭，30-50份粘土，60-100份水；
发泡剂按重量计0.5-5份。
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