CN107721456B

CN107721456B - 一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒及制备方法

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Publication number: CN107721456B
Application number: CN201710981768.5A
Authority: CN
Inventors: 徐国涛; 张洪雷; 刘黎; 李伟; 徐林; 骆福辉
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN107721456A

Abstract

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及wt%为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：28～50%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：10～40%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：5～45%，粒度≤0.088mm的膨润土：5～10%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：0.05～3%，城市污泥：1～5%；制备步骤：将所有物料混合；置入圆筒造球机或圆盘造球机中制造生球；干燥；预热；焙烧；自然冷却至室温，备用。本发明利用尾矿、钢渣制造陶粒的技术措施，可以最大限度的利用二次资源，变废为宝，并利用500万吨球团产线生产，其陶粒体积密度1.70～2.10g/cm³，耐压强度3～9KN的陶粒产品，吨陶粒成本可降低不低于10%。

Description

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒及制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机材料技术领域，具体设计一种利用铁矿石尾矿及其它废弃物制备的陶粒及方法。其适用于制作建筑材料、保温材料、种植载体材料。

背景技术

降低生产成本是企业、国家的重要策略之一，是企业提高竞争力的重要措施之一，尤其是钢铁企业更为重要。

在本发明之前，高炉炉料中球团用量20%，2017年8月降低到14%，而梅山钢铁基地和湛江基地的球团用量在5-8%，因此球团用量最低可能会达到原来用量的25%。以武钢鄂州球团500万吨产能计算，最大的困难在于可能出现300万吨以上的生产能力富余，而球团保产压力却不能降低；鄂州球团有限公司降成本压力也增加，满负荷球团销售存在困难，负荷不足生产成本增加。回转窑生产陶粒有历史，但都是10-50万吨规模，成本高；铁矿石尾矿库存上亿吨，资源浪费，且有灾害隐患；球团兼产陶粒有可行性；本申请人在研究铁矿石尾矿的生产过程中，发现铁矿石尾矿量过大，存在尾矿中的硫酸盐析出的问题，容易造成二次污染。

如何利用铁尾矿原料生产适应建筑和保温材料使用的陶粒产品，既可以变废为宝，得到综合利用，又可以减少对环境的污染，那么如何抑制尾矿中的硫酸根离子，是一个很关键的技术。

本发明的技术利用硬质粘土与尾矿资源，生产改性后酸根离子稳定的陶粒产品，可以用于建筑材料、保温材料。

经专利检索：

有提出利用页岩、粉煤灰、粘土生产出陶粒，其特征在于陶粒的原料组成为页岩，粉煤灰，粘土，外加剂=71：10：15：4。通过正交设计等试验方法获得最佳的烧成工艺参数为：干燥温度：110℃，干燥时间：2h；预热温度：400℃，预热时间：15min；焙烧温度为1200℃，焙烧时间为5min。工业化生产出堆积密度为470 kg／m³、筒压强度为2.3 MPa、吸水率为2.1％的超轻页岩陶粒产品。其存在原料来源不足，成本较高的问题。

中国专利号为CN201310620026.1的文献，其公开了一种《低硅铁尾矿膨胀陶粒及其制备方法》，其原料组成：50～60份铁尾矿粉、37～47份粘土或高岭土或膨润土、0～3份煤。铁尾矿粉中氧化硅小于40%，可生产5～25mm的陶粒。在预热温度105～130℃干燥2-4h，在600～900℃预热10～15min，焙烧温度1050～1150℃下焙烧10～15min，可以烧制出堆积密度650kg/m³、筒压强度5.43MPa、吸水率为8.75%的陶粒产品。作为建筑轻质混凝土骨料、保温隔热材料使用。该发明铁尾矿用量少，粘土与膨润土用量大，造球时强度低，容易生球粉化，而煤粉的加入虽然可以增加气孔，但增加了陶粒的开裂。

中国专利号为CN201510277931.0的《一种利用粘土性含铁尾矿制作超轻陶粒的方法》，其特征在于陶粒的原料组成为粘土性含铁尾矿40～48%、煤系高岭土或煤矸石40～48%、脱水污泥8～15%。其制备工艺流程为混料——造球——干燥——预热——焙烧——冷却。在预热温度500～600℃，焙烧温度1250～1350℃，升温速度10～15℃/min的工艺条件下，可以烧制出堆积密度390kg/m³、筒压强度1.2MPa、吸水率为3.8%的超轻陶粒产品。该发明使用煤系高岭土或煤矸石量大，造球难，脱水污泥容易起砂，粘性差，铁尾矿浮选后呈酸性，不固化容易腐蚀设备，再筒压强度低，堆积密度相对较大。

中国专利号为CN200910144295.9的文献，公开了《一种铁矿尾砂陶粒及其制备方法》，其特征在于陶粒的原料组成为铁矿尾砂60～70%、粘土25～40%、秸秆粉末1～3%。其制备工艺包括混料、造粒、干燥、焙烧、冷却。在预热温度100～110℃干燥6-8h，焙烧温度1120～1200℃下焙烧6～8min，可以烧制出堆积密度490-702kg/m³的陶粒产品。该发明由于采用秸秆粉，其容易吸水膨胀，使造球时强度低，生球容易粉化，引起陶粒开裂。

中国专利号为CN201610019831.2的《一种脱硫石膏和铁尾矿陶粒及其制备方法》，其特征在于陶粒的原料组成为铁尾矿50～60份、脱硫石膏10～20份、粉煤灰20～30份、煤粉0～6份。其制备工艺包括混料、造粒、干燥、焙烧、冷却。在预热温度100～120℃干燥4-6h，260～500℃预热8-15min，焙烧温度1080～1200℃下焙烧25～35min，可以烧制出堆积密度700-900kg/m³、筒压强度4-6MPa、吸水率为5-10%的的陶粒产品。该发明使用粉煤灰量大，煤粉燃烧容易产生气体，造球难，脱硫石膏酸性大，容易产生硫酸酸雾，铁尾矿浮选后呈酸性，不固化容易腐蚀设备。

文献《污泥陶粒的性能特征与烧制工艺》，研制所用污泥中黏土、粉砂和砂的所占比例分别为10.15％、60.92% 和27.94%；污泥具备烧制污泥陶粒的基本条件。在1050～1125℃下，烧制的污泥陶粒堆积密度略高于国标对轻粗集料的要求，但物理性能达到高机械性能陶粒的标准，特别是在1075℃时烧制的污泥陶粒抗压强度最大，达到71.7 MPa，表观密度为2.45g／cm³。在900～1075℃ 的烧制温度下，污泥陶粒抗压强度和表观密度随烧制温度的增加而增大；当烧制温度>1075℃ 时，污泥陶粒抗压强度和表观密度随着烧制温度的增加而减小。其存在原料粘性太大，不利于球团生产，成本较高的问题。

文献《利用钢渣制备陶粒的实验研究》，确定了陶粒的配方为：粉煤灰75％、钢渣10％、粘土1 0％和碳粉5％。通过正交设计等试验方法获得最佳的烧成工艺参数为：预热温度：600℃，预热时间：20min；烧结温度1230℃，烧结时间4min。烧结后的陶粒剖面周围是棕灰色的较致密的外壳，内部形成疏松的蜂窝状结构。陶粒外表面具有明显的釉面光泽。堆积密度可达830Kg／m³，筒压强度可达6．8 MPa，吸水率为3．01％。其各项指标均符合GB／T17431．1中规定的高强陶粒要求。通过XRD和SEM分析可知，陶粒内部大部分是硅酸盐和铝酸盐的玻璃体，构成了疏松多孔的蜂窝状结构。***分析了钢渣的化学成分在烧制陶粒过程中的作用和陶粒膨胀机理，研究表明：钢渣的化学成分和矿物组成对陶粒在烧结过程中的膨胀和助熔起重要的作用。该文献表明钢渣也可以用于生产陶粒。

中国专利号为CN201510273757.2的文献，公开了《一种轻质高强陶粒及其制备工艺》，其特征在于陶粒组成包括高岭土尾矿5～15份、煤矸石55～65份、粉煤灰20～40份混合作为基础料，再按照100份基础料加1.5～3份成孔剂的比例混合造球；成孔剂为稻壳、碳酸盐、高钙粉煤灰等。烧成温度1050℃下焙烧10～20min，可以烧制出陶粒产品。该发明主要为脊性料，存在粘接性差，成球性差，若大工业化生产，则难以保证产品质量。其存在原料来源不足，成本较高的问题。

文献《利用废渣生产陶粒及陶粒生产线节能减排措施》，利用粉煤灰生产陶粒的主要方法有：(1)回转窑法。粉煤灰掺量一般≤75％。主要优点是：根据粉煤灰的主要性能，调整配方、焙烧温度、时间，既可生产超轻陶粒，也可生产普通陶粒或高强陶粒，适用于年产2～10万m³的生产线；其缺点是生产能耗较大，成本高，建设投资较多。(2)烧结机法。粉煤灰掺量高达80％。主要优点是：对粉煤灰无特殊要求，中、粗、细灰或干、湿、半干灰等均可使用，陶粒堆积密度630~750Kg／m³，筒压强度4MPa~6MPa，生产热耗较低，成本比回转窑法低10％～20％。其缺点是：电耗稍高，投资较多，适用于年产7～20万m³的生产线。利用尾矿研制煤矸石陶粒，尾矿粉：煤矸石=50：50，生产的陶粒堆积密度可达到365～727kg／m³。该文献表明废料、及陶粒可以用回转窑生产。

株洲市石材料厂研制并用试验型回转窑试烧成堆积密度661 Kg／m³ (煤矸石：页岩=70：30)和堆积密度667 Kg／m³ (煤矸石：选矿药剂厂钙钠废渣=90：10)的普通型煤矸石陶粒。自燃煤矸石经均化处理、磨细成球后可直接焙烧出堆积密度400 ~450 Kg／m³的超轻陶粒。

文献《高强页岩陶粒制备及其混凝土性能研究》，利用重庆地区页岩资源，研究适合焙烧高强陶粒的原料配方、高强陶粒焙烧工艺参数以及辅助原料对陶粒焙烧制度的影响，并研究所得高强陶粒的吸水特性及其混凝土的基本力学性能。研究结果表明：①重庆江津页岩和云阳复兴页岩均适合生产高强页岩陶粒。②采取较长时间预热(预热时间延长为15～20min)以及在焙烧时选取低温快烧、焙烧时间缩短为10min～15min的方式可以提高陶粒的强度。③在页岩中掺加5％～15％的粉煤灰可以降低页岩陶粒的膨胀温度、提高陶粒的强度，但应该根据粉煤灰掺量选择适当的焙烧制度。④采用云阳复兴页岩生产的页岩陶粒符合《轻集料及其试验方法》GB／T17431．1要求的高强页岩陶粒：堆积密度为830 Kg／m³、筒压强度可以达到8.1 MPa、常压下1小时吸水率为4.8％。

田斌守进行了《利用泥岩生产线生产多品种陶粒的研究》，在一条生产线上用泥岩成功生产出球型高强陶粒和普通型高强陶粒，球型高强陶粒的松散密度749 Kg／m³，筒压强度7.7 MPa，强度标号25 MPa；普通型高强陶粒的松散密度1080 Kg／m³，筒压强度12.1 MPa，强度标号35 MPa。用研制的高强陶粒配制不同用途的表观密度分别为1500、1800和2000Kg／m³的轻质高强陶粒混凝土，其28 d强度分别达到38、5l、79 MPa，其中最好的混凝土配合比强度可达到30．1。

何必繁进行了《污泥制备陶粒轻集料及其热动力学特性研究》，实验获得最佳坯料配合比干基(wt％)为：污泥／粉煤灰／河道底泥=25％：15％：60％，最优化工艺参数分别为：预热温度350℃、焙烧终温1 190℃、保温时间lmin；按照坯料配比和最优工艺参数开展烧制污泥陶粒放大实验研究，制得陶粒产品外观呈现浅棕褐色，产品圆润且颗粒大小相对均匀。测试了陶粒产品的主要建材品质以及陶粒浸出毒性，结果显示陶粒产品可做建材用且产品符合环境安全性要求；实验试配陶粒混凝土强度等级LC30混凝土标准件，在室温20度，相对湿度为95％以上的标准养护室中养护28天后的抗压强度为30MPa，符合LC30强度等级陶粒混凝土要求。

从上述的文献检索结果发现，没有适合大型球团回转窑生产陶粒用相关专利，以满足大工业、大批量生产建筑保温及城市建设需要的陶粒产品。

利用铁矿石尾矿生产的陶粒浸水后的形貌，存在锈迹，经过对溶液干燥物的组成分析，发现存在大量的硫酸根离子以可溶物的形式存在于烧后陶粒中，这样陶粒的应用会由于存在酸根腐蚀限制其用途。采用钢渣等废渣资源，以硬质粘土、铁矿石尾矿及钢渣为主料生产陶粒，通过钢渣中的氧化钙、氧化镁吸收铁尾矿中的硫酸根离子，中和其酸碱度，从而避免陶粒中酸根的水溶效应，产生锈迹。稳定处理后陶粒的应用范围扩大。

发明内容

本发明是针对含有氧化硅、氧化钙、氧化镁、铁氧化物，及少量钾钠，同时含有大量的硫化物的铁矿石尾矿特点并加以利用。其通过以硬质粘土矿为主，适当降低尾矿的含量，采用钢渣来调整尾矿的碱度，以平衡尾矿中硫化物的处理和稳定问题，以及选择匹配的工艺路线而制备出体积密度在1.70～2.10g/cm³，耐压强度在3～9KN的陶粒。

实现上述目的的措施：

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：28～50%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：10～40%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：5～45%，粒度≤0.088mm的膨润土：5～10 %，粒度≤0.1mm的废塑料粉：0.05～3%，城市污泥：1～5 %；陶粒性能：堆积密度在1.70～2.10g/cm³，耐压强度3～9KN。

优选地：粒度≤0.088mm的硬质粘土重量百分比含量在28～35%。

进一步地：所述城市污泥水分重量百分比含量不大于2%。

进一步地：粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿重量百分比含量在15～45%。

制备一种防锈蚀经济型铁矿石尾矿陶粒的方法，其步骤：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的8~15%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制在90～110℃，干燥时间在10-30min；

4）进行预热，预热温度为600～900℃，预热时间为15～30min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1020～1250℃，焙烧时间为15～25min；

6）自然冷却至室温，备用。

优选地：干燥温度控制在95～105℃。

优选地：预热温度为660～880℃。

优选地：焙烧温度为1050～1210℃。

本发明中各原料的作用

粒度≤0.088mm的硬质粘土：用于陶粒的主要成分，提高其耐火度，扩大其温度烧成范围。

粒度≤0.088mm的转炉钢渣：提供氧化钙、氧化镁，中和硫酸根形成硫酸钙、硫化钙。

粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：用于陶粒的主要成分，降低烧成温度。

粒度≤0.088mm的膨润土：用于陶粒的粘接成分，提高其耐火度，利于造球。

粒度≤0.1mm的废塑料粉：用于陶粒的造孔剂，利于城市废物处理。

城市污泥：用于陶粒的一般填料，利于城市废物处理。

本发明与现有技术相比，本发明利用尾矿、钢渣制造陶粒的技术措施，可以最大限度的利用二次资源，变废为宝，并利用500万吨球团产线，大规模低成本的生产体积密度在1.70～2.10g/cm³，耐压强度在3～9KN的陶粒产品，吨陶粒成本可降低不低于10%。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：30%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：40%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：18%，粒度≤0.088mm的膨润土：10 %，粒度≤0.1mm的废塑料粉：3%，水分含量为1%的城市污泥：1%

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的8%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制110℃，干燥时间15min；

4）进行预热，预热温度为600～620℃，预热时间15min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1080℃，焙烧时间为15min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为1.72g/cm³，耐压强度为4.5KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象；成本相对现有技术降低25%。

实施例2：

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：50%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：10%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：33.45%，粒度≤0.088mm的膨润土：5%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：0.05%，水分含量为1.4%的城市污泥：1.5%

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的12%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制91℃，干燥时间30min；

4）进行预热，预热温度为660～680℃，预热时间20min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1150℃，焙烧时间为20min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为2.05g/cm³，耐压强度为7.5KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象。

实施例3：

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：32%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：12%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：45%，粒度≤0.088mm的膨润土：6%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：2%，水分含量为1.55%的城市污泥：2%

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的13%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制96℃，干燥时间28min；

4）进行预热，预热温度为780～800℃，预热时间26min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1050℃，焙烧时间为18min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为1.76g/cm³，耐压强度为3.5KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象。

实施例4：

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：48%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：28.5%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：6%，粒度≤0.088mm的膨润土：10%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：2.5%，水分含量为1.6%的城市污泥：5%

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的14%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制105℃，干燥时间13min；

4）进行预热，预热温度为730～750℃，预热时间25min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1190℃，焙烧时间为21min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为1.92g/cm³，耐压强度为6.9KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象。

实施例5

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：40%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：30%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：30%，粒度≤0.088mm的膨润土：6.5%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：1.5%，水分含量为1.2%的城市污泥：2%。

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的15%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制100℃，干燥时间12min；

4）进行预热，预热温度为790～810℃，预热时间18min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1250℃，焙烧时间为16min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为1.8g/cm³，耐压强度为8.2KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象。

实施例6：

一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：39%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：26.1%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：22%，粒度≤0.088mm的膨润土：7%，粒度≤0.1mm的废塑料粉：1.9%，水分含量为1.6%的城市污泥：4%。

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

2）将混合后的混合料置入圆筒造球机或圆盘造球机中，并按照原料总重量百分比的11%的量向混合料上喷水至润湿状；制造生球；

3）对所造生球进行干燥，干燥温度控制103℃，干燥时间25min；

4）进行预热，预热温度为880～900℃，预热时间20min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1090℃，焙烧时间为17min；

6）自然冷却至室温，备用。

经检测，所制备的陶粒，其体积密度为1.78g/cm³，耐压强度为6.2KN；在试用期间，未发现及发生存在锈蚀现象。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其包括原料及重量百分比含量为：粒度≤0.088mm的硬质粘土：28～50%，粒度≤0.088mm的转炉钢渣：10~12%或转炉钢渣：26.1～40%，粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿：5～45%，粒度≤0.088mm的膨润土：5～10 %，粒度≤0.1mm的废塑料粉：0.05～3%，城市污泥：1～5 %；陶粒性能：堆积密度在1.70～2.10g/cm³，耐压强度3～9KN；

制备方法：

1）先将所有物料混合均匀；

4）进行预热，预热温度为600～900℃，预热时间为18～30min；

5）进行焙烧，焙烧温度为1190～1250℃，焙烧时间为16～25min；

6）自然冷却至室温，备用。

2.如权利要求1所述的一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其特征在于：粒度≤0.088mm的硬质粘土重量百分比含量在28～35%。

3.如权利要求1所述的一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其特征在于：所述城市污泥水分重量百分比含量不大于2%。

4.如权利要求1所述的一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒，其特征在于：粒度≤0.088mm的铁矿石尾矿重量百分比含量在15～45%。