CN107973586A - 处理铬铁渣的方法和陶瓷砖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了处理铬铁渣的方法和陶瓷砖。该方法包括：(1)将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，以便得到混合物料；(2)将混合物料进行磨细处理，以便得到粉状物料；(3)将粉状物料进行喷雾造粒处理，以便得到颗粒物料；(4)将颗粒物料进行成型处理，以便得到生料板；以及(5)将生料板依次进行干燥处理和烧成，以便得到陶瓷砖。该方法可以有效地利用冶金废料铬铁渣制备高品质的陶瓷砖，开辟了铬铁渣资源化利用的新途径，具有显著的经济效益和环境效益。

Description

处理铬铁渣的方法和陶瓷砖
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，本发明涉及处理铬铁渣的方法和陶瓷砖。
背景技术
在我国，采用铬铁矿生产制备铬铁合金的过程中，每年大概产生约400～500万吨的铬铁合金渣，又称铬铁渣。铬铁渣中含有较高含量的Cr2O3，并且有部分高价态的离子存在，长时间的堆存处理，不仅给环境带来较大的影响，铬铁渣中水分渗出进入地下水，还将对居民的生命安全带来极大的威胁。
然而，现有的处理铬铁渣的手段仍有待进一步发展。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出处理铬铁渣的方法和陶瓷砖。该方法可以有效地利用冶金废料铬铁渣制备高品质的陶瓷砖，开辟了铬铁渣资源化利用的新途径，具有显著的经济效益和环境效益。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理铬铁渣的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料进行磨细处理，以便得到粉状物料；(3)将所述粉状物料进行喷雾造粒处理，以便得到颗粒物料；(4)将所述颗粒物料进行成型处理，以便得到生料板；以及(5)将所述生料板依次进行干燥处理和烧成，以便得到陶瓷砖。
根据本发明实施例的处理铬铁渣的方法，通过将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，并将得到的混合物料进行磨细处理，得到粉状物料，进而将粉状物料进行喷雾造粒处理，得到颗粒物料，将颗粒物料成型后，对得到的生料板依次进行干燥处理和烧成，即可制备得到陶瓷砖产品。该方法通过利用铬铁渣替代传统工艺中用于制备陶瓷砖的长石和石英等原料，在拓宽铬铁渣资源化利用途径的同时，极大地减少了长石和石英等宝贵一次资源的使用量，且制备得到的陶瓷砖符合GB/T4100-2015标准，破坏强度高于传统陶瓷砖。由此，该方法可以有效地利用冶金废料铬铁渣制备高品质的陶瓷砖，开辟了铬铁渣资源化利用的新途径，减少了一次资源的消耗，具有显著的经济效益和环境效益。
另外，根据本发明上述实施例的处理铬铁渣的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述铬铁渣包括：2～3重量份的CaO、25～30重量份的SiO2、25～30重量份的MgO、15～20重量份的Al2O3、3～8重量份的Cr2O3、0.3～0.5重量份的TiO2、3～4重量份的TFe和0.2～0.4重量份的碱金属氧化物。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述铬铁渣、所述粘土和所述砂岩的质量比为(50～80):(20～30):(0～20)。由此，可以进一步提高冶金废料铬铁渣的利用率。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述粉状物料中粒径不高于45μm的粉末含量不低于90％。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述颗粒物料的平均粒径为0.5～1mm，水分含量为6～10wt％。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述成型处理是在15～40MPa的压力下完成的。
在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，所述干燥处理是在105～120℃下进行20～24h完成的。
在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，所述烧成是在1120～1180℃下进行20～60min完成的。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种陶瓷砖。根据本发明的实施例，该陶瓷砖是通过采用上述实施例的处理铬铁渣的方法制备得到的。
根据本发明实施例的陶瓷砖通过以冶金废料铬铁渣作为原料，极大地减少了传统陶瓷砖制备工艺中长石和石英等一次资源的消耗，同时有效拓宽了铬铁渣资源化利用途径，且该由铬铁渣制备得到的陶瓷砖符合GB/T4100-2015标准，破坏强度高于传统陶瓷砖。该陶瓷砖的主要矿物组成为堇青石、橄榄石和斜辉石，其中重金属离子Cr3+被固结于斜辉石内，无渗出，对环境无污染。
另外，根据本发明上述实施例的陶瓷砖还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述陶瓷砖包括：32～54wt％的SiO2、13～16wt％的Al2O3、13～24wt％的MgO、4～8wt％的Cr2O3、3～6wt％的Fe2O3、2.5～3.5wt％的CaO、0.3～0.6wt％的TiO2和0.5～1wt％的碱金属氧化物。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理铬铁渣的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理铬铁渣的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：(1)将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，以便得到混合物料；(2)将混合物料进行磨细处理，以便得到粉状物料；(3)将粉状物料进行喷雾造粒处理，以便得到颗粒物料；(4)将颗粒物料进行成型处理，以便得到生料板；以及(5)将生料板依次进行干燥处理和烧成，以便得到陶瓷砖。
下面参考图1对根据本发明实施例的处理铬铁渣的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：混合处理
该步骤中，将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，以便得到混合物料。通过利用冶金废料铬铁渣作为原料用于制备陶瓷砖，在拓宽铬铁渣资源化利用途径的同时，极大地减少了传统陶瓷砖制备工艺中长石和石英等宝贵一次资源的使用量，且制备得到的陶瓷砖理化性能符合GB/T4100-2015标准。
根据本发明的具体实施例，铬铁渣可以采用铬铁矿经转底炉直接还原、熔分工艺产生的固体废弃物，其中包括：2～3重量份的CaO、25～30重量份的SiO2、25～30重量份的MgO、15～20重量份的Al2O3、3～8重量份的Cr2O3、0.3～0.5重量份的TiO2、3～4重量份的TFe和0.2～0.4重量份的碱金属氧化物。发明人发现，铬铁渣中的Cr2O3可以起到晶化剂的作用，有利于提高制备得到的陶瓷砖的强度，同时，Cr元素可以被固定在陶瓷砖烧结过程中形成的熔体内，无渗出，对环境友好。
根据本发明的具体实施例，铬铁渣、粘土和砂岩的质量比可以为(50～80):(20～30):(0～20)。优选地，铬铁渣、粘土和砂岩的质量比可以为(60～75):(20～30):(0～20)。由此，本发明的处理铬铁渣的方法对铬铁渣的利用率高，可以进一步提高铬铁渣的资源化利用水平，并且进一步提高制备得到的陶瓷砖的破坏强度。
根据本发明的一个具体实施例，粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 60～70％，Al2O310～25％。
根据本发明的一个具体实施例，砂岩中主要成分及所占质量百分比为SiO2 85～90％。
S200：磨细处理
该步骤中，将混合物料进行磨细处理，以便得到粉状物料。具体的，可以采用球磨机对混合物料进行磨细处理。
根据本发明的具体实施例，粉状物料中粒径不高于45μm的粉末含量可以为不低于90％，优选为90～96％。由此，可以进一步提高物料各组分之间的接触面积，从而提高制备得到的陶瓷砖的品质。
S300：喷雾造粒处理
该步骤中，将粉状物料进行喷雾造粒处理，以便得到颗粒物料。通过先将混合物料磨细，可使物料比表面积增加，颗粒之间接触面积亦增加，进而将磨细得到粉状物料进行喷雾造粒，有利于后期成型过程物料内部粘连致密，不开裂。
根据本发明的具体实施例，颗粒物料的平均粒径可以为0.5～1mm，水分含量可以为6～10wt％。根据本发明的优选实施例，颗粒物料的平均粒径为0.6～0.8mm，水分含量为7～8wt％。
S400：成型处理
该步骤中，将颗粒物料进行成型处理，以便得到生料板。具体的，可以采用所需规格的模具将颗粒物料进行压制成型，得到一定规格尺寸的生料板。
根据本发明的具体实施例，成型处理可以在15～40MPa的压力下完成，优选地，成型处理在25～35MPa的压力下完成。由此，可以进一步提高制备得到的陶瓷砖的品质。
S500：干燥处理和烧成
该步骤中，将生料板依次进行干燥处理和烧成，以便得到陶瓷砖。具体的，可以将生料板置于干燥室内进行干燥处理，进而将经过干燥处理的生料板进行烧成，得到陶瓷砖产品。
根据本发明的具体实施例，干燥处理可以在105～120℃下进行20～24h完成。由此，可以进一步降低生料板中的含水量，提高后续烧成处理的效果。
根据本发明的具体实施例，烧成可以在1120～1180℃下进行20～60min完成，优选地，温度为1140～1160℃。由此，可以进一步提高制备得到的陶瓷砖的品质。
由此，根据本发明实施例的处理铬铁渣的方法，通过将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，并将得到的混合物料进行磨细处理，得到粉状物料，进而将粉状物料进行喷雾造粒处理，得到颗粒物料，将颗粒物料成型后，对得到的生料板依次进行干燥处理和烧成，即可制备得到陶瓷砖产品。该方法通过利用铬铁渣替代传统工艺中用于制备陶瓷砖的长石和石英等原料，在拓宽铬铁渣资源化利用途径的同时，极大地减少了长石和石英等宝贵一次资源的使用量，且制备得到的陶瓷砖符合GB/T4100-2015标准，破坏强度高于传统陶瓷砖。由此，该方法可以有效地利用冶金废料铬铁渣制备高品质的陶瓷砖，开辟了铬铁渣资源化利用的新途径，减少了一次资源的消耗，具有显著的经济效益和环境效益。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种陶瓷砖。根据本发明的实施例，该陶瓷砖是通过采用上述实施例的处理铬铁渣的方法制备得到的。
根据本发明实施例的陶瓷砖通过以冶金废料铬铁渣作为原料，极大地减少了传统陶瓷砖制备工艺中长石和石英等一次资源的消耗，同时有效拓宽了铬铁渣资源化利用途径，且该由铬铁渣制备得到的陶瓷砖符合GB/T4100-2015标准，破坏强度高于传统陶瓷砖。该陶瓷砖的主要矿物组成为堇青石、橄榄石和斜辉石，其中重金属离子Cr3+被固结于斜辉石内，无渗出，对环境无污染。
根据本发明的具体实施例，上述陶瓷砖包括：32～54wt％的SiO2、13～16wt％的Al2O3、13～24wt％的MgO、4～8wt％的Cr2O3、3～6wt％的Fe2O3、2.5～3.5wt％的CaO、0.3～0.6wt％的TiO2和0.5～1wt％的碱金属氧化物。传统陶瓷砖受天然原料成分(例如长石、石英等)的影响，其中的的MgO、Fe2O3含量一般不高于1％，SiO2、Al2O3含量之和一般不低于90％，而本申请的陶瓷砖通过采用铬铁渣作为原料，突破了传统陶瓷砖中上述组分的限制，从而相较于传统陶瓷砖，具有更高的破坏强度。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
按照下列步骤，利用铬铁渣制备陶瓷砖：
(1)将铬铁渣、粘土和砂岩按照质量比50:30:20进行混合。
铬铁渣中主要成分所占质量百分比为CaO 3％，SiO2 30％，MgO 25％，Al2O3 20％，Cr2O3 8％，TiO2 0.3％，TFe 3％，(K2O+Na2O)0.4％，
粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 70％，Al2O3 10％。
砂岩中主要成分所占质量百分比为SiO2 90％。
(2)将上述物料破碎混合后输送进入球磨机进行磨细处理，以便得到粉状物料，粉状物料中粒径为不高于45μm的粉末质量百分比为90％。
(3)将磨细后的粉状物料进行喷雾造粒，得到的颗粒物料粒径约1mm。
(4)将颗粒物料压制成型，形成一定规格尺寸生料板，成型压力为40MPa。
(5)将生料板置于干燥室内干燥处理，干燥温度为120℃，干燥时间为24h。
(6)将干燥后的生料板进行烧成，烧成温度为1180℃，烧成时间为20min。
烧成得到的陶瓷砖中主要氧化物的质量百分比分别为：SiO2 54％，Al2O3 16％，MgO 24.6％，Cr2O3 4.44％，Fe2O3 3.86％，CaO 3.16％，TiO2 0.38％，(K2O+Na2O)1％。
烧成后的陶瓷砖理化性能符合GB/T4100-2015要求，断裂模数为67MPa，吸水率为0.23％。
实施例2
按照下列步骤，利用铬铁渣制备陶瓷砖：
(1)将铬铁渣和粘土按照质量比80:20进行混合。
铬铁渣中主要成分所占质量百分比为CaO 2％，SiO2 25％，MgO 30％，Al2O3 15％，Cr2O3 10％，TiO2 0.5％，TFe 4％，(K2O+Na2O)0.2％，
粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 60％，Al2O3 20％。
(2)将上述物料破碎混合后输送进入球磨机进行磨细处理，以便得到粉状物料，粉状物料中粒径为不高于45μm的粉末质量百分比为96。
(3)将磨细后的粉状物料进行喷雾造粒，得到的颗粒物料粒径约0.5mm。
(4)将颗粒物料压制成型，形成一定规格尺寸生料板，成型压力为15MPa。
(5)将生料板置于干燥室内干燥处理，干燥温度为105℃，干燥时间为20h。
(6)将干燥后的生料板进行烧成，烧成温度为1120℃，烧成时间为60min。
烧成得到的陶瓷砖中主要氧化物的质量百分比分别为：SiO2 32％，Al2O3 16％，MgO 24.6％，Cr2O3 8％，Fe2O3 5.54％，CaO 2.6％，TiO2 0.53％，(K2O+Na2O)0.55％。
烧成后的陶瓷砖理化性能符合GB/T4100-2015要求，断裂模数为48MPa，吸水率为0.44％。本实施例制备得到的陶瓷砖由于原料中没有加入砂岩，断裂模数稍低，但仍符合GB/T4100-2015要求。
实施例3
按照下列步骤，利用铬铁渣制备陶瓷砖：
(1)将铬铁渣、粘土和砂岩按照质量比65:25:10进行混合。
铬铁渣中主要成分所占质量百分比为CaO 2.5％，SiO2 28％，MgO 27％，Al2O318％，Cr2O3 9％，TiO2 0.4％，TFe 3.5％，(K2O+Na2O)0.3％，
粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 65％，Al2O3 15％。
砂岩中主要成分所占质量百分比为SiO2 88％。
(2)将上述物料破碎混合后输送进入球磨机进行磨细处理，以便得到粉状物料，粉状物料中粒径为不高于45μm的粉末质量百分比为94％。
(3)将磨细后的粉状物料进行喷雾造粒，得到的颗粒物料粒径约0.7mm。
(4)将颗粒物料压制成型，形成一定规格尺寸生料板，成型压力为30MPa。
(5)将生料板置于干燥室内干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为22h。
(6)将干燥后的生料板进行烧成，烧成温度为1160℃，烧成时间为40min。
烧成得到的陶瓷砖中主要氧化物的质量百分比分别为：SiO2 43.25％，Al2O315.8％，MgO 18.33％，Cr2O3 6.07％，Fe2O3 4.66％，CaO 2.95％，TiO2 0.44％，(K2O+Na2O)0.8％。
烧成后的陶瓷砖理化性能符合GB/T4100-2015要求，断裂模数为75MPa，吸水率为0.12％。
对比例1
按照下列步骤，利用铬铁渣制备陶瓷砖：
(1)将铬铁渣、粘土和砂岩按照质量比65:25:10进行混合。
铬铁渣中主要成分所占质量百分比为CaO 2.5％，SiO2 28％，MgO 27％，Al2O318％，Cr2O3 9％，TiO2 0.4％，TFe 3.5％，(K2O+Na2O)0.3％，
粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 65％，Al2O3 15％。
砂岩中主要成分所占质量百分比为SiO2 88％。
(2)将上述物料破碎混合后输送进入球磨机进行磨细处理，以便得到粉状物料，粉状物料中粒径为不高于45μm的粉末质量百分比为94％。
(3)将磨细后的粉状物料进行喷雾造粒，得到的颗粒物料粒径约0.7mm。
(4)将颗粒物料压制成型，形成一定规格尺寸生料板，成型压力为30MPa。
(5)将生料板置于干燥室内干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为22h。
(6)将干燥后的生料板进行烧成，烧成温度为1200℃，烧成时间为40min。
烧成得到的陶瓷砖中主要氧化物的质量百分比分别为：SiO2 43.25％，Al2O315.8％，MgO 18.33％，Cr2O3 6.07％，Fe2O3 4.66％，CaO 2.95％，TiO2 0.44％，(K2O+Na2O)0.8％。
烧成后陶瓷砖尺寸变形过大，表面熔融严重，理化性能不符合GB/T4100-2015要求。
对比例2
按照下列步骤，利用铬铁渣制备陶瓷砖：
(1)将铬铁渣、粘土和砂岩按照质量比65:25:10进行混合。
铬铁渣中主要成分所占质量百分比为CaO 2.5％，SiO2 28％，MgO 27％，Al2O318％，Cr2O3 9％，TiO2 0.4％，TFe 3.5％，(K2O+Na2O)0.3％，
粘土中主要成分所占质量百分比为SiO2 65％，Al2O3 15％。
砂岩中主要成分所占质量百分比为SiO2 88％。
(2)将上述物料破碎混合后输送进入球磨机进行磨细处理，以便得到粉状物料，粉状物料中粒径为不高于45μm的粉末质量百分比为94％。
(3)将磨细后的粉状物料进行喷雾造粒，得到的颗粒物料粒径约0.7mm。
(4)将颗粒物料压制成型，形成一定规格尺寸生料板，成型压力为30MPa。
(5)将生料板置于干燥室内干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为22h。
(6)将干燥后的生料板进行烧成，烧成温度为1060℃，烧成时间为40min。
烧成得到的陶瓷砖中主要氧化物的质量百分比分别为：SiO2 43.25％，Al2O315.8％，MgO 18.33％，Cr2O3 6.07％，Fe2O3 4.66％，CaO 2.95％，TiO2 0.44％，(K2O+Na2O)0.8％。
烧成后陶瓷砖变形较小，断裂模数为12.3MPa，理化性能不符合GB/T4100-2015要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种处理铬铁渣的方法，其特征在于，包括：
(1)将铬铁渣、粘土和砂岩进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行磨细处理，以便得到粉状物料；
(3)将所述粉状物料进行喷雾造粒处理，以便得到颗粒物料；
(4)将所述颗粒物料进行成型处理，以便得到生料板；以及
(5)将所述生料板依次进行干燥处理和烧成，以便得到陶瓷砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铬铁渣包括：2～3重量份的CaO、25～30重量份的SiO2、25～30重量份的MgO、15～20重量份的Al2O3、3～8重量份的Cr2O3、0.3～0.5重量份的TiO2、3～4重量份的TFe和0.2～0.4重量份的碱金属氧化物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铬铁渣、所述粘土和所述砂岩的质量比为(50～80):(20～30):(0～20)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粉状物料中粒径不高于45μm的粉末含量不低于90％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述颗粒物料的平均粒径为0.5～1mm，水分含量为6～10wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述成型处理是在15～40MPa的压力下完成的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述干燥处理是在105～120℃下进行20～24h完成的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述烧成是在1120～1180℃下进行20～60min完成的。
9.一种陶瓷砖，其特征在于，所述陶瓷砖是采用权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的。
10.根据权利要求9所述的陶瓷砖，其特征在于，所述陶瓷砖包括：32～54wt％的SiO2、13～16wt％的Al2O3、13～24wt％的MgO、4～8wt％的Cr2O3、3～6wt％的Fe2O3、2.5～3.5wt％的CaO、0.3～0.6wt％的TiO2和0.5～1wt％的碱金属氧化物。
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CN114804846A (zh) * 2022-05-24 2022-07-29 景德镇陶瓷大学 一种利用铬铁废渣制备堇青石质材料的方法及其堇青石质材料

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