CN109053146A - 钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法 - Google Patents

钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，先细化处理得到微米级活性钒钛磁铁尾矿，将其与校正原料、氧化剂、助溶剂混合、成型，最后在推板窑中烧结、表面抗磨处理，最终得到无釉楼梯砖材料。本发明以钒钛磁铁矿尾矿为主要原料，通过添加校正原料、氧化剂、助溶剂并采用表面抗磨工艺可实现无釉楼梯砖的制备，大幅降低原料成本，提高砖表面抗磨性。本发明制备的无釉楼梯砖的抗压强度大于等于14100MPa，表面硬度大于等于6800MPa，孔隙率小于等于2.6％。

Description

钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法
技术领域
本发明涉及绿色建筑材料制备技术领域，特别涉及一种钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿尾矿是一种工业固废，现阶段主要应用于水泥、混凝土、玻璃及路面铺设方面，使其工业附加值不高。因此，开发一种新途径，以提高其工业附加值至关重要。
楼梯砖是一种需求量巨大的建筑材料，一直采用的瓷土、高岭土等高品质原料成本较高，且需表面施釉提高耐磨性，使其难以满足环境、社会发展的需要。
发明内容
本发明是针对常见手段难以提高钒钛磁铁尾矿工业附加值问题的研发领域现状，提供一种钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，包括以下步骤：
1)将钒钛磁铁尾矿经净化处理后，再细化得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉及碳酸钾粉混合，再加入球化剂置于高压模具中压制成型；
3)将冷压成型坯体装入推板窑中烧结，然后进行表面抗磨处理，最终得到无釉楼梯砖材料。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，净化处理包括水洗、过筛、干燥三步。
作为本发明的进一步改进，步骤1)中，采用联动粉末活化装置进行细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，联动粉末活化装置主轴转速400～600转/min，细化时间6～9小时。
作为本发明的进一步改进，步骤2)中，活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉的重量百分比为：(64～69.1)：(9.1～14.2)：(9.5～14.6)：(10.2～14.3)：(2.1～4.7)。
作为本发明的进一步改进，步骤2)中，混合时间1.5～3.1小时，混合过程加入球化剂，球化剂为质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液，成型压力为58～99MPa。
作为本发明的进一步改进，步骤3)中，烧结过程包括预热、烧结、冷却三步，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1100～1370℃。
作为本发明的进一步改进，步骤3)中，表面抗磨处理采用表面高能热处理技术：加热速率70～90℃/min，稳定脉冲温度范围760～830℃。
作为本发明的进一步改进，制备的无釉楼梯砖的抗压强度大于等于14100MPa，表面硬度大于等于6800MPa，孔隙率小于等于2.6％。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
本发明先细化处理得到微米级活性钒钛磁铁尾矿，将其与校正原料、氧化剂、助溶剂混合、成型，最后在推板窑中烧结、表面抗磨处理；其中细化处理可提高粉末表面活性，降低熔点。细化后的钒钛磁铁尾矿可与校正材料等充分接触，加速扩散，提高尾矿实际利用率；表面抗磨处理可提高砖表面强硬性和抗磨性，代替釉层且在摩擦系数方面优于釉层。以钒钛磁铁矿尾矿为主要原料，通过添加校正原料、氧化剂、助溶剂并采用表面抗磨工艺可实现无釉楼梯砖的制备，大幅降低原料成本，提高砖表面抗磨性。本发明制备的无釉楼梯砖的抗压强度大于等于14100MPa，表面硬度大于等于6800MPa，孔隙率小于等于2.6％。
进一步，在制备无釉楼梯砖材料过程中，本发明为解决已有方法难以解决工业附加值低的问题，而是采用大比重钒钛磁铁尾矿、细化方法，研究细化工艺、原料组分质量比、混合、成型、烧结和表面抗磨处理工艺参数与无釉楼梯砖性能的关系，即：对于无釉楼梯砖，保持较高强硬性能和表面硬度的最佳细化工艺、原料组分质量比、混合、成型、烧结和表面抗磨处理工艺参数。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现钒钛磁铁尾矿较高的工业附加值。
具体实施方式
本发明一种钒钛磁铁尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，包括下述步骤：
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速400～600转/min，细化时间6～9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按(64～69.1)：(9.1～14.2)：(9.5～14.6)：(10.2～14.3)：(2.1～4.7)比例混合1.5～3.1小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为58～99MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1100～1370℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率70～90℃/min，稳定脉冲温度范围760～830℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
以下实施例制备的无釉楼梯砖的强度和硬度如表1所示。
实施例1
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速480转/min，细化时间8小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按67：10.7：9.5：10.2：2.6比例混合2.1小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为87MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1170℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率80℃/min，稳定脉冲温度范围790℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例2
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速400转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按64：11.7：10.5：11.2：2.6比例混合3.1小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为58MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1270℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率70℃/min，稳定脉冲温度范围830℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例3
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速500转/min，细化时间8小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按65：9.9：10.7：12.3：2.1比例混合2.8小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为88MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1250℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率70℃/min，稳定脉冲温度范围770℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例4
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速490转/min，细化时间6.5小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按64：9.1：11.1：13.3：2.5比例混合1.9小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为94MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1220℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率75℃/min，稳定脉冲温度范围780℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例1～4制备无釉楼梯砖材料的性能参数见表1所示：
表1
从上表可以得出，本发明制备的无釉楼梯砖的抗压强度大于等于14100MPa，表面硬度大于等于6800MPa，孔隙率小于等于2.6％。
实施例5
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速500转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按66：9.1：9.5：10.7：4.7比例混合1.9小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为76MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1310℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率75℃/min，稳定脉冲温度范围810℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例6
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速550转/min，细化时间7.5小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按69：9.2：9.5：10.2：2.1比例混合2.1小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为77MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1370℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率90℃/min，稳定脉冲温度范围830℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例7
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速570转/min，细化时间8.5小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按68：9.1：10.3：10.2：2.4比例混合2.0小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为66MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1360℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率86℃/min，稳定脉冲温度范围790℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例8
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速560转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按64：14.2：9.5：10.2：2.1比例混合1.6小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为59MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1170℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率70℃/min，稳定脉冲温度范围830℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例9
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速400转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按69.1：9.1：9.5：10.2：2.1比例混合2.0小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为58MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1100℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率90℃/min，稳定脉冲温度范围760℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例10
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速600转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按64：14.2：9.5：10.2：2.1比例混合1.6小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为99MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1370℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率70℃/min，稳定脉冲温度范围820℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
实施例11
(1)将钒钛磁铁尾矿经水洗、过筛、干燥处理后，置于联动粉末活化装置中细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，主轴转速500转/min，细化时间9小时，得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
(2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉按64：9.1：14.6：10.2：2.1比例混合1.9小时，再加入质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液球化剂置于高压模具中压制成型，成型压力为76MPa；
(3)将冷压成型坯体装入推板窑中预热、烧结、冷却，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1310℃；最后采用表面高能热处理技术进行表面抗磨处理，加热速率75℃/min，稳定脉冲温度范围810℃，炉冷，最终得到无釉楼梯砖材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钒钛磁铁尾矿经净化处理后，再细化得到微米级活性钒钛磁铁尾矿；
2)将活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉及碳酸钾粉混合，再加入球化剂置于高压模具中压制成型；
3)将冷压成型坯体装入推板窑中烧结，然后进行表面抗磨处理，最终得到无釉楼梯砖材料。
2.如权利要求1所述的钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤1)中，净化处理包括水洗、过筛、干燥三步。
3.如权利要求1所述的钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤1)中，采用联动粉末活化装置进行细化，细化介质为二氧化锆棱柱体，联动粉末活化装置主轴转速400～600转/min，细化时间6～9小时。
4.如权利要求1所述的钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤2)中，活性钒钛磁铁尾矿、氧化铝粉、二氧化锰粉、铁粉、碳酸钾粉的重量百分比为：(64～69.1)：(9.1～14.2)：(9.5～14.6)：(10.2～14.3)：(2.1～4.7)。
5.如权利要求1所述的钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤2)中，混合时间1.5～3.1小时，混合过程加入球化剂，球化剂为质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液，成型压力为58～99MPa。
6.如权利要求1所述钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤3)中，烧结过程包括预热、烧结、冷却三步，各步时间分别为3小时、5小时和7小时，最高烧结温度为1100～1370℃。
7.如权利要求1所述钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，步骤3)中，表面抗磨处理采用表面高能热处理技术：加热速率70～90℃/min，稳定脉冲温度范围760～830℃。
8.如权利要求1至7任意一项所述钒钛磁铁尾矿制备无釉楼梯砖的方法，其特征在于，制备的无釉楼梯砖的抗压强度大于等于14100MPa，表面硬度大于等于6800MPa，孔隙率小于等于2.6％。
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