CN112851167A

CN112851167A - 以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法

Info

Publication number: CN112851167A
Application number: CN202110182096.8A
Authority: CN
Inventors: 建方方; 刘娥
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2021-05-28

Abstract

一种以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，包括用清水对尾矿进行反复洗涤，对洗涤后的尾矿进行固液分离，将所得固体与工业硼酸、焦磷酸、无机颜料、低熔点玻璃粉和表面活性剂按比例进行混配，充分混匀后，置于回转窑内于450‑500ºC温度下进行烧结处1‑1.2h，然后用破碎机破碎，并采用概率筛分离成不同粒级目数的产品。本发明的处理工艺简单，设备投资小、成本低、产品附加值高、且过程无二次污染、资源化效果显著、易于大规模处置，有较好的环境效益和经济效益。

Description

以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物的资源化处理技术领域，具体的说一种用矿山尾矿为原料生产烧结彩砂的方法。

背景技术

无机工业原料85%来源于矿山。矿业生产过程中的采、挖、碎、运、磨、选等工序产生了大量的固体废弃物，这些都统称为尾矿。据统计，2020年我国尾矿年产量已突破30亿吨，且近年来尾矿的年平均增长率都在7%左右。到2020年为止，我国尾矿的总储量已超过600亿吨。且主要是铁、铜、金等尾矿，铁尾矿年产出量接近8.39亿吨。铜尾矿约2亿吨，金尾矿约1.5亿吨，钼尾矿约3200万吨。

尾矿的特点为：（1）含有用成分少、排放量大、成分复杂、易对环境造成污染。（2）尾矿堆存大量占用土地、堆存成本高、安全事故频发、资源浪费较大。（3）大多数尾矿颗粒粒度较细。近些年来，受到禁采或限采天然砂石政策的影响，天然建筑材料的紧缺使得人们意识到尾矿是具有潜在利用价值的资源。因此，开展了尾矿制备混凝土、充填材料、环保陶瓷等方面的探索，推动了绿色产业的发展。随着人们对尾矿潜在价值的认识不断提升，采用尾矿生产高附加值建筑材料的占比逐年增加。用尾矿生产混凝土掺合料、建筑机制砂、微晶玻璃、预制混凝土加气块、陶瓷、透水砖、保温墙体、建筑回填等都有文献报道。尾矿资源的再利用，对有效解决天然砂石材料紧缺的困境，提高尾矿产品的附加值，促进经济发展，具有重要的环境保护意义与经济价值。

彩砂以色彩鲜艳、性能稳定、质感丰富、无毒、环保等优点在建筑装饰材料中占有很重要的地位，广泛应用在建筑装修、水磨石骨料、高级喷漆涂料及地面、屋顶材料中,以提高材料的功能性和美观性。彩砂的下游产品十分丰富，真石漆、沥青瓦、环氧地坪、人造石和固体涂料都需要使用彩砂。

近年来，由于环保要求不断提高，国家强化生态保护工作，对露天矿山的粉尘防治问题进行排查，导致大量环保不达标的砂石厂关闭，制备彩砂的原料难以得到供应。而尾矿中含有大量的SiO₂，且产量大，粒度细，本身又是矿物。但尾矿中碱性氧化物的含量较高，采用常规的人工石英彩砂技术，常温染色法、直接染色法、树脂固化法、高温烧结法和陶瓷彩釉法，效果都不十分理想。

因此，如何对尾矿进行合理的处理，使其成为生产烧结彩砂的原料，对于其资源化利用来说实为必要。

发明内容

本发明的技术目的为：提供一种工艺流程简单，设备投资小，产物附加值高，资源循环效果显著，产品质量可靠的以尾矿为原料制备人造烧结彩砂的方法，来提高尾矿的资源化利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，包括以下步骤：

步骤一、采用清水对尾矿进行反复洗涤，以除去其中的可溶性杂质，制得预处理尾矿，备用；

步骤二、将步骤一制得的预处理尾矿过20目筛，取粒径不大于20目的尾矿料，并对该尾矿料进行固液分离处理，制得液体和含水量不大于35%的固体，且所得液体用于对尾矿进行反复洗涤预处理循环使用；

步骤三、按照质量比为（10~15）：（3~5）：（0.5~3）：（8~15）：（0.05~0.1）：100的比例，分别取工业硼酸、焦磷酸、无机颜料、低熔点玻璃粉和表面活性剂与步骤二制得的固体进行混合，充分混匀后，制得混配料，备用；

步骤四、将步骤三制得混配料转置于回转窑中，控制窑内温度为450-500ºC，进行脱水烧结1-1.2h，之后，经空气冷却后，制得烧结料，备用；

步骤五、将步骤四制得的烧结料送入破碎机中进行破碎处理，使烧结料的粒径不大于10目；

步骤六、采用概率筛对步骤五完成破碎处理的烧结料进行筛分，并按照烧结料的自然粒度筛选出10-20目粒级、20-40目粒级、40-80目粒级、80-120目粒级、120-180目粒级和180-250目粒级的六种彩砂产品，即为成品不同粒级规格的烧结彩砂。

进一步的，在步骤二中，所述固液分离处理的方式为压滤或过滤。

进一步的，在步骤四中，所述空气冷却的终点为烧结料的温度低于100ºC。

进一步的，在步骤三中，所述的无机颜料不选用镉黄、铬绿、铅铬黄、铅铬绿、铅丹或丹红这些含有毒重金属的颜料。

进一步的，在步骤六中，所使用的概率筛为振动概率筛。

进一步的，在步骤六中，采用概率筛对步骤五完成破碎处理的烧结料进行筛分后，筛分出的粒径小于250目物料作为步骤三中所需的固体进行重复使用。

本发明的有益效果：

1、本发明的制备工艺步骤简单、操作方便，所生产出的烧结彩砂中尾矿物料的重量百分占比超过70%，可对尾矿进行最大限度的消耗，解决现有技术中尾矿产量大，处置难，人工彩砂原材料短缺、色彩单调的问题。制备得到的成品烧结彩砂色彩鲜艳、耐候性强、抗风化性能好、经久使用不褪色，与天然彩砂相比具有色彩的可控性及均匀性。除了白色彩砂外，本发明的制备工艺采用尾矿生产的彩砂可以调配出其它任何天然彩砂的色彩，解决天然彩砂由于存在矿石来源的不同或差异，导致不同批次产品存在较大色差的问题。同时，本发明制备的烧结彩砂硬度较高，不存在天然彩砂硬度小、质地较脆，只适合用于墙体、屋面以及承压小的地面装饰材料中问题，因此，适用范围较广，实用效果更好，具有广阔的市场应用前景。

2、本发明的制备方法采用天然矿石的开采废弃物——尾矿作为主原料进行烧结彩砂的生产，解决了天然彩砂矿藏资源有限，且开采过程会造成环境污染和水土流失的问题。整个处理工艺过程步骤简单，设备投资小、工艺成本低，附加值高，烧结温度低，安全性好，可以实现尾矿处理过程零排放，全回收，过程中无二次污染、资源化效果显著、易于大规模处置，有较好的环境效益和经济效益。制备得到的烧结彩砂颜色多样，性质稳定，符合国家沥青瓦用彩砂（JC/T 1071-2008）的标准，有较好的经济效益和环境效益。

3、本发明采用多种添加剂物料协同配合，辅助450-500ºC高温烧结的方式，来对尾矿中的碱性氧化物进行有效的消耗和去除，其中，添加剂组分中的硼酸与尾矿中的碱性氧化物复合作用，能够对尾矿的烧结起到助熔作用，并大大降低烧结温度，使原本需要在1000~1200℃进行烧结的物料在550℃以下即可完成混配物料的充分烧结。而且，混配料的综合作用在降低温度的同时，还能够分散颜料，从而利于燃料富集的效果。更重要的是，本发明的混配物料在烧结高温下能够使尾矿中的二氧化硅砂砾表层软化，并促使无机颜料与燃料发生固相反应，在彩砂物料表面形成一层性质极其稳定的金属硅酸盐包覆着色层，使制备得到的烧结彩砂染色自然、色彩鲜艳，且色彩稳固性好，长久使用后依然不褪色，且包覆着色层本身结构坚固、质地较硬，耐候性强和抗风化性能较好，从而大大延长了成品烧结彩砂的使用寿命，扩大了其使用范围。

4、本发明所制备的成品烧结彩砂的最终颜色由无机颜料中各物料的混配比例、烧结前所制备的混配料中各组分的物料配比（尤其是工业硼酸和焦磷酸的加入比例），以及烧结时窑内的烧结温度共同决定的，窑内温度不得超过550ºC。多个因素综合作用，才制备出了色彩鲜艳、均匀，染色自然的人工烧结彩砂。这与具体选择什么类型的尾矿无关。

5、本发明的制备工艺，采用清水洗涤的方式，对尾矿中的氰化物、氧化钾、氧化钙等有毒物质或碱性氧化物进行有效地去除，整个过程脱氰、除溶水药剂效果显著，且可实现尾矿的大规模集中处理，使无法重复利用，且环境污染较大的尾矿由有毒危险废物转化成了可进行回收利用的一般废弃物进行烧结彩砂的生产。整个制备过程不仅提高了尾矿的综合利用率，实现了尾矿的无害化、减量化和资源化处理，还可实现零排放、全回收，全程无二次污染，环境友好性强。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。所述的实验操作过程在未指明情况下均是在常温常压下进行。

以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，具体工艺步骤如下：

步骤二、将步骤一制得的预处理尾矿过20目筛，取粒径不大于20目的尾矿料，并对该尾矿料进行固液分离处理，制得液体和含水量不大于35%的固体，且所得液体送入水处理池进行处理，用于对尾矿进行反复洗涤预处理循环使用；

步骤四、将步骤三制得混配料转置于回转窑中，控制窑内温度为450-500ºC，进行脱水烧结1-1.2h，间歇出料和连续出料均可实现工艺要求，之后，经空气冷却降至100ºC以下后，制得烧结料，备用；

步骤六、采用振动概率筛对步骤五完成破碎处理的烧结料进行筛分，并按照烧结料的自然粒度筛选出10-20目粒级、20-40目粒级、40-80目粒级、80-120目粒级、120-180目粒级和180-250目粒级的六种彩砂产品，即为成品不同粒级规格的烧结彩砂，而筛分后粒径小于250目物料作为步骤三中所需的固体进行重复使用。

上述步骤一中，所采用的清水可用井水或未污染的河水或工业生产用水。

上述步骤二中，所述固液分离处理的方式为压滤或过滤。

上述步骤三中，所述的无机颜料主要是氧化铁系列，包括铁红、铁黄、铁绿和铁蓝等，黑色颜料选用炭黑，不选用镉黄、铬绿、铅铬黄、铅铬绿、铅丹和丹红等含有毒重金属的颜料。

本发明所制备的成品烧结彩砂的最终颜色由无机颜料中各物料的混配比例、烧结前所制备的混配料中各组分的物料配比（尤其是工业硼酸和焦磷酸的加入比例），以及烧结时窑内的烧结温度共同决定的，窑内温度不得超过550ºC。多个因素综合作用，才制备出了色彩鲜艳、均匀，染色自然的人工烧结彩砂。这与具体选择什么类型的尾矿无关。

本发明以尾矿为原料生产的人造彩砂，工艺简单、烧结温度低、色彩鲜艳、不褪色、耐候性强、抗风化性能好，是替代天然彩砂的最佳途径。

实施例1

灵宝黄金尾矿用于红色烧结彩砂的制备：

本实施例选用的尾矿来自于河南三门峡灵宝市豫灵镇的黄金尾矿，对矿区的尾矿成分进行ICP化学成分分析，结果如下表1所示。

表1河南三门峡灵宝豫灵镇黄金尾矿化学成分分析

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	K<sub>2</sub>O	MgO
						3.10	80.74	2.45	5.27	0.38	1.39

从表1中可以看出该尾矿中含有较多的SiO₂，及不同量的Al₂O₃、CaO、K₂O等物质，碱性氧化物占比较高，需要进行合理的处理，才能较好的用于人工烧结彩砂的制备。

本实施例的具体制备工艺为：

采用清水对灵宝黄金尾矿进行反复洗涤，用水洗去可溶物及表面吸附的浮选药剂等，使其符合国家建筑用砂（GB/T 14684-2001）的标准；之后，用20目筛网将尾矿中掺入的大颗粒及树叶、塑料薄膜等杂质去除掉，剩余的尾矿浆进行压滤，得到含水率不大于35%的滤饼，该滤饼用于后续烧结彩砂制备的原料；压滤所得滤液送入水处理池，用于前步骤中对尾矿进行反复洗涤预处理循环使用。

分别称取1000g上述步骤制得的滤饼，与130g工业硼酸、40g焦磷酸、20g氧化铁红、100g低熔点玻璃粉以及0.8g表面活性剂共同置于混凝土搅拌槽中进行混合，充分混匀后，采用螺旋输送器将所得混配料输送至回转窑中，于480ºC温度条件下进行脱水烧结1h，空冷至100ºC以下后，将所得红色固体烧结料置于破碎机中进行破碎，之后，采用振动概率筛进行筛分，即得10-20目粒级、20-40目粒级、40-80目粒级、80-120目粒级、120-180目粒级和180-250目粒级的六种不同粒级规格，色彩均匀的红色烧结彩砂产品，而筛分后粒径小于250目物料作为混配料中所需的固体进行重复使用。

实施例2

洛阳栾川铁尾矿用于蓝色烧结彩砂的制备：

本实施例选用的尾矿来自于河南省洛阳市的栾川铁尾矿，对矿区的尾矿成分进行ICP化学成分分析，结果如下表2所示。

表2河南栾川铁尾矿化学成分分析

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	K<sub>2</sub>O	MgO
						4.93	71.83	6.10	4.58	3.36	3.28

从表2中可以看出该尾矿中含有较多的SiO₂，及不同量的Al₂O₃、CaO、K₂O等物质，碱性氧化物占比较高，需要进行合理的处理，才能较好的用于人工烧结彩砂的制备。

本实施例的具体制备工艺为：

采用清水对栾川铁尾矿进行反复洗涤，用水洗去可溶物及表面吸附的浮选药剂等，使其符合国家建筑用砂（GB/T 14684-2001）的标准；之后，用20目筛网将尾矿中掺入的大颗粒及树叶、塑料薄膜等杂质去除掉，剩余的尾矿浆进行过滤，得到含水率不大于35%的滤渣，该滤渣用于后续烧结彩砂制备的原料；过滤后所得滤液送入水处理池，用于前步骤中对尾矿进行反复洗涤预处理循环使用。

分别称取1000g上述步骤制得的滤渣，与100g工业硼酸、30g焦磷酸、5g氧化铁蓝、80g低熔点玻璃粉以及0.5g表面活性剂共同置于混凝土搅拌槽中进行混合，充分混匀后，采用螺旋输送器将所得混配料输送至回转窑中，于500ºC温度条件下进行脱水烧结1.1h，空冷至100ºC以下后，将所得红色固体烧结料置于破碎机中进行破碎，之后，采用振动概率筛进行筛分，即得10-20目粒级、20-40目粒级、40-80目粒级、80-120目粒级、120-180目粒级和180-250目粒级的六种不同粒级规格，色彩均匀的蓝色烧结彩砂产品，而筛分后粒径小于250目物料作为混配料中所需的固体进行重复使用。

实施例3

洛阳栾川钼尾矿用于绿色烧结彩砂的制备：

本实施例选用的尾矿来自于河南洛阳市栾川钼尾矿，对矿区的尾矿成分进行ICP化学成分分析，结果如下表3所示。

表3河南栾川钼尾矿化学成分分析

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	K<sub>2</sub>O	MgO
						3.51	72.74	13.26	9.18	1.64	0.42

从表3中可以看出该尾矿中含有较多的SiO₂，及不同量的Al₂O₃、CaO、K₂O等物质，碱性氧化物占比较高，需要进行合理的处理，才能较好的用于人工烧结彩砂的制备。

本实施例的具体制备工艺为：

采用清水对栾川钼尾矿进行反复洗涤，用水洗去可溶物及表面吸附的浮选药剂等，使其符合国家建筑用砂（GB/T 14684-2001）的标准；之后，用20目筛网将尾矿中掺入的大颗粒及树叶、塑料薄膜等杂质去除掉，剩余的尾矿浆进行压滤，得到含水率不大于35%的滤饼，该滤饼用于后续烧结彩砂制备的原料；压滤所得滤液送入水处理池，用于前步骤中对尾矿进行反复洗涤预处理循环使用。

分别称取1000g上述步骤制得的滤饼，与150g工业硼酸、50g焦磷酸、30g氧化铁绿、150g低熔点玻璃粉以及1g表面活性剂共同置于混凝土搅拌槽中进行混合，充分混匀后，采用螺旋输送器将所得混配料输送至回转窑中，于450ºC温度条件下进行脱水烧结1.2h，空冷至100ºC以下后，将所得红色固体烧结料置于破碎机中进行破碎，之后，采用振动概率筛进行筛分，即得10-20目粒级、20-40目粒级、40-80目粒级、80-120目粒级、120-180目粒级和180-250目粒级的六种不同粒级规格，色彩均匀的绿色烧结彩砂产品，而筛分后粒径小于250目物料作为混配料中所需的固体进行重复使用。

Claims

1.以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于：在步骤二中，所述固液分离处理的方式为压滤或过滤。

3.如权利要求1所述的以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于：在步骤四中，所述空气冷却的终点为烧结料的温度低于100ºC。

4.如权利要求1所述的以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于：在步骤三中，所述的无机颜料不选用镉黄、铬绿、铅铬黄、铅铬绿、铅丹或丹红这些含有毒重金属的颜料。

5.如权利要求1所述的以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于：在步骤六中，所使用的概率筛为振动概率筛。

6.如权利要求1所述的以尾矿为原料生产烧结彩砂的方法，其特征在于：在步骤六中，采用概率筛对步骤五完成破碎处理的烧结料进行筛分后，筛分出的粒径小于250目物料作为步骤三中所需的固体进行重复使用。