CN115160015A - 一种低硅铁尾矿高强陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低硅铁尾矿高强陶粒及其制备方法，其中低硅铁尾矿高强陶粒的制备原料包括以下按重量份数计的各组分：铁尾矿砂75～90份；铜尾矿砂5～15份；煤粉5～15份；水10～30份。经过干燥、配料、造粒、干燥、焙烧步骤制备出密度等级800～1200，筒压强度为5.00～12.00MPa的高强陶粒。本发明在满足行业标准的前提下，利用大量铁尾矿和铜尾矿等固体废弃物，配方简单，减少了建筑温室气体排放量，低碳环保，为低硅铁尾矿的利用提供了有效途径。

Description

一种低硅铁尾矿高强陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁尾矿资源综合利用，具体地指一种低硅铁尾矿高强陶粒及其制备方法。
背景技术
骨料作为混凝土中的主要原料，在建筑物中起骨架和支撑作用，是建筑领域不可缺少的一种材料。但天然骨料作为不可再生资源，在我国很多地方都严禁开采。人造轻骨料逐渐被广泛应用，陶粒作为一种人造轻骨料，可由工业废料和尾矿废渣制备，其密度低、强度高、抗冻性良好，所以陶粒在建筑领域的应用可缓解天然骨料的紧缺。
现有技术中对尾矿制备陶粒有不少研究，如CN102403370A公开了一种铁尾矿粉陶粒及其制备方法，具体包含材料及配比、制造工艺流程等，但其工艺较复杂；CN103755322A公开了一种低硅铁尾矿膨胀陶粒及其制备方法，主要原料为低硅铁尾矿占50-60％；CN105669243A公布开了一种脱硫石膏和铁尾矿陶粒及其制备方法，陶粒抗压强度在5.0～6.0MPa。
长江中下游地区铁矿床产出的铁尾矿大部分为SiO2＜40％的低硅铁尾矿，这种低硅铁尾矿在用量较高时会对陶粒强度造成不利影响，这是因为低硅铁尾矿低硬度且易风化易泥化，其中一些成分含量过低，不能满足制备建材相关要求。而以上专利中低硅铁尾矿掺量最高不超过60％，由于在尽可能多消耗固体废弃物同时考虑节约成本，需要提高陶粒中低硅铁尾矿的掺量，同时保证强度满足需求。
目前尚无有关高掺量铁尾矿制备高强陶粒的简单工艺研究方法。因此，有必要通过试验研究，利用高掺量低硅铁尾矿作为骨料和硅铝组分制作高强陶粒，为该类型铁尾矿的综合利用开辟新的途径。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种低硅铁尾矿掺量高、强度高的低硅铁尾矿高强陶粒及其制备方法。
本发明的技术方案为：一种低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，制备原料包括以下按重量份数计的各组分：
Figure BDA0003722862940000021
所述铁尾矿砂D50粒径为45～99μm，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.03％～30.11％，Al2O3 9.68％～11.88％， CaO 20.57％～26.87％，Fe2O315.25％～16.26％，Na2O 0.78％～1.04％， K2O 2.79％～3.18％，MgO 6.96％～8.29％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，所述铜尾矿砂D50粒径为110～287μm，所述铜尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 27.05～32.8％，Al2O3 5.85％～10.60％，CaO 31.40％～43.77％，Fe2O313.41％～25.23％，Na2O 0.51％～1.15％，K2O 0.83％～1.99％，MgO 2.11～5.48％，其他物质含量0％～2％，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，制备原料包括以下按重量份数计的各组分：
Figure BDA0003722862940000022
Figure BDA0003722862940000031
优选的，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.29％，Al2O39.68％，CaO 26.87％，Fe2O3 16.26％，Na2O 0.78％， K2O 2.79％，MgO 6.96％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，所述铜尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 27.70％，Al2O35.85％，CaO 35.78％，Fe2O3 25.23％，Na2O 0.51％， K2O 0.83％，MgO 2.53％，其他物质1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
优选的，所述煤粉D50粒径为38～75μm，烧失量为92.6％～94.8％。
优选的，所述陶粒粒径5～20mm。
优选的，所述陶粒筒压强度为5.00～12.00MPa，密度等级为 800～1200级。
本发明还提供一种低硅铁尾矿高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱，在100～110℃下干燥1～4h 至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，
常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；
400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；
1000℃升高至1100～1200℃，升温速率为2℃/min，保温10～30 min，焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
本发明的有益效果为：
1.本发明中在低硅铁尾矿高掺量下陶粒仍可保持高强度的原理为Fe2O3进入结晶相，促进石英和石膏逐渐转化成透辉石，透辉石提供了硬度的主要来源。
2.使用铜尾矿粉作为粘结剂原因是当原料颗粒较大时，陶粒难以成型，造粒后的生球易破碎，因此需要添加一定黏结组分。
3.本发明利用铁尾矿、铜尾矿和煤粉三种工业废弃物按照一定比例混合后加水搅拌均匀制得陶粒生料，并将陶粒生料制成生料球，对生料球进行焙烧处理后，随炉冷却得到陶粒。既实现了尾矿的废物利用，又为建筑行业提供了高强度的陶粒。
4.与现有技术相比，本发明的原料种类少，仅含铁尾矿、铜尾矿、煤粉和自来水，无任何添加剂，对环境不会产生污染，且制作工艺简单，容易量产，生产成本低。而且本发明所获得的陶粒，颗粒强度高且堆积密度低，在用作建筑骨料时，具有很高的市场推广价值。
附图说明
图1为本发明制备方法流程图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例目的是制备一种低硅铁尾矿高强陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000041
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂2号采样点，D50粒径为45～99μm，成分含量为：SiO2含量25.29％，Al2O3含量9.68％，CaO含量26.87％，Fe2O3含量16.26％，Na2O含量0.78％，K2O含量2.79％，MgO含量6.96％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿砂来自为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287 μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量 35.78％，Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％， MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
如图1所示，采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 20min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
对本实施例制得的陶粒进行堆积密度、筒压强度试验，根据 GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为900级，堆积密度为873.2kg/m3，筒压强度平均为5.13MPa。
实施例2
本实施例目的是制备一种低硅铁尾矿高强陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000051
Figure BDA0003722862940000061
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂2号采样点，D50粒径为45～99μm，成分含量为：SiO2含量25.29％，Al2O3含量9.68％， CaO含量26.87％，Fe2O3含量16.26％，Na2O含量0.78％，K2O含量2.79％，MgO含量6.96％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿砂来自为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287 μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量 35.78％，Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％， MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
如图1所示，采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 30min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
对本实施例制得的陶粒进行堆积密度、筒压强度试验，根据 GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为1000级，所述高强陶粒的堆积密度为916.3 kg/m3，筒压强度平均为7.63MPa。
实施例3
本实施例目的是制备一种低硅铁尾矿高强陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000071
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂2号采样点，D50粒径为45～99μm，成分含量为：SiO2含量25.29％，Al2O3含量9.68％， CaO含量26.87％，Fe2O3含量16.26％，Na2O含量0.78％，K2O含量2.79％，MgO含量6.96％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿矿砂来自湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287 μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量 35.78％，Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％， MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
如图1所示，采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1140℃，升温速率为2℃/min，保温 30min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
对本实施例制得的陶粒进行堆积密度、筒压强度试验，根据 GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为1200级，所述高强陶粒的堆积密度为1170.5 kg/m3，筒压强度平均为11.07MPa。
实施例4
本实施例目的是制备一种低硅铁尾矿高强陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000081
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂2号采样点，D50粒径为45～99μm，成分含量为：SiO2含量25.29％，Al2O3含量9.68％， CaO含量26.87％，Fe2O3含量16.26％，Na2O含量0.78％，K2O含量2.79％，MgO含量6.96％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿砂来自为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287 μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量 35.78％，Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％， MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
如图1所示，采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 20min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
对本实施例制得的陶粒进行堆积密度、筒压强度试验，根据 GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为900级，堆积密度为823.5kg/m3，筒压强度平均为5.01MPa。
实施例5
本实施例目的是制备一种低硅铁尾矿高强陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000091
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂2号采样点，D50粒径为45～99μm，成分含量为：SiO2含量25.29％，Al2O3含量9.68％， CaO含量26.87％，Fe2O3含量16.26％，SO3含量9.63％，Na2O含量 0.78％，K2O含量2.79％，MgO含量6.96％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿砂来自为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287 μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量 35.78％，Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％， MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
如图1所示，采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 20min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
对本实施例制得的陶粒进行堆积密度、筒压强度试验，根据 GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为1000级，堆积密度为948.7kg/m3，筒压强度平均为6.24MPa。
对比例1
本对比例目的是制备一种低硅铁尾矿陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000101
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂1号采样点，D50粒径为138～196μm，成分含量为：SiO2含量35.10％，Al2O3含量 12.93％，CaO含量20.00％，Fe2O3含量11.96％，Na2O含量1.74％， K2O含量4.62％，MgO含量4.21％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿矿浆为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量35.78％， Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％，MgO含量 2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 30min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得对比陶粒1。
对比陶粒1进行堆积密度、筒压强度试验，根据GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为1100级，堆积密度为1021.3kg/m3，筒压强度平均为3.72MPa。
对比例2
本对比例目的是制备一种低硅铁尾矿陶粒，制备原料包括按质量份数计的以下材料：
Figure BDA0003722862940000111
铁尾矿砂来自湖北省鄂州市某低硅铁尾矿砂3号采样点，D50粒径为30～40μm，成分含量为：SiO2含量26.24％，Al2O3含量 10.17％，CaO含量25.94％，Fe2O3含量15.40％，Na2O含量0.84％， K2O含量2.98％，MgO含量7.32％，其余为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
铜尾矿矿浆为湖北省黄石市某铜尾矿，D50粒径为110～287μm，成分含量为：SiO2含量27.70％，Al2O3含量5.85％，CaO含量35.78％， Fe2O3含量25.23％，Na2O含量0.51％，K2O含量0.83％，MgO含量2.53％，其他物质含量1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
煤粉为市售无烟煤煤粉，D50粒径为38～75μm，烧失量为93.2％。
采用以上原料制备低硅铁尾矿高强陶粒，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱在105℃下干燥2h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；1000℃升高至1120℃，升温速率为2℃/min，保温 30min。焙烧结束后自然冷却至室温，制得对比陶粒2。
对对比陶粒2进行堆积密度、筒压强度试验，根据GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中相关规程，由多组试件测得，密度等级为1000级，所述高强陶粒的堆积密度为912.0kg/m3，筒压强度平均为2.69MPa。
表1为本发明各实施例和对比例制得陶粒的性能参数。
表1
编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
堆积密度kg/m<sup>3</sup> 873.2 916.3 1170.5 823.5 948.7 1021.3 912.0
筒压强度MPa 5.13 7.63 11.07 5.01 6.24 3.72 2.69

Claims (9)

1.一种低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，制备原料包括以下按重量份数计的各组分：
Figure FDA0003722862930000011
所述铁尾矿砂D50粒径为45～99μm，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.03％～30.11％，Al2O3 9.68％～11.88％，CaO 20.57％～26.87％，Fe2O3 15.25％～16.26％，Na2O 0.78％～1.04％，K2O 2.79％～3.18％，MgO 6.96％～8.29％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
2.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，所述铜尾矿砂D50粒径为110～287μm，所述铜尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 27.05～32.8％，Al2O35.85％～10.60％，CaO31.40％～43.77％，Fe2O3 13.41％～25.23％，Na2O 0.51％～1.15％，K2O0.83％～1.99％，MgO 2.11～5.48％，其他物质含量0％～2％，各成分质量百分数之和为100％。
3.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，制备原料包括以下按重量份数计的各组分：
Figure FDA0003722862930000012
4.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，所述铁尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 25.29％，Al2O39.68％，CaO 26.87％，Fe2O3 16.26％，Na2O0.78％，K2O 2.79％，MgO 6.96％，余量为其他物质，各成分质量百分数之和为100％。
5.如权利要求2所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，所述铜尾矿砂包括以下按质量百分数计的成分：SiO2 27.70％，Al2O35.85％，CaO 35.78％，Fe2O3 25.23％，Na2O0.51％，K2O 0.83％，MgO 2.53％，其他物质1.57％，各成分质量百分数之和为100％。
6.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，所述煤粉D50粒径为38～75μm，烧失量为92.6％～94.8％。
7.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，陶粒粒径5～20mm。
8.如权利要求1所述的低硅铁尾矿高强陶粒，其特征在于，陶粒筒压强度为5.00～12.00MPa，密度等级为800～1200级。
9.如权利要求1-8中任一所述低硅铁尾矿高强陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：将铁尾矿砂和铜尾矿砂、煤粉混合；
(2)造粒：将混合后物料加水和成团状，再搓制成生料球；
(3)干燥：将生料球放入干燥箱，在100～110℃下干燥1～4h至恒重，得到干料球；
(4)焙烧：将干料球放入马弗炉中，
常温升高至400℃，升温速率为10℃/min，保温30min；
400℃升高至1000℃，升温速率为5℃/min；
1000℃升高至1100～1200℃，升温速率为2℃/min，保温10～30min，焙烧结束后自然冷却至室温，制得陶粒。
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