建筑材料用铁尾矿陶粒及其制备方法与流程

本发明涉及铁尾矿资源综合利用及轻质建筑骨料领域，尤其涉及一种建筑材料用铁尾矿陶粒及其制备方法。

背景技术：

铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。但据近年来不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿吨以上。我国现有堆存的尾矿量近50亿吨，年排出尾矿量高达5亿吨以上。但是，我国的尾矿综合利用率只有7％左右。

将尾矿丢弃不仅需要占用大量土地，给周围的生态环境造成很大的伤害，而且要投入各自处理和维护费用。而进行尾矿资源的综合回收与利用，不仅可以充分利用矿产资源，扩大矿产资源利用范围，延长矿山服务年限；也是治理污染、保护生态的重要手段；还可以节省大量的土地和资金，解决就业问题，实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一。因此，铁尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。

陶粒是采用黏土、工业固体废弃物、污泥底泥等通过焙烧或免烧的方法制备一种人造轻质粗集料，具有质轻、保温、耐火、隔热、抗震等优点，广泛应用于建筑骨料、陶粒主要用于建筑骨料、保温隔热材料、石油支撑剂、滤水填料等，本作品是将高强陶粒用于轻质建筑骨料。现有技术中制备陶粒的原料种类多且大都含有添加剂，且制备工艺复杂。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种建筑材料用铁尾矿陶粒及其制备方法，旨在解决铁尾矿对环境造成污染的问题，又为建筑行业提供高强度陶粒。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的采用的主要技术方案包括：

如下质量份的原料：铁尾矿34～84份，粉煤灰16～66份；其中，所述建筑材料用铁尾矿陶粒的原料中氧化铝的质量百分比为14％～30％。

优选地，所述铁尾矿是经过100～200目筛筛选得到的铁尾矿粉。

进一步地，本发明提供一种建筑材料用铁尾矿陶粒的制备方法，包括以下步骤：

s1：铁尾矿经过筛选后得到铁尾矿粉；

s2：将铁尾矿粉和粉煤灰按比例混合后加入适量去离子水，再次搅拌均匀，得到陶粒生料；

s3：将陶粒生料制成直径为8～12毫米的生料球；

s4：将生料球放置于空气中6～10小时后放入烘箱中干燥8～10小时；

s5：将干燥后的生料球放入电阻炉中进行分级焙烧；

s6：经过分级焙烧后的生料球随炉冷却得到成品的建筑材料用铁尾矿陶粒。

优选地，在步骤s1中，所述铁尾矿为经过100～200目筛筛选得到的铁尾矿粉。

优选地，在步骤s2中，将去离子水加入所述铁尾矿和所述粉煤灰的混合物中，按照每90g～110g混合物加入300ml～340ml去离子水的比例混合。

优选地，在步骤s3中，将所述陶粒生料加入模具中挤压成直径为8～12毫米的所述生料球。

优选地，在步骤s4中，所述烘箱中的温度为100℃～120℃。

优选地，在步骤s5中，所述将干燥后的生料球放入电阻炉中进行分级焙烧包括以下步骤：从15℃～30℃开始，以5℃/min～20℃/min的速率升温到800℃～1100℃；保温0.5分钟～10分钟；以20℃/min～40℃/min的速率升温至1050℃～1300℃；保温5分钟～30分钟。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：利用铁尾矿和粉煤灰两种工业废弃物按照一定比例混合后加去离子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。既实现了铁尾矿和粉煤灰的废物利用，又为建筑行业提供了高强度的陶粒。与现有技术相比，本发明的原料种类少，仅含铁尾矿、粉煤灰和去离子水，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、吸水性很低且堆积密度大，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为本发明的一种建筑材料用铁尾矿陶粒的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种建筑材料用铁尾矿陶粒，其包括如下质量份的原料：铁尾矿34～84份，粉煤灰16～66份；其中，建筑材料用铁尾矿陶粒的原料中氧化铝的质量百分比为14％～30％。铁尾矿是选矿后的废弃物，并优选用高硅铁尾矿作为原料，其中，高硅铁尾矿中硅的质量百分比一般大于60％；粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。以这两种工业废弃物为原料制备建筑材料用铁尾矿陶粒，实现了资源的回收利用，同时减少了工业废弃物对环境的影响。根据大量的文献得出的经验，陶粒的膨胀与否和颗粒强度一般是取决于原料中的sio2(二氧化硅)和al2o3(氧化铝)。其中sio2与陶粒的黏度有关，al2o3与陶粒的强度有关，本发明使陶粒原料中al2o3具有预定的质量百分比，来提升陶粒的颗粒强度。其中，表1为本发明所选用的铁尾矿和粉煤灰的主要化学成分表，需要说明的是，该表1中的数据仅示例了其中一种情况下的铁尾矿和粉煤灰，而在制备本发明的建筑材料用铁尾矿陶粒时，还可以根据本发明的原料的配比要求选择其他成分配比的铁尾矿和粉煤灰。

表1

其中铁尾矿在制备陶粒之前要经过预处理，具体是将铁尾矿过100～200目筛筛选得到铁尾矿粉，得到的铁尾矿粉作为制备陶粒的原料。

以下对建筑材料用铁尾矿陶粒的制备方法进行说明来进一步阐述本发明的技术方案，参见图1，该制备方法包括以下步骤：

s1：铁尾矿经过筛选后得到铁尾矿粉；铁尾矿具体可以为经过100～200目筛筛选得到的铁尾矿粉，在优选的方案中，铁尾矿经过150目筛(筛孔直径为106微米)筛选得到铁尾矿粉。筛选得到的铁尾矿粉更容易与粉煤灰混合均匀，使制备的建筑材料用铁尾矿陶粒性能更好。

s2：将铁尾矿粉和粉煤灰按比例混合后加入适量去离子水，具体可以按照每90g～110g混合物加入300ml～340ml去离子水的比例混合，在优选的方案中，每100g混合物加入320ml去离子水混合，再次搅拌混合均匀，搅拌时间为5分钟～20分钟，得到陶粒生料。

s3：将陶粒生料制成直径为8～12毫米的生料球；具体实施方式可以为将陶粒生料加入模具中挤压成直径为8～12毫米的生料球，在本优选的方案中，生料球的直径为10毫米。

s4：将生料球放置于空气中6～10小时自然阴干后放入烘箱中干燥8～10小时，烘箱内的温度可以设定为100℃～120℃。在优选的方案中，烘箱内的温度为105℃。

s5：将干燥后的生料球放入电阻炉中进行分级焙烧；分级焙烧包括以下步骤：从15℃～30℃开始，以5℃/min～20℃/min的速率升温到800℃～1100℃；保温0.5分钟～10分钟；以20℃/min～40℃/min的速率升温至1050℃～1300℃；保温5分钟～30分钟。在优选的方案中，将生料球放入电阻炉中，从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1050℃～1300℃，保温15min。

s6：经过分级焙烧后的生料球随炉冷却得到成品的建筑材料用铁尾矿陶粒。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但实施例不是本发明保护范围的限定。

实施例1：

按重量份计：铁尾矿84份，粉煤灰16份，其中al2o3的质量百分比为14％。

将铁尾矿原料过150目筛筛选后得到铁尾矿粉，84份的铁尾矿粉和16份的粉煤灰混合均匀。在混合均匀的固体原料中加入适量去离子水，具体按照每100g的固体原料加入320ml水的比例添加，去离子水添加完成后再次搅拌均匀并得到陶粒生料。

然后，将陶粒生料放入模具中挤压成直径为10毫米的生料球。

随后，将生料球放在空气中阴干6～10小时，再将阴干后的生料球放入温度为105℃的烘箱内干燥8～10小时。

接着，将烘箱内的生料球取出，待生料球冷却至室温后放入电阻炉内从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1050℃，保温15min。

最后，经过高温焙烧后的陶粒，随电阻炉冷却后得到成品陶粒。

上述方案得到的陶粒，取部分进行性能测试，得到平均值，其中：颗粒强度为375n、24小时吸水率2.9％和堆积密度为0.64g/cm³。

实施例2

按重量份计：铁尾矿65份，粉煤灰35份，其中al2o3的质量百分比为20％。

将铁尾矿原料过150目筛筛选后得到铁尾矿粉，65份的铁尾矿粉和35份的粉煤灰混合均匀。在混合均匀的固体原料中加入适量去离子水，具体按照每100g的固体原料加入320ml水的比例添加，去离子水添加完成后再次搅拌均匀并得到陶粒生料。

然后，将陶粒生料放入模具中挤压成直径为10毫米的生料球。

随后，将生料球放在空气中阴干6～10小时，再将阴干后的生料球放入温度为105℃的烘箱内干燥8～10小时。

接着，将烘箱内的生料球取出，待生料球冷却至室温后放入电阻炉内从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1210℃，保温15min。

最后，经过高温焙烧后的陶粒，随电阻炉冷却后得到成品陶粒。

上述方案得到的陶粒，取部分进行性能测试，得到平均值，其中：颗粒强度为999.1n、24小时吸水率3.40％和堆积密度为0.7g/cm³。

实施例3

按重量份计：铁尾矿53份，粉煤灰47份，其中al2o3的质量百分比为24％。

将铁尾矿原料过150目筛筛选后得到铁尾矿粉，53份的铁尾矿粉和47份的粉煤灰混合均匀。在混合均匀的固体原料中加入适量去离子水，具体按照每100g的固体原料加入320ml水的比例添加，去离子水添加完成后再次搅拌均匀并得到陶粒生料。

然后，将陶粒生料放入模具中挤压成直径为10毫米的生料球。

随后，将生料球放在空气中阴干6～10小时，再将阴干后的生料球放入温度为105℃的烘箱内干燥8～10小时。

接着，将烘箱内的生料球取出，待生料球冷却至室温后放入电阻炉内从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1250℃，保温15min。

最后，经过高温焙烧后的陶粒，随电阻炉冷却后得到成品陶粒。

上述方案得到的陶粒，取部分进行性能测试，得到平均值，其中：颗粒强度为646n、24小时吸水率2.83％和堆积密度为0.67g/cm³。

实施例4

按重量份计：铁尾矿40份，粉煤灰60份，其中al2o3的质量百分比为28％。

将铁尾矿原料过150目筛筛选后得到铁尾矿粉，40份的铁尾矿粉和60份的粉煤灰混合均匀。在混合均匀的固体原料中加入适量去离子水，具体按照每100g的固体原料加入320ml水的比例添加，去离子水添加完成后再次搅拌均匀并得到陶粒生料。

然后，将陶粒生料放入模具中挤压成直径为10毫米的生料球。

随后，将生料球放在空气中阴干6～10小时，再将阴干后的生料球放入温度为105℃的烘箱内干燥8～10小时。

接着，将烘箱内的生料球取出，待生料球冷却至室温后放入电阻炉内从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1300℃，保温15min。

最后，经过高温焙烧后的陶粒，随电阻炉冷却后得到成品陶粒。

上述方案得到的陶粒，取部分进行性能测试，得到平均值，其中：颗粒强度为546n、24小时吸水率1.52％和堆积密度为0.78g/cm3。

实施例5

按重量份计：铁尾矿34份，粉煤灰66份，其中al2o3的质量百分比为30％。

将铁尾矿原料过150目筛筛选后得到铁尾矿粉，34份的铁尾矿粉和66份的粉煤灰混合均匀。在混合均匀的固体原料中加入适量去离子水，具体按照每100g的固体原料加入320ml水的比例添加，去离子水添加完成后再次搅拌均匀并得到陶粒生料。

然后，将陶粒生料放入模具中挤压成直径为10毫米的生料球。

随后，将生料球放在空气中阴干6～10小时，再将阴干后的生料球放入温度为105℃的烘箱内干燥8～10小时。

接着，将烘箱内的生料球取出，待生料球冷却至室温后放入电阻炉内从20℃开始，以10℃/min的速率升温到1000℃，保温1分钟，再以30℃/min的速率升温至1190℃，保温15min。

最后，经过高温焙烧后的陶粒，随电阻炉冷却后得到成品陶粒。

上述方案得到的陶粒，取部分进行性能测试，得到平均值，其中：颗粒强度为454n、24小时吸水率3.50％和堆积密度为0.75g/cm³。

根据实施例1至实施例5可以知道，采用本发明的制备方法，在制备陶粒的过程中，原料中的al2o3的质量百分比为20％时，制备的陶粒的颗粒强度最大；制备的陶粒的颗粒强度最大。本发明的原料来源极为广泛，成本低廉，工艺绿色环保，可有效减少我国因大量堆积铁尾矿、粉煤灰而产生的环境污染问题，也减少了因原料堆积而带来的安全隐患问题，能有效的达到“二次利用”的效果。本发明所述建筑材料用铁尾矿陶粒是以工业废弃物为原料，经过短时间地的焙烧即可得到具有很高利用价值的建筑材料用铁尾矿陶粒，既解决了铁尾矿、粉煤灰对环境的污染问题，又解决了建筑材料用铁尾矿陶粒的需求问题，对实现节能减排具有重要意义。

目前陶粒的研究主要集中在各种原料质量配比和焙烧工艺，因原料的产地不同，成分不同，无法根据已有的原料质量配比来确定其成分。本项目中采用原料中各成分的百分比所获得的最佳配比，具有较高的适应性。依照本发明公布的建筑材料用铁尾矿陶粒的制备方法制备陶粒时，原料中al2o3的质量百分比为20％时，此时制备的陶粒的颗粒强度最大。当制备陶粒的原材料化学成分有变化时，可以参考本发明陶粒的制备方法中al2o3的质量百分比来选取原材料的配比。所以本发明具在制备陶粒的方法中选原料配比中具有很高的借鉴意义，能够减少很多研究成本，为陶粒的制备方法提供了模板。此外从本发明的制备过程可以看出，本发明建筑用的陶粒原料易得，成本低廉，且建筑用的陶粒制备方法简单，绿色环保，制备出来的陶粒能够符合建筑用的标准，具有很高的实用价值，便于广泛推广，具有很大的市场价值。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。