一种尾矿复合岩板及其制备方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种尾矿复合岩板及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着城市建设的高速发展，对于建材的需求日益增大，一些常用的建材原材料，例如高岭土、叶腊石、铝矾土等陶瓷原料，面临着开采过度，甚至资源枯竭的问题，而伴随建材原料的开采和使用过程中产生的环境问题，也受到越来越多的关注。众多因素导致陶瓷原料成本不断上涨，驱使本领域技术人员不断寻求更加经济的陶瓷生产原料。
3.钨和稀土是我国的战略金属，然而矿产资源分布不均，两种矿产原矿品位普遍偏低，受到科技水平和行业发展不完善的制约，选矿过程中尾矿产率高达90％以上。此外，由于开发早期缺乏整体的利用规划，众多矿业企业采用粗放式经营模式，加上本身的开发技术较为落后，经常出现优矿劣采、采富弃贫的情况，从而导致矿产资源的大量浪费，产生的大量尾矿形成矿山废弃物堆积，也造成了环境污染。目前，尾矿综合利用的主要途径包括有价组分的再选回收以及生产高附加值建材等。
4.目前，利用尾矿制备建筑陶瓷材料的技术，多为利用单一尾矿外加粘接剂的方法。粘接剂不仅增加了生产成本，而且生产工序中额外需要预烧工艺以除去粘接剂，使得生产工艺较为复杂。另外，市场上常见的岩板未加喷墨装饰前均为白色，制造带有颜色和深色的岩板需要预先将色料与原料充分混合，烧制后的样品才能通体上色，增加了染料成本，无法满足市场装饰的需求。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种尾矿复合岩板及其制备方法，所述尾矿复合岩板的原料包括稀土尾矿、钨尾矿、铁尾矿、透辉石、赤泥和钠长石，所述原料的质量分数为：稀土尾矿30-60份、钨尾矿20-55份、铁尾矿5-10份、透辉石1-5份、赤泥0.5-10份、钠长石0.5-5份。
6.可选的，所述稀土尾矿的成分包括但不仅限于sio2、al2o3、mgo、cao，稀土尾矿的粒径为0.05-1mm。优选的，稀土尾矿为南方离子型稀土矿经化学选矿后产物。
7.进一步可选的，所述稀土尾矿中sio2的含量为50-60wt％，al2o3的含量为30-40wt％，fe2o3的含量3-6wt％。
8.可选的，所述钨尾矿的成分包括但不仅限于sio2、cao、al2o3、fe2o3、mgo、mno，钨尾矿的粒径为0.1-2mm。优选的，所述钨尾矿为白钨矿高梯度磁选选矿后产物。
9.进一步可选的，所述钨尾矿中sio2的含量30-50wt％，al2o3的含量5-10wt％，cao的含量20-30wt％，fe2o3的含量10-20wt％，mno的含量2-5wt％，mgo的含量1-3wt％。
10.可选的，所述铁尾矿的主要成分为sio2、al2o3、fe2o3。
11.本发明的百分数均代表质量百分数。
12.优选的，所述稀土尾矿与钨尾矿的质量比为1:(1.5-1.8)。
al2o
3-sio2三元稳定组合物，能够控制fe的价态，有效阻止其发生氧化还原反应，从源头减少二氧化碳产生；二是由于稀土尾矿、钨尾矿和赤泥中的钙、镁氧化物和钾、钠氧化物等助熔剂成分含量较高，烧结过程中产生的液相多，此外适量赤泥的添加造成的碱性环境使液相能够进一步均匀扩散。因此，岩板内的孔隙结构均匀且尺寸较小，无明显发泡现象，岩板力学强度较高。但是，过量赤泥的添加反倒会导致强度下降；第三，由于本发明步骤(5)中烧结时间较短，而且由于助熔剂成分的存在，使得烧结温度也较低，氧化铁等成分氧化不充分，产生二氧化碳较少，同时单位综合能耗降低了大约15％，实现了节能制备岩板的效果。
33.本发明所述的稀土尾矿本身粒度较细，干燥处理后结构松散易破碎。原料中的fe、mn元素是天然的色料，可制得通体纯色的岩板。
34.本发明所述尾矿复合岩板的制备方法工艺简单，高效利用尾矿等工业废弃原料，且无须额外使用粘接剂，烧成制度短，技术实施可行性强。
附图说明
35.图1为实施例6所得的尾矿复合岩板的断面在扫描电镜下的形貌(放大倍数5000倍)；
36.图2为实施例6所得的尾矿复合岩板的断面在扫描电镜下的形貌(放大倍数10000倍)；
37.图3为实施例6所得的尾矿复合岩板的实物图。
具体实施方式
38.以下实施例和对比例使用的钨尾矿为白钨矿高梯度磁选选矿后产物，其具体成分如表1：
39.表1钨尾矿的成分组成
40.成分sio2caofe2o3al2o3mnomgof灼烧减量含量36.5228.0211.718.702.561.120.802.30
41.使用的稀土尾矿为南方离子型稀土矿经化学选矿后产物，其具体成分如表2：
42.表2稀土尾矿的成分组成
43.成分sio2al2o3fe2o3caomgok2oreo灼烧减量含量53.9236.694.840.0240.4350.800.0833.21
44.reo表示稀土元素氧化物。
45.使用的铁尾矿的具体成分如表3：
46.表3铁尾矿的成分组成
47.成分sio2al2o3fe2o3caomgok2ona2omno灼烧减量含量71.547.168.405.302.241.211.293.932.24
48.实施例1
49.本实施例所述的尾矿复合岩板的原料包括：稀土尾矿30份、钨尾矿20份、铁尾矿5份、透辉石1份、钠长石0.5份、赤泥0.5份，所述稀土尾矿与钨尾矿的质量比为1:0.67。
50.所述尾矿复合岩板的制备方法如下：
51.(1)原料预处理：将钨尾矿破碎为粒径1-3mm的颗粒，再细磨得到粒径为0.1-2mm的颗粒，最后在110℃下烘干处理3h，得到钨尾矿粉料；将稀土尾矿破碎为粒径0.5-0.2mm的颗粒，再细磨得到粒径为0.05-1mm的颗粒，最后在110℃下烘干处理2h，得到稀土尾矿粉料；
52.(2)湿法球磨混合：称取上述质量份的每种原料的粉料，再称取分散剂六偏磷酸钠1份和水80份；将每种原料的粉料、分散剂、水和球磨珠一起进行湿法球磨混合，得到混合浆料；
53.球磨珠与所有原料的粉料的总质量的质量比为1.5:1，球磨的转速为200r/min，球磨时间为60min；
54.(3)造粒与陈腐处理：将所述混合浆料采用喷雾干燥的方式干燥后，研磨造粒，然后陈腐30h，得到生坯粉料；
55.所述生坯粉料的颗粒粒径级配为：粒径大于10目的颗粒为0.1％，粒径小于100目的颗粒为5％，粒径30目至40目之间的颗粒为80％，粒径20目至29目之间的颗粒为5％，其余为粒径41目至50目之间的颗粒；
56.(4)模压：所述生坯粉料通过压机压制成型，得到成型岩板；压制压力为20mpa，保压时间为10min；
57.(5)烧结处理：对所述成型岩板进行施釉，然后烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为120min，烧结成型后依次经过冷却、磨边、抛光、施蜡工艺后，得到所述尾矿复合岩板，厚度为4.4mm。
58.对比例1
59.本对比例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例1相同，区别在于，不含钨尾矿，即使用稀土尾矿50份代替稀土尾矿30份、钨尾矿20份，制备方法中也用稀土尾矿代替钨尾矿。
60.对比例2
61.本对比例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例1相同，区别在于，不含稀土尾矿，即使用钨尾矿50份代替稀土尾矿30份、钨尾矿20份，制备方法中也用钨尾矿代替稀土尾矿。
62.对比例3
63.本对比例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例1相同，区别在于，不含稀土尾矿和钨尾矿，即使用高岭土50份代替稀土尾矿30份、钨尾矿20份，制备方法中也用高岭土代替稀土尾矿和钨尾矿。
64.实施例2
65.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例1相同，区别在于，原料包括：稀土尾矿60份、钨尾矿55份、铁尾矿10份、透辉石5份、钠长石5份、赤泥10份，所述稀土尾矿与钨尾矿的质量比为1:0.92。
66.实施例3
67.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例2相同，区别在于，原料中的稀土尾矿为20份、钨尾矿为30份，所述稀土尾矿与钨尾矿的质量比为1:1.5。
68.实施例4
69.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例2相同，区别在于，原料中
的稀土尾矿为18份、钨尾矿为32份，所述稀土尾矿与钨尾矿的质量比为1:1.8。
70.实施例5
71.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例4相同，区别在于，原料中的铁尾矿为7份。
72.实施例6
73.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例4相同，区别在于，原料中的铁尾矿为5份。
74.实施例7
75.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例4相同，区别在于，原料中的铁尾矿为8份。
76.实施例8
77.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例6相同，区别在于，原料中的赤泥为3份。
78.实施例9
79.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例6相同，区别在于，原料中的赤泥为5份。
80.实施例10
81.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例6相同，区别在于，原料中的赤泥为2份。
82.实施例11
83.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例9相同，区别在于，原料中的透辉石4份、钠长石3份。
84.实施例12
85.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例9相同，区别在于，制备方法的步骤(3)中，所述生坯粉料的颗粒粒径级配为：粒径大于10目的颗粒为0.1％，粒径小于100目的颗粒为5％，粒径30目至40目之间的颗粒为70％，粒径20目至29目之间的颗粒为5％，其余为粒径41目至50目之间的颗粒。
86.实施例13
87.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例9相同，区别在于，步骤(3)中，所述生坯粉料的颗粒粒径级配为：粒径大于10目的颗粒为0.1％，粒径小于100目的颗粒为5％，粒径30目至40目之间的颗粒为69％，粒径20目至29目之间的颗粒为5％，其余为粒径41目至50目之间的颗粒。
88.实施例14
89.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例9相同，区别在于，步骤(5)中，采用分段烧结的方式，以10℃/min的升温速度升至700℃，保持40min，再以8℃/min的升温速度升至1150℃，保持15min，再自然降温至1050℃并保持65min。
90.实施例15
91.本实施例所述的尾矿复合岩板及其制备方法，与实施例14相同，区别在于，步骤(4)具体包括以下步骤：
92.(i)将所述生坯粉料装填入模具盒中封存，模具盒置于振荡器上振荡；
93.(ii)停止振荡，通过压机对模具盒及其内部的生坯粉料进行压制，得到成型岩板。
94.抗弯强度测试：
95.利用etm-304c万能试验机采用三点弯曲法测试岩板试样的抗弯强度，每组测试3个试样，再取平均值。试验机的加载速度v设置为5mm/min，跨距l设置为80mm。试样断裂后，记录下破坏载荷f(n)，再利用螺旋测微器分别量出试样断口处的宽度b(mm)和厚度h(mm)。计算岩板试样的抗弯强度r(mpa)＝3fl/2bh2。
96.吸水率测试：
97.测试岩板试样的吸水率，每组测试3个样品，再取平均值。首先将岩板试样放在wgl-30b型鼓风干燥箱中110℃下干燥2h，再自然冷却至室温后测出干重m1(g)；然后将试样浸没于水中，样品互不接触。浸泡结束后用棉布轻轻擦干试样表面，然后马上称量试样，记录湿重m2(g)。计算岩板试样的吸水率e＝(m
2-m1)
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100％/m198.表4实施例和对比例的抗弯强度和吸水率的比较
[0099] 抗弯强度/mpa吸水率/％实施例157.30.86实施例259.20.84实施例369.10.78实施例470.60.75实施例571.10.70实施例671.20.68实施例770.90.73实施例872.00.67实施例972.50.61实施例1071.00.87实施例1172.40.67实施例1272.30.57实施例1370.40.68实施例1474.40.60实施例1574.50.58对比例140.82.20对比例237.22.21
[0100]
由上表可知，本发明所述的尾矿复合岩板具有较高的抗弯强度和较低的吸水率，当吸水率低于1％时，岩板已经满足建筑行业的要求。发明人发现，控制稀土尾矿和钨尾矿的质量比，能控制岩板的强度和吸水率。合理选择铁尾矿、透辉石、赤泥、钠长石的质量分数，也能获得良好的强度和吸水率效果。本发明提出的生坯粉料配级、分阶段烧结方法和压制方法，使得岩板的强度进一步提高，吸水率进一步降低。对比例3的强度和吸水率与实施例1相当，但对比例3的成本为实施例1的2倍。如图1-图3所示，所述尾矿复合岩板的断面较为致密，没有明显孔洞和空隙。