一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于固體廢棄物綜合利用領域，具體涉及一種利用粘土性含鐵尾礦等固體 廢物制備輕質陶粒的方法，制備出超輕陶粒可用于保溫隔熱混凝土及其制品，還可在于園 藝、食品飲料、化工、石油等領域應用。
【背景技術】
[0002] 尾礦、煤矸石和脫水污泥作為固體廢棄物，它們的大量堆存會帶來經濟、環境和安 全等諸多方面的問題，例如占用大面積土地、污染環境、造成潛在的安全隱患等。如何大宗 利用尾礦、煤矸石和脫水污泥等固體廢棄物，達到減量化、無害化和資源化的目的，成為國 內外研宄熱點和難點。
[0003] 傳統的陶粒原料主要是粘土和頁巖等天然礦產資源，但是，大量利用它們來生產 陶粒會破壞耕地和生態環境。隨著對環保重視程度的不斷提高，近年來國家開始逐步禁止 生產和使用純天然粘土類制品，鼓勵利用固體廢棄物來部分或全部代替粘土和頁巖等天然 礦產資源。目前，對于陶粒的研制，大都集中在如何利用各種固體廢棄物，主要有河道淤泥、 海泥、粉煤灰、煤矸石等，利用尾礦來制備陶粒的研宄屈指可數，而且往往需要加入其它礦 物原料，利用尾礦制備全固廢超輕陶粒未見報道。
[0004] 中國專利申請201210314981. 8公布了一種利用低硅鐵尾礦制備多孔陶粒及其制 備方法，所述陶粒的制備原料按重量配比包括75~90份低硅鐵尾礦粉或與其份量相當低硅 鐵尾礦漿、5~20份造孔劑和1~8份粘土，所述低硅鐵尾礦粉或低硅鐵尾礦漿中SiO2重量 含量低于40%。該方法稱取鐵尾礦、造孔劑和粘土粉混合后，造粒成生球；生球干燥后，在 1100~1180 °C條件下焙燒40~60min，得到燒成鐵尾礦陶粒。本發明可分別制備出符合建筑應 用和水處理應用的多孔陶粒，但制備出的陶粒密度仍比較大，達不到超輕陶粒的密度要求， 而且該專利仍然需要粘土性物料，生產成本高。
[0005] 陶粒行業中將密度300~500kg/m3的陶粒稱為超輕陶粒，而密度> 500kg/m3的陶 粒為一般密度陶粒。超輕陶粒對原料配方要求很苛刻，故一般只是用固體廢棄物部分代替 粘土或頁巖，或者固體廢棄物加入煤炭、水玻璃等非固廢原料來制備超輕陶粒，全固廢超輕 陶粒較少，目前尚未發現利用尾礦制備全固廢超輕陶粒的相關報道。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是針對現有技術中存在的上述問題，而提供一種利用粘土性含鐵 尾礦制備超輕陶粒的方法，該方法利用粘土性含鐵尾礦、煤系高嶺土和城鎮污水處理廠脫 水污泥為原料制備超輕陶粒，原料全部為固體廢物、生產成本低、產品的密度符合超輕陶粒 要求，為尾礦、煤矸石和脫水污泥的大宗利用開辟一條新的途徑。
[0007] 為實現本發明的上述目的，本發明一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法 采用以下技術方案： 本發明一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，采用的原料組分及各組分以干 基重計算的重量百分含量為： (1) 粘土性含鐵尾礦40~48% ; (2) 煤系高嶺土或煤矸石40~48% ; (3) 脫水污泥8~15%; 采用的原料組分及各組分以干基重量的百分含量優選為： (1) 粘土性含鐵尾礦42~46% ; (2) 煤系高嶺土或煤矸石42~46% ; (3) 脫水污泥10~13%; 所述的粘土性含鐵尾礦中：SiO2含量25. 0~35. 0%，Al203含量4. 0~9. 0%，Fe203含量 12. 0~28. 0%，（CaO+MgO)含量 12. 0~18. 0%，（K2O+Na2O)含量0? 8~2. 0%，燒損 14. 0~18. 0%。
[0008] 原料中各組分的含水率〈5%，各組分中粒度達到0. 08mm方孔篩篩余量〈5%。
[0009] 所述的脫水污泥采用城鎮污水處理廠脫水污泥。
[0010] 其制備工藝流程為：混料一造球一干燥一預熱一焙燒一冷卻。在檢測各原料化學 成分的基礎上，根據超輕陶粒原料化學成分理論范圍，初步擬定各原料的變化范圍，然后采 用均勻設計法來確定最佳配方；通過單因素試驗初步確定預熱溫度、升溫速率和焙燒溫度 為影響陶粒性能的主要因素，設計三因素三水平正交試驗，確定最佳工藝參數。
[0011] 在原料選擇時，超輕陶粒是原料在高溫下軟化、充分膨脹所得，其內部具有蜂窩狀 微孔，孔隙率很高。原料能夠充分膨脹，其化學成分、礦物組成和物理性質必須滿足一定的 理論條件。因此，首先檢測尾礦的化學成分和礦物組成等性質，然后與理論值進行對比，根 據"缺啥補啥"和消納固廢的原則，確定煤矸石系高嶺土和城鎮污水處理廠脫水污泥為輔助 原料。測定各原料的含水率和粒度，必要時進行晾曬、破碎、磨細等預處理，以利于原料成 球。
[0012] 經過大量試驗研宄，本法一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法采用的工 藝流程及參數為： (1) 混料：按各組分重量配比進行配料、混合，加水后進行攪拌，加水后的含水率為 16-19% ； (2) 造球：造球機出料粒度控制在15~20mm; (3) 干燥：首先在55~75°C干燥I. 5~2. 5h，然后在100~120°C干燥約I. 5~2. 5h; (4) 預熱：預熱溫度為500~600°C，預熱時間15~30min。
[0013] (5)焙燒：焙燒溫度為1250~1350°C，預熱升溫速率10~15°C/min (6)冷卻：①將高溫爐門打開，自然冷卻至650~750°C，②關閉爐門程序控制爐溫以 8~12°C/min速度下降至380~420°C，③再打開爐門自然冷卻至室溫。
[0014] 陶粒檢測。依據GB/T17431. 2-2010中的相關測試方法，檢測陶粒制品的堆積密 度、吸水率和筒壓強度等性能指標，并將所測得的各項性能指標值與GB/T17431. 1-2010 中對應的標準值進行對比，看是否達到要求；由于本發明所用原料均為固體廢棄物，因此依 據GB5085. 3-2007對陶粒制品的浸出毒性進行檢測，看是否達到要求。
[0015] 本發明采用以上工藝方案后，具有以下優點： (1)全部以固體廢物為原料制備超輕陶粒，為尾礦、煤矸石和脫水污泥的大宗利用開辟 一條新的途徑，具有顯著的經濟效益、環境效益和社會效益； (2) 制備出的超輕陶粒產品性能優異，各項性能指標值達到了GB/T17431. 1-2010的 要求； (3) 生產工藝簡單，生產成本低，產品的性價比高、市場競爭力強。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法采用的技術路線圖； 圖2為本發明一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法的工藝流程圖； 圖3為一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法預熱至冷卻階段溫度變化示意 圖。
【具體實施方式】
[0017] 為進一步描述本發明，下面結合附圖和實施例，對本發明一種利用粘土性含鐵尾 礦制備超輕陶粒的方法做詳細說明。
[0018] 表1為本發明一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法采用的原料化學成 分表。
[0019] 表1米用的原料化學成分表（％)
【主權項】
1. 一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，其特征在于采用的原料組分及各組 分以干基重計算的重量百分含量為： (1) 粘土性含鐵尾礦40~48% ; (2) 煤系高嶺土或煤矸石40~48% ; (3) 脫水污泥8~15%; 其制備工藝流程為：混料一造球一干燥一預熱一焙燒一冷卻。
2. 如權利要求1所述的一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，其特征在于采 用的原料組分及各組分以干基重量的百分含量優選為： (1) 粘土性含鐵尾礦42~46% ; (2) 煤系高嶺土或煤矸石42~46% ; (3) 脫水污泥10~13%; 所述的粘土性含鐵尾礦中：SiO2含量25. 0~35. 0%，Al 203含量4. 0~9. 0%，Fe 203含量 12. 0~28. 0%，（CaO + MgO)含量 12. 0~18. 0%，（K2O + Na2O)含量 I. 0~3. 0%，燒損 14. 0~18. 0%。
3. 如權利要求1或2所述的一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，其特征在 于：原料中各組分的含水率〈5%，各組分中粒度達到0. 08mm方孔篩篩余量〈5%。
4. 如權利要求3所述的一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，其特征在于工 藝流程采用的參數為： (1) 混料：按各組分重量配比進行配料、混合，加水后進行攪拌，加水后的含水率為 16-19% ； (2) 造球：造球機出料粒度控制在15~20mm ; (3) 干燥：首先在55~75°C干燥I. 5~2. 5 h，然后在100~120°C干燥約I. 5~2. 5h ; (4) 預熱：預熱溫度為500~600°C，預熱時間15~30min ; (5) 焙燒：焙燒溫度為1250~1350°C，預熱升溫速率10~15°C /min ; (6) 冷卻：①將高溫爐門打開，自然冷卻至650~750°C，②關閉爐門程序控制爐溫以 8~12°C /min速度下降至380~420°C，③再打開爐門自然冷卻至室溫。
【專利摘要】本發明公開了一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法，采用的原料組分及各組分以干基重計算的重量百分含量為：粘土性含鐵尾礦40~48%，煤系高嶺土或煤矸石40~48%，脫水污泥8~15%；其制備工藝流程為：混料→造球→干燥→預熱→焙燒→冷卻，預熱溫度500~600℃、焙燒溫度1250~1350℃、升溫速率10~15℃/min的最佳配方和工藝條件下，燒制出堆積密度為390kg/m3、筒壓強度為1.2MPa、吸水率為3.8%的全固廢超輕陶粒，達到GB/T17431.1-2010要求，為尾礦、煤矸石和脫水污泥的大宗利用開辟一條新的途徑，具有顯著的經濟效益、環境效益和社會效益。
【IPC分類】C04B38-00
【公開號】CN104876625
【申請號】CN201510277931
【發明人】羅書亮, 那瓊, 潘旭方, 孫磊, 陳宏貴, 郭慶, 王帆, 朱桐, 徐慶榮
【申請人】中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月27日