一種利用粘土性含鐵尾礦制備超輕陶粒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體廢棄物綜合利用領(lǐng)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(zhì)陶粒的方法，制備出超輕陶?？捎糜诒馗魺峄炷良捌渲破?，還可在于園 藝、食品飲料、化工、石油等領(lǐng)域應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[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(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安 全等諸多方面的問題，例如占用大面積土地、污染環(huán)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(dá)到減量化、無害化和資源化的目的，成為國 內(nèi)外研宄熱點和難點。
[0003] 傳統(tǒng)的陶粒原料主要是粘土和頁巖等天然礦產(chǎn)資源，但是，大量利用它們來生產(chǎn) 陶粒會破壞耕地和生態(tài)環(huán)境。隨著對環(huán)保重視程度的不斷提高，近年來國家開始逐步禁止 生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)，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(dāng)?shù)凸?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(fā)明可分別制備出符合建筑應(yīng) 用和水處理應(yīng)用的多孔陶粒，但制備出的陶粒密度仍比較大，達(dá)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(chǎn)成本高。
[0005] 陶粒行業(yè)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(fā)現(xiàn)利用尾礦制備全固廢超輕陶粒的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)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(zhèn)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(chǎn)成本低、產(chǎn)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(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)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(shù)方案： 本發(fā)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(yōu)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%，F(xiàn)e203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(dá)到0. 08mm方孔篩篩余量〈5%。
[0009] 所述的脫水污泥采用城鎮(zhèn)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(yù)熱一焙燒一冷卻。在檢測各原料化學(xué) 成分的基礎(chǔ)上，根據(jù)超輕陶粒原料化學(xué)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(shè)計法來確定最佳配方；通過單因素試驗初步確定預(yù)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(shè)計三因素三水平正交試驗，確定最佳工藝參數(shù)。
[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(nèi)部具有蜂窩狀 微孔，孔隙率很高。原料能夠充分膨脹，其化學(xué)成分、礦物組成和物理性質(zhì)必須滿足一定的 理論條件。因此，首先檢測尾礦的化學(xué)成分和礦物組成等性質(zhì)，然后與理論值進(jìn)行對比，根 據(jù)"缺啥補(bǔ)啥"和消納固廢的原則，確定煤矸石系高嶺土和城鎮(zhèn)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(jìn)行晾曬、破碎、磨細(xì)等預(yù)處理，以利于原料成 球。
[0012] 經(jīng)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(shù)為： (1) 混料：按各組分重量配比進(jìn)行配料、混合，加水后進(jìn)行攪拌，加水后的含水率為 16-19% ； (2) 造球：造球機(jī)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(yù)熱：預(yù)熱溫度為500~600°C，預(yù)熱時間15~30min。
[0013] (5)焙燒：焙燒溫度為1250~1350°C，預(yù)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(guān)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(jù)GB/T17431. 2-2010中的相關(guān)測試方法，檢測陶粒制品的堆積密 度、吸水率和筒壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)，并將所測得的各項性能指標(biāo)值與GB/T17431. 1-2010 中對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，看是否達(dá)到要求；由于本發(fā)明所用原料均為固體廢棄物，因此依 據(jù)GB5085. 3-2007對陶粒制品的浸出毒性進(jìn)行檢測，看是否達(dá)到要求。
[0015] 本發(fā)明采用以上工藝方案后，具有以下優(yōu)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(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益； (2) 制備出的超輕陶粒產(chǎn)品性能優(yōu)異，各項性能指標(biāo)值達(dá)到了GB/T17431. 1-2010的 要求； (3) 生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品的性價比高、市場競爭力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)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(shù)路線圖； 圖2為本發(fā)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(yù)熱至冷卻階段溫度變化示意 圖。
【具體實施方式】
[0017] 為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明一種利用粘土性含鐵尾 礦制備超輕陶粒的方法做詳細(xì)說明。
[0018] 表1為本發(fā)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(xué)成 分表。
[0019] 表1米用的原料化學(xué)成分表（％)
【主權(quán)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(yù)熱一焙燒一冷卻。
2. 如權(quán)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(yōu)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%，F(xiàn)e 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(quán)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(dá)到0. 08mm方孔篩篩余量〈5%。
4. 如權(quán)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(shù)為： (1) 混料：按各組分重量配比進(jìn)行配料、混合，加水后進(jìn)行攪拌，加水后的含水率為 16-19% ； (2) 造球：造球機(jī)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(yù)熱：預(yù)熱溫度為500~600°C，預(yù)熱時間15~30min ; (5) 焙燒：焙燒溫度為1250~1350°C，預(yù)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(guān)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(fā)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(yù)熱→焙燒→冷卻，預(yù)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(qiáng)度為1.2MPa、吸水率為3.8%的全固廢超輕陶粒，達(dá)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(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。
【IPC分類】C04B38-00
【公開號】CN104876625
【申請?zhí)枴緾N201510277931
【發(fā)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(tuán)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