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CN108727060A - 铁尾矿烧结轻质保温墙体材料及制备方法 - Google Patents

铁尾矿烧结轻质保温墙体材料及制备方法 Download PDF

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CN108727060A
CN108727060A CN201810574216.7A CN201810574216A CN108727060A CN 108727060 A CN108727060 A CN 108727060A CN 201810574216 A CN201810574216 A CN 201810574216A CN 108727060 A CN108727060 A CN 108727060A
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light heat
iron tailings
sintered light
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杜金洋
陈永亮
张惠灵
徐克猛
王梦婵
陈润泽
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Wuhan University of Science and Technology WHUST
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Abstract

本发明公开了一种铁尾矿烧结轻质保温墙体材料及制备方法。所述材料技术方案是：先按重量百分比准确称取45～55％的铁尾矿粉、20～30％的膨胀珍珠岩、15～25％的膨润土和5～15％的长石，经干混混匀后加水进行湿混，过筛得到粒径小于等于1mm的湿物料，采用压制成型的方式得到坯体，再经高温烧结制备出铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。本发明利用铁尾矿为主要原料，采取合理的配方及工艺制备墙体材料，具有废物利用率高、生产成本低、节能环保等特点，开拓了铁尾矿在制备轻质保温墙体材料方向上的应用，制品的性能符合《烧结保温砖和保温砌块》(GB 26538‑2011)的要求。

Description

铁尾矿烧结轻质保温墙体材料及制备方法
技术领域
本发明涉及轻质保温墙体材料的制备工艺领域，尤其涉及一种铁尾矿烧结轻质保温墙体材料及制备方法。
背景技术
铁尾矿是选矿厂在特定技术和经济条件下，铁矿石经选矿工艺后所排放的固体废料。在中国，每生产1吨精铁矿产生近1.5吨尾矿，铁尾矿每年的产生量将近18亿吨，并且呈逐年增加的趋势。这些尾矿大量堆积在矿区，不仅占用大量土地，污染当地环境，而且还会带来极大的维护压力和安全隐患。同时，随着矿产资源的大量开发和利用，矿石资源日益贫乏，尾矿作为二次资源再利用正受到世界各国的重视。
目前我国经济迅速发展，但却面临着资源和能源日渐短缺的严峻情况，且国家对粘土矿物的管理越来越严格，导致粘土砖产量急剧下降。目前利用铁尾矿制备的墙体材料存在以下不足：一是墙体材料的综合性能不佳；二是原材料成本较高，且工艺流程较为复杂；三是铁尾矿的利用效率不高。
近年来，轻质保温墙体材料发展十分迅速，其能有效减少室内热量通过墙体的散失，保持室内温度，进而达到降低能源消耗的目的，同时无机墙体保温材料具有阻燃性良好、形变量小、抗老化和氧化性能强、制作成本低和工艺简单等优点，因此其在建筑工程领域得到了广泛的应用与发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用铁尾矿作为主要原料，选取适当的造孔剂、粘结剂和助熔剂制备性能优良的轻质保温墙体材料的方法，所制备的轻质保温墙体材料具备密度较小、导热系数小、强度高等优点，其性能符合《烧结保温砖和保温砌块》(GB26538-2011)的要求，可部分代替传统的粘土砖的建筑用的环保墙体材料，实现资源的回收与再利用，符合我国节能减排的政策要求，并可创造可观的经济效益。
本发明以铁尾矿为主要原料，使用量最高可达55％，最大限度地利用矿业废弃物，极大地降低成本并利于环保。采用了膨胀珍珠岩作为造孔剂具有以下优势：膨胀珍珠岩属于一种玻璃质火山熔岩材料，本身多孔结构且密度小、传热系数低，具有一定的受热膨胀性，在烧结过程中使得玻璃质结合水汽化的频率增大，产生较多的孔隙；其次，膨胀珍珠岩无毒、无味，对人体健康没有危害，产量大且成本低廉，适合用来制备墙体材料。同时膨润土在水中能够分散成胶体，并带有一定的粘结性和润滑性有助于坯体成型，并且能在600℃左右的烧结温度下释放结构水，进行吸热反应，提高铁尾矿活性，进而能够提高轻质保温墙体材料的可塑性及机械强度；长石中的SiO2、Al2O3等物质能够与CaO形成熔点更低的共熔物，进而能够显著降低烧结温度，提高效率，节能降耗。本发明采用的原料种类仅有4种，一方面原料均为常见原料，价格低廉，并且高效地利用了铁尾矿废弃资源，另一方面在原料的处理和产品的生产过程中可大大简化工艺步骤，提高生产效率。所制备的轻质保温墙体材料性能优良，具备密度低，强度高，导热系数较低等优点。最优条件下制备的轻质保温墙体材料，体积密度为0.9583g/cm3、抗压强度为6.2MPa、吸水率为42.12％、显气孔率为40.03％、传热系数为0.479(m2·k)/W，综合性能优良。
本发明采用的技术方案如下：
一种铁尾矿烧结轻质保温墙体材料，按重量百分比由以下原料制成：铁尾矿粉45～55％、膨胀珍珠岩20～30％、膨润土15～25％、长石5～15％。
上述铁尾矿粉粒径小于或等于0.25mm；所述长石的粒径小于或等于0.3mm。
上述的原料以质量百分比计：
所述铁尾矿粉的组成为Fe2O3 8～12％，SiO2 30～40％，Al2O3 8～15％；
所述膨胀珍珠岩的组成为Fe2O3 1～2％，SiO2 70～80％，Al2O3 10～15％；
所述膨润土的组成为Fe2O3 2～4％，SiO2 60～70％，Al2O3 10～20％；
所述长石的组成为SiO2 60～70％，Al2O3 15～25％。
一种制备上述铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，包括以下步骤：
(1)干混——按比例准确称取各组分，将称量好的样品置于搅拌机中低速搅拌10min，使得各组分充分混匀；
(2)湿混——将水加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌15min，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)成型——准确称取固定质量的湿物料，加压压制成型，脱模后得到坯体；
(4)烧制——将坯体烘干后进行烧制，得到铁尾矿烧结多孔轻质保温墙体材料。
上述步骤(1)中，
铁尾矿粉的制备过程如下：利用锤式破碎机将铁尾矿破碎至粒径小于等于20mm后再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.25mm；
上述步骤(1)中，长石的制备过程如下：利用锤式破碎机将长石矿料破碎至粒径小于等于18mm后，再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.3mm。
上述步骤(2)中水与混合干物料以重量比0.098～0.110：1混合，经碾压混匀后将湿物料筛至粒径小于等于1mm。
上述步骤(3)中加压压力为5～7.5MPa，保压时间为1s。
上述步骤(4)中烘干温度为100～105℃，时间20～24h；所述烧制条件为初始温度为室温，升温速率为15℃/min，保温温度为900～1050℃，保温时间为0.5～1.5h，冷却方式为自然冷却。
上述烧制条件为初始温度为室温，升温速率为15℃/min，保温温度为900～1050℃，保温时间为0.5～1.5h，冷却方式为自然冷却。
本发明的有益效果：
(1)采用铁尾矿作为主要原料，利于成本控制和环保；原料种类仅4种，简化工艺，提高生产效率；
(2)采用膨胀珍珠岩作为造孔剂，可增大孔隙率，成本低廉且无毒，利于人体健康；
(3)所制备的轻质保温墙体材料具有密度低、抗压强度高、导热系数低等特点，性能优良且符合《烧结保温砖和保温砌块》(GB 26538-2011)的要求。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
图1为本发明制备方法的工艺流程图。实施例中涉及到的百分含量均为质量百分比。铁尾矿取自湖北省大冶市金山店镇锡冶山尾矿坝；膨胀珍珠岩取自河南省信阳市上天梯岩矿厂；膨润土取自河南省信阳市；长石取自河北省灵寿县。
原料预处理：
铁尾矿粉的预处理，利用锤式破碎机将铁尾矿破碎至粒径小于等于20mm后再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.25mm；
长石的预处理，利用锤式破碎机将长石矿料破碎至粒径小于等于18mm后，再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.3mm。
实施例1
制备方法如下：
(1)按照铁尾矿45％，膨胀珍珠岩30％，膨润土15％，长石10％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.098：1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力7.5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在100℃的条件下干燥24h，再在升温速率15℃/min，烧结温度900℃以及保温时间1h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9597g/cm3，抗压强度为5.4MPa，吸水率为46.73％，显气孔率为48.21％，传热系数为0.486(m2·k)/W。
实施例2
制备方法如下：
(1)按按照铁尾矿55％，膨胀珍珠岩20％，膨润土15％，长石10％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.098：1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力7.5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥22h，再在升温速率15℃/min，烧结温度900℃以及保温时间1h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9667g/cm3，抗压强度为6.5MPa，吸水率为35.83％，显气孔率为41.86％，传热系数为0.522(m2·k)/W。
实施例3
制备方法如下：
(1)按按照铁尾矿45％，膨胀珍珠岩20％，膨润土25％，长石10％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.11：1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力7.5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥24h，再在升温速率15℃/min，烧结温度900℃以及保温时间1h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9986g/cm3，抗压强度为7.6MPa，吸水率为35.88％，显气孔率为44.55％，传热系数为0.534(m2·k)/W。
实施例4
制备方法如下：
(1)按照铁尾矿50％，膨胀珍珠岩25％，膨润土20％，长石5％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.104：1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力6MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥20h，再在升温速率15℃/min，烧结温度1000℃以及保温时间1h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9874g/cm3，抗压强度为6.2MPa，吸水率为35.73％，显气孔率为42.01％，传热系数为0.525(m2·k)/W。
实施例5
制备方法如下：
(1)按照铁尾矿45％，膨胀珍珠岩25％，膨润土15％，长石15％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.098:1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥24h，再在升温速率15℃/min，烧结温度900℃以及保温时间1.5h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9623g/cm3，抗压强度为5.7MPa，吸水率为36.14％，显气孔率为40.53％，传热系数为0.527(m2·k)/W。
实施例6
制备方法如下：
(1)按照铁尾矿45％，膨胀珍珠岩25％，膨润土20％，长石10％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.104:1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力7.5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥24h，再在升温速率15℃/min，烧结温度1050℃以及保温时间1h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9973g/cm3，抗压强度为8.9MPa，吸水率为31.67％，显气孔率为38.31％，传热系数为0.512(m2·k)/W。
实施例7
制备方法如下：
(1)按照铁尾矿45％，膨胀珍珠岩25％，膨润土20％，长石10％的配比称取原料，并将各组分置于搅拌机中以低速进行干混混匀；
(2)按水固比0.104:1准确量取水，将其加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌，得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)准确称取固定质量的湿物料，并在压力5MPa，保压时间1s的条件下压制成型，脱模后得到坯体；
(4)将坯体置于干燥箱中，在105℃的条件下干燥24h，再在升温速率15℃/min，烧结温度900℃以及保温时间0.5h的条件下对干燥后的坯体进行烧制，得到铁尾矿烧结轻质保温墙体材料。
所制备的轻质保温墙体材料经测试：密度为0.9583g/cm3，抗压强度为6.2MPa，吸水率为42.12％，显气孔率为40.03％，传热系数为0.479(m2·k)/W。
综上所述，实施例1～7所制备的铁尾矿烧结轻质保温墙体材料密度，抗压强度和导热系数的范围为0.901～1.000g/cm3、5～7.5MPa和0.41～0.60(m2·k)/W，满足国标《烧结保温砖和保温砌块》(GB 26538-2011)中的密度等级1000、强度等级MU5.0和传热系数等级0.6的要求，另外由于本发明中采用膨胀珍珠岩作为成孔材料，所以根据国标《烧结保温砖和保温砌块》(GB 26538-2011)的要求其吸水率不受限制。利用本发明的制备方法制备的轻质保温墙体材料是一种成本低廉、环保、性能优良的墙体材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁尾矿烧结轻质保温墙体材料，其特征在于，按重量百分比由以下原料制成：铁尾矿粉45～55％、膨胀珍珠岩20～30％、膨润土15～25％、长石5～15％。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结轻质保温墙体材料，其特征在于：所述铁尾矿粉粒径小于或等于0.25mm；所述长石的粒径小于或等于0.3mm。
3.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结轻质保温墙体材料，其特征在于，以质量百分比计：
所述铁尾矿粉的组成为Fe2O3 8～12％，SiO2 30～40％，Al2O3 8～15％；
所述膨胀珍珠岩的组成为Fe2O3 1～2％，SiO2 70～80％，Al2O3 10～15％；
所述膨润土的组成为Fe2O3 2～4％，SiO2 60～70％，Al2O3 10～20％；
所述长石的组成为SiO2 60～70％，Al2O3 15～25％。
4.一种制备权利要求1所述的铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)干混——按比例准确称取各组分，将称量好的样品置于搅拌机中低速搅拌，使得各组分充分混匀；
(2)湿混——将水加入到混匀干物料中，并于搅拌机中以低速搅拌直至得到湿度和粒度均匀的混合物料；
(3)成型——准确称取固定质量的湿物料，加压压制成型，脱模后得到坯体；
(4)烧制——将坯体烘干后进行烧制，得到铁尾矿烧结多孔轻质保温墙体材料。
5.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，
铁尾矿粉的制备过程如下：利用锤式破碎机将铁尾矿破碎至粒径小于等于20mm后再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.25mm。
6.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，长石的制备过程如下：利用锤式破碎机将长石矿料破碎至粒径小于等于18mm后，再经振动磨样机研磨至粒径小于等于0.3mm。
7.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中水与混合干物料以重量比0.098～0.110：1混合，经碾压混匀后将湿物料筛至粒径小于等于1mm。
8.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于：所述步骤(3)中加压压力为5～7.5MPa，保压时间为1s。
9.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中烘干温度为100～105℃，时间20～24h。
10.根据权利要求4所述的制备铁尾矿烧结轻质保温墙体材料的方法，其特征在于：所述烧制条件为初始温度为室温，升温速率为15℃/min，保温温度为900～1050℃，保温时间为0.5～1.5h，冷却方式为自然冷却。
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