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铁矿尾矿制备烧结多孔砖的研究
2010-05-15
某尾矿属邯郸型高钙、镁尾矿,主要组成矿物为石英、白云石、绿泥石、云母、方解石等;平均粒度为 0.08mm,-200目的含量为45.82%,粘性粒级含量约为28%;尾矿的可塑性较好,干燥敏感性低。全尾矿在水分 为17%的条件下,经混匀、挤出为22mm×58mm×50mm的空心试块,自然干燥后,在1080~1170℃下烧结。实 验表明,采用该铁矿全尾矿烧制多孔砖是可行的,其性能完全达到GB13544—2000标准中强度等级为MU15的要 求。
SeMriaeysꢀ N2o0.14007ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总10第年 4第075期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 铁矿尾矿制备烧结多孔砖的研究 孙 天 虎 (ꢀ山 东任 理京工 成大 学ꢀ )吕 丽 华 摘 ꢀ 要 ꢀ 某 尾 矿 属 邯 郸 型 高 钙 、 镁 尾 矿 , 主 要 组 成 矿 物 为 石 英 、 白 云 石 、 绿 泥 石 、 云 母 、 方 解 石 等 ; 平 均 粒 度 为 . 08 mm, - 200 目 的 含 量 为 45. 82% , 粘 性 粒 级 含 量 约 为 28% ; 尾 矿 的 可 塑 性 较 好 , 干 燥 敏 感 性 低 。 全 尾 矿 在 水 分 0 为 17% 的 条 件 下 , 经 混 匀 、 挤 出 为 22 mm × 58 mm × 50 mm 的 空 心 试 块 , 自 然 干 燥 后 , 在 1 080 ~ 1 170 ℃下 烧 结 。 实 验 表 明 , 采 用 该 铁 矿 全 尾 矿 烧 制 多 孔 砖 是 可 行 的 , 其 性 能 完 全 达 到 GB13544— 2000 标 准 中 强 度 等 级 为 MU15 的 要 求 。 关 键 词 ꢀ 铁 矿 尾 矿 ꢀ 多 孔 砖 ꢀ 烧 结 Study of Sintering Perforated Brick Technology Using Iron Ore Tail Sun (Tianhuꢀ Ren Jingchengꢀ Lu Lihua Shandong University of Technology) Abstractꢀ The tailing belongs to Handantailing which is a high calcium and magnesium tailings. The main mineral componentis are quartz, dolomite, chlorite, mica, calcite, etc. ; The average partical size of the mineral is 0. 08 mm, - 0. 037 mm for the purpose of 45. 82% , viscous particle content of 28% . The plasticity of the tailings is better, and drying sensitivi ty of the tailings is lower. All tailings in condition of the 17% increase water, by mixing, extrusion and forming could make 2 2 mm × 58 mm × 50 mm cylindrical samples, sintering at the temperature of 1 080 ~ 1 170 ℃ after natural dry. After ex perimental evidence, it's feasible to produce fired perforated brick using all the iron ore mining that company tailings, and its performance fully meet the requirements of GB135442000 standard and the middle strength for the MU15. Keywordsꢀ Iron ore tailings, Perforated brick, Sintering 做 过 大 量 的 研 究 工 作 。 衣 德 强 等 3] 利 用 梅 山 铁 矿 细 粒 尾 矿 , 开 展 了 生 产 烧 结 砖 的 实 验 室 试 验 及 工 业 试 验 ; 高 本 立 、 王 军 等 4] 开 展 了 以 铁 尾 矿 为 主 要 掺 加 料 的 页 岩 铁 尾 矿 多 孔 砖 研 究 ; 尹 洪 峰 等 5] 利 用 邯 邢 铁 尾 矿 引 入 定 量 粘 土 , 通 过 压 制 成 型 和 挤 出 成 型 制 造 烧 结 砖 ; 王 金 忠 1] 利 用 铁 尾 矿 代 替 粘 土 , 再 掺 配 适 量 增 塑 剂 , 进 行 了 制 备 烧 结 砖 的 研 究 。 这 些 研 究 均 取 得 较 好 成 果 。 研 究 全 部 使 用 铁 尾 矿 并 利 用 工 业 上 常 用 的 挤 出 成 型 法 来 制 备 烧 结 多 孔 砖 , 通 过 烧 结 固 相 反 应 解 决 绿 泥 石 风 化 、 云 母 吸 湿 膨 胀 问 题 , 从 根 本 上 解 决 制 品 的 耐 久 性 。 试 验 进 行 了 全 尾 矿 可 塑 性 、 坯 体 线 收 缩 率 、 坯 体 干 燥 敏 感 性 、 生 坯 力 学 性 能 、 全 尾 矿 砖 烧 结 性 能 研 究 。 [ ꢀ ꢀ 近 年 来 , 铁 矿 尾 矿 已 受 到 世 界 各 国 的 重 视 , 随 着 地 球 资 源 不 断 减 少 和 人 们 环 境 意 识 增 强 , 世 界 各 国 都 把 铁 矿 尾 矿 当 作 二 次 资 源 对 待 , 投 入 大 量 人 力 物 力 , 广 泛 开 展 对 铁 矿 尾 矿 的 综 合 利 用 研 究 。 日 本 、 德 国 、 瑞 典 的 铁 矿 尾 矿 基 本 得 到 全 部 利 用 ; 俄 罗 斯 、 美 国 、 加 拿 大 等 国 也 都 很 重 视 铁 尾 矿 的 开 发 利 用 , 尤 其 在 利 用 尾 矿 研 制 生 产 墙 体 材 料 方 面 取 得 了 较 多 成 [ [ [ 果 [ 1] 。 用 铁 尾 矿 制 备 墙 体 材 料 , 可 有 效 地 缓 解 铁 尾 矿 堆 存 带 来 的 大 量 问 题 , 而 且 为 建 材 行 业 提 供 了 一 种 较 为 理 想 的 原 料 , 开 辟 了 新 的 资 源 , 同 时 发 展 了 矿 山 循 环 经 济 , 实 现 了 节 能 减 排 , 对 于 实 现 矿 业 的 可 持 续 发 展 具 有 十 分 重 要 的 意 义 2] 。 [ 烧 结 砖 对 原 材 料 要 求 不 高 , 但 原 料 用 量 却 很 大 , 而 铁 尾 矿 恰 好 是 一 种 产 量 很 大 、 利 用 率 很 低 的 废 渣 , 有 很 好 的 利 用 前 景 。 研 究 人 员 对 铁 尾 矿 制 备 烧 结 砖 孙 天 虎 ( 1982— ) , 男 , 山 东 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 , 硕 士 研 究 生 , 255049 山 东 省 淄 博 市 。 · 186· ꢀ ꢀ ꢀ 孙 天 虎 等 : 铁 矿 尾 矿 制 备 烧 结 多 孔 砖 的 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 5 期 1 ꢀ 尾 矿 性 质 QB / T 1322— 1991 标 准 , 使 用 KS - B 型 可 塑 性 指 标 1 . 1ꢀ 铁 矿 尾 矿 的 化 学 组 成 仪 进 行 测 定 。 含 水 率 为 18% , 制 成  45 mm × 45 铁 矿 尾 矿 取 自 安 徽 某 矿 业 公 司 , 其 矿 床 类 型 属 mm 的 圆 柱 体 进 行 测 定 , 记 录 数 据 。 由 下 式 计 算 出 于 沉 积 岩 型 , 尾 矿 外 观 为 灰 色 , 含 水 率 为 0. 8% , 化 学 组 成 见 表 1。 可 塑 度 R 值 : F 1 0 0 R = A × 表 1ꢀ 尾 矿 的 化 学 组 成 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ CaO % F 5 成 ꢀ 含 ꢀ 成 ꢀ 含 ꢀ 分 量 分 量 Na 0. 29 Al 9. 07 2 O K 2 O SiO 2 P 0. 18 3. 72 CuO 0. 08 2 O 5 SO 2 TiO 0. 29 其 他 2 ꢀ ꢀ A 取 1. 8, F10 和 F50 分 别 为 试 样 压 缩 10% 和 5 0% 时 对 其 所 施 加 的 压 力 。 2. 56 14. 10 34. 6 ( 2) 尾 矿 线 收 缩 率 的 测 定 。 线 收 缩 率 根 据 QB / O MnO 0. 63 Fe 14. 30 O F 0. 29 2 3 2 3 T 1548— 1992 标 准 测 定 。 取 试 样 400 g, 成 型 水 分 7% , 在 箱 式 电 阻 炉 内 两 段 干 燥 , 烧 成 线 收 缩 率 在 焙 11. 07 1 ꢀ ꢀ 由 表 1 可 见 , 尾 矿 组 成 属 于 高 钙 镁 含 量 的 化 学 烧 温 度 1 150 ℃测 定 。 组 成 , 与 矽 卡 岩 型 典 型 尾 矿 组 成 基 本 相 同 , 属 于 邯 郸 型 高 钙 、 镁 尾 矿 , 而 且 铝 的 含 量 也 较 高 。 ( 3) 生 坯 力 学 性 能 测 试 。 制 成 160 mm × 40 mm × 40 mm 的 全 尾 矿 样 品 , 成 型 水 分 为 17% , 干 燥 到 1 . 2ꢀ 铁 矿 尾 矿 的 矿 物 组 成 水 分 为 1% 后 , 用 万 能 材 料 试 验 机 测 试 其 抗 压 和 抗 用 X 射 线 衍 射 分 析 结 合 物 相 分 析 得 到 尾 矿 的 折 强 度 。 矿 物 组 成 见 表 2。 ( 4) 多 孔 砖 的 烧 结 。 根 据 尾 矿 的 综 合 热 分 析 结 表 2ꢀ 尾 矿 的 矿 物 组 成 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 果 , 采 用 真 空 挤 出 成 型 制 备 烧 结 性 能 测 试 试 样 矿 ꢀ 含 ꢀ 矿 ꢀ 含 ꢀ 物 量 云 母 辉 石 石 英 黄 铜 矿 白 云 石 10. 5 烧 ꢀ (  40 mm × 40 mm 的 圆 柱 体 , 水 分 为 17% ) 。 圆 柱 5. 8 钠 长 石 16. 3 沸 ꢀ 0. 9 29. 4 0. 2 物 石 绿 泥 石 失 体 在 常 压 烧 结 制 度 下 , 升 温 速 度 < 50 ℃ / h, 分 别 在 量 15. 2 14. 7 7 1 080, 1 090, 1 100, 1 110, 1 120, 1 130, 1 140, 1 150, 1 . 3ꢀ 铁 矿 尾 矿 的 粒 度 组 成 1 160, 1 170 ℃下 烧 成 , 并 在 烧 成 温 度 下 保 温 3 h。 对 铁 尾 矿 进 行 激 光 粒 度 分 析 发 现 , 尾 矿 无 过 大 3ꢀ 结 果 与 讨 论 颗 粒 , 组 成 以 细 粒 为 主 , - 0. 074 mm 的 含 量 为 ( 1) 全 尾 矿 可 塑 性 。 测 试 水 分 为 18% , 可 塑 性 测 试 结 果 见 表 3。 4 5. 82% ; 尾 矿 的 平 均 粒 度 d = 0. 08 mm; 尾 矿 中 小 50 于 - 5 μm 的 粒 级 ( 即 所 谓 粘 性 粒 级 ) 含 量 约 28% 。 所 以 尾 矿 的 粒 度 组 成 符 合 砖 瓦 等 陶 瓷 类 材 料 的 原 料 细 度 要 求 , 无 须 再 磨 即 可 利 用 。 表 3ꢀ 全 尾 矿 可 塑 性 指 标 测 试 结 果 R 厚 度 / mm 36. 9 F 10 / N F 50 / N 0 0 0 . 438 . 477 . 445 3. 7 7. 0 15. 2 26. 4 27. 9 37. 3 37. 2 1 . 4ꢀ 铁 矿 尾 矿 的 热 工 性 能 测 试 38. 2 6. 9 用 NETZSCH STA449C 型 差 热 - 热 重 分 析 仪 对 0. 699 36. 3 14. 5 铁 矿 尾 矿 的 热 工 性 能 进 行 分 析 。 ꢀ ꢀ 由 表 3 可 见 , 尾 矿 可 塑 度 值 在 0. 4 ~ 0. 6 之 间 , 属 于 中 等 偏 上 的 塑 性 制 砖 原 料 , 能 够 满 足 制 砖 过 程 挤 出 成 型 的 要 求 。 尾 矿 在 473. 79 ℃ 有 一 个 放 热 峰 并 伴 有 明 显 的 质 量 损 失 , 主 要 是 固 定 碳 等 有 机 物 分 解 放 热 的 结 果 ; 在 600 ℃左 右 有 一 吸 热 峰 并 伴 随 有 质 量 损 失 , 主 要 是 绿 泥 石 等 含 结 晶 水 矿 物 的 脱 水 ; 在 810 ℃ 有 一 吸 热 峰 并 伴 有 质 量 损 失 , 主 要 是 碳 酸 盐 矿 物 分 解 的 结 果 ; 在 841. 9 ℃有 一 个 放 热 峰 但 没 有 伴 随 明 显 的 质 量 损 失 , 是 固 相 改 变 和 晶 相 变 化 的 结 果 ; 1 000 ~ ( 2) 全 尾 矿 坯 体 线 收 缩 率 和 干 燥 收 缩 率 。 总 线 收 缩 率 Y = 0. 16。 干 燥 敏 感 性 用 干 燥 敏 感 性 系 数 总 确 定 , 测 得 干 燥 敏 感 性 系 数 K = 0. 58。 测 试 结 果 干 表 明 , 用 尾 矿 为 原 料 制 砖 , 有 良 好 的 成 型 性 能 。 ( 3) 全 尾 矿 生 坯 力 学 性 能 。 抗 折 和 抗 压 强 度 分 别 为 1. 62 MPa 和 3. 15 MPa, 能 够 满 足 生 坯 码 垛 的 强 度 需 求 。 1 150 ℃之 间 有 2. 02% 的 质 量 减 少 , 是 硅 酸 盐 矿 物 分 解 的 结 果 , 此 时 Ca, Mg 与 SiO 反 应 形 成 新 的 化 合 2 物 , 多 孔 砖 强 度 形 成 , 预 计 为 多 孔 砖 烧 结 温 度 范 围 。 ( 4) 全 尾 矿 烧 结 工 艺 性 研 究 结 果 与 分 析 。 烧 成 收 缩 率 及 吸 水 率 与 烧 成 温 度 的 关 系 曲 线 见 图 1, 抗 压 强 度 与 烧 成 温 度 的 关 系 曲 线 见 图 2。 2 ꢀ 烧 结 多 孔 砖 的 制 备 ( 1) 尾 矿 的 可 塑 性 测 定 。 尾 矿 的 可 塑 性 根 据 · 187· 总 第 407 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 5 期 有 助 熔 作 用 的 铁 , 对 砖 的 耐 碱 性 起 作 用 的 酸 性 氧 化 物 ( 主 要 为 二 氧 化 硅 ) 的 含 量 都 较 高 , 因 此 不 用 再 考 虑 加 入 增 强 力 学 性 能 的 配 方 , 主 要 解 决 的 问 题 是 烧 结 所 需 温 度 较 高 。 烧 结 后 主 要 生 成 了 3 种 矿 物 , 分 别 是 透 辉 石 、 钙 长 石 和 α - 石 英 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 该 尾 矿 粒 度 细 , 粘 性 粒 级 含 量 高 ( 28 % ) , 塑 性 指 标 好 , 属 可 塑 原 料 , 有 很 好 的 成 型 性 能 。 图 1ꢀ 烧 成 收 缩 率 及 吸 水 率 与 烧 成 温 度 的 关 系 曲 线 ( 2) 全 尾 矿 湿 坯 和 干 坯 有 适 当 的 强 度 , 能 够 满 ◆ ■ — 烧 成 收 缩 率 ; — 吸 水 率 足 坯 体 码 垛 的 强 度 要 求 , 最 高 烧 成 温 度 为 1 140 ℃, 烧 成 温 度 范 围 在 1 080 ℃ ~ 1 140 ℃, 温 度 范 围 较 宽 , 利 于 工 业 生 产 , 烧 成 样 品 的 抗 压 强 度 在 15 MPa 以 上 , 能 够 达 到 GB13544— 2000 质 量 要 求 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 王 金 忠 . 我 国 利 用 铁 矿 尾 矿 研 制 生 产 建 筑 材 料 的 现 状 及 展 望 [ J] . 房 材 与 应 用 , 1998( 4) : 1621. 2] ꢀ 陈 永 亮 , 张 一 敏 , 陈 铁 军 . 铁 尾 矿 建 材 资 源 化 研 究 进 展 [ J] . 金 属 矿 山 , 2009( 1) : 162165. 图 2ꢀ 抗 压 强 度 与 烧 成 温 度 的 关 系 曲 线 由 图 1 和 图 2 可 看 出 , 尾 矿 所 需 的 烧 结 温 度 偏 3] ꢀ 衣 德 强 , 张 剑 锋 , 等 . 梅 山 铁 矿 尾 矿 烧 结 制 砖 试 验 研 究 [ J] . 梅 山 科 技 , 2008( 3) : 3740. 高 , 在 1 090 ~ 1 140 ℃之 间 , 但 最 多 不 能 超 过 1 160 ℃ 。 当 温 度 超 过 1 160 ℃, 试 件 会 出 现 过 烧 现 象 , 呈 [ 4] ꢀ 高 本 立 , 王 ꢀ 军 , 仲 黎 明 . 页 岩 尾 矿 自 保 温 多 孔 砖 生 产 工 艺 及 其 应 用 技 术 研 究 [ J] . 新 型 墙 材 , 2007( 7) : 2126. 现 棕 色 、 褐 色 。 根 据 化 学 分 析 结 果 得 知 , 尾 矿 是 以 高 钙 镁 铝 含 量 的 白 云 石 、 钠 长 石 、 辉 石 、 绿 泥 石 为 主 的 复 合 物 , 对 砖 强 度 起 作 用 的 铝 , 作 为 熔 剂 的 钙 、 镁 和 [ 5] ꢀ 尹 洪 峰 , 夏 丽 红 , 任 ꢀ 耘 , 等 . 利 用 邯 邢 铁 矿 尾 矿 制 备 建 筑 用 砖 的 研 究 [ J] . 中 国 矿 业 , 2006( 2) : 7981. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20100402) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪[ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 3] ꢀ 吴 鸿 敏 , 杨 ꢀ 佳 , 张 宝 一  固 体 矿 产 储 量 估 算 系 统 的 研 究 与 实 现 [ J] . 地 理 信 息 世 界 , 2007, 2( 1) : 7378. ( 上 接 第 167 页 ) 全 国 危 机 矿 山 接 替 资 源 找 矿 项 目 资 源 储 量 估 算 工 具 , 在 全 国 多 个 矿 区 得 到 成 功 的 试 点 与 应 用 。 [ [ 4] ꢀ 贾 建 红 , 周 传 波 , 张 亚 海 , 等  基 于 DATAMINE 的 三 维 采 矿 工 程 可 视 化 建 模 技 术 研 究 [ J] . 金 属 矿 山 , 2009( 3) : 111115. 5] ꢀ 韦 方 景  采 空 区 激 光 探 测 技 术 在 铜 坑 矿 的 研 究 与 应 用 [ J] . 湖 南 有 色 金 属 , 2009( 2) : 5558. 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ 1] ꢀ 龚 国 清 , 刘 修 国 , 倪 平 泽  基 于 iExploration_EM 的 数 字 矿 产 勘 查 成 果 编 制 方 法 研 究 [ J] . 金 属 矿 山 , 2009( 4) : 9194. [ 6] ꢀ 万 剑 华 , 朱 长 贵  3D - GIS 中 空 间 对 象 的 几 何 表 示 [ J]  矿 山 测 量 , 2001( 1) :1619. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20100302) 2] ꢀ 李 超 岭 , 杨 东 来 , 李 丰 丹 , 等  中 国 数 字 地 质 调 查 系 统 的 基 本 构 架 及 其 核 心 技 术 的 实 现 [ J] . 地 质 通 报 , 2008, 27( 7) : 923944. 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 涂 装 与 电 镀 , 2008( 2) : 4345. 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