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利用尾矿废石制造微晶玻璃的配料系统
2011-08-02
以某铁矿为例,阐述了利用尾矿废石制作微晶玻璃的配料原则和配料方法。指出,微晶玻 璃相的化学成分应与普通玻璃成分一致,其结晶相与玻璃相的化学成分含量之和应满足烧成品的 化学成分变动要求;与此同时,简单介绍了专属性配料系统,应用该系统时,只需将各原料成分的相 关数据输入计算机,即可在几分钟内完成配料工作。
第 23 卷 第 3 期 2003 年 6 月   矿 业 研 究 与 开 发 Vol. 23 No. 3 MININ G R & D Jun. 2003 文 章 编 号 :1005 - 2763(2003) 03 - 0051 - 03 ①   利 用 尾 矿 废 石 制 造 微 晶 玻 璃 的 配 料 系 统 李 克 庆 ,李 广 申 ,刘 保 顺 ,汪 荣 敏 ( 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 , 北 京 100083) 摘 要 :以 某 铁 矿 为 例 ,阐 述 了 利 用 尾 矿 废 石 制 作 微 晶 玻 璃 的 配 料 原 则 和 配 料 方 法 。 指 出 ,微 晶 玻 璃 相 的 化 学 成 分 应 与 普 通 玻 璃 成 分 一 致 ,其 结 晶 相 与 玻 璃 相 的 化 学 成 分 含 量 之 和 应 满 足 烧 成 品 的 化 学 成 分 变 动 要 求 ;与 此 同 时 ,简 单 介 绍 了 专 属 性 配 料 系 统 ,应 用 该 系 统 时 ,只 需 将 各 原 料 成 分 的 相 关 数 据 输 入 计 算 机 ,即 可 在 几 分 钟 内 完 成 配 料 工 作 。 关 键 词 :尾 矿 ;废 石 ;综 合 利 用 ;微 晶 玻 璃 ;配 料 计 算 中 图 分 类 号 : TD98 文 献 标 识 码 :A Burden System for Making Microcrystal Glass From Tailings and Waste Rock L i Ke - qing , L i Guang - shen , L iu Bao - shun , W ang Rong - min ( The Civil and Environment Engineering College , Beijing University of Science and Technology , Beijing 100083 , China ) Abstract :Taking an iron mine as example , the burden principles and methods for making the micro2 crystal glass from tailings and waste rock are described. It is pointed out that the chemical composition of microcrystal glass phase should conform to the common glass composition , and the sum of the chem2 ical composition contents of crystal phase and glass phase should meet the requirements of the chemical composition change of sintering product. Meanwhile , a simple introduction to the special burden sys2 tem is made. At the time of using this system , only the correlation data of composition of all raw ma2 terials are input to computer , can the burden calculation be finished in several seconds. Key Words :Tailings , Waste rock , Comprehensive utilization , Microcrystal glass , Burden calculation   尾 矿 、废 石 的 利 用 途 径 很 多 ,包 括 进 一 步 提 取 有 理 晶 化 制 成 的 多 晶 陶 瓷 ,它 是 晶 相 与 玻 璃 相 的 复 合 体 。 在 这 种 复 合 体 中 ,绝 大 部 分 为 非 晶 态 的 玻 璃 ,少 部 分 为 结 晶 体 。 正 是 由 于 有 了 这 部 分 结 晶 体 ,才 使 得 微 晶 玻 璃 具 有 了 不 同 于 普 通 玻 璃 的 诸 多 优 点 ,如 耐 高 温 性 、高 强 度 、耐 腐 蚀 及 抗 氧 化 性 等 。 价 元 素 ,制 作 建 筑 用 砂 、建 筑 用 砖 ,用 作 玻 璃 、陶 瓷 、 水 泥 原 料 ,制 作 农 用 磁 肥 、微 肥 ,用 作 矿 坑 填 充 料 等 。 所 有 这 些 尝 试 无 疑 都 为 尾 矿 及 废 石 的 利 用 提 供 了 广 阔 的 前 景 。 微 玻 岩 是 一 种 新 型 的 建 筑 装 饰 面 料 ,自 20 世 纪 所 研 究 的 铁 矿 其 近 矿 围 岩 主 要 有 斜 长 岩 、粗 面 岩 、石 灰 岩 、正 长 岩 及 脉 石 英 等 ,利 用 这 种 围 岩 及 尾 矿 制 造 微 晶 玻 璃 ,根 据 实 验 室 烧 成 试 验 ,其 结 晶 相 除 了 硅 灰 石 外 (CaO废SiO2) ,还 有 透 辉 石 (CaO废MgO废 2SiO2) ,而 其 玻 璃 相 与 普 通 玻 璃 成 分 接 近 。 经 多 次 取 样 及 化 验 分 析 ,所 研 究 铁 矿 的 原 料 (近 矿 围 岩 及 尾 矿 ) 与 几 种 比 较 典 型 的 烧 成 品 的 化 学 成 分 对 比 如 表 1 所 示 。 8 0 年 代 中 期 以 来 ,在 国 际 上 已 经 得 到 了 比 较 广 泛 的 应 用 ,本 文 拟 以 某 铁 矿 为 例 ,对 利 用 尾 矿 废 石 制 造 高 档 建 筑 装 饰 材 料 ——— 微 晶 玻 璃 的 配 料 系 统 进 行 研 究 。 1 原 料 及 微 晶 玻 璃 的 成 分 所 谓 微 晶 玻 璃 ,即 是 将 特 定 组 分 的 玻 璃 经 热 处 ① 收 稿 日 期 :2003 - 01 - 08 作 者 简 介 :李 克 庆 (1966 - ) ,男 ,甘 肃 天 水 人 ,副 教 授 ,博 士 生 ,主 要 从 事 矿 产 经 济 及 矿 山 固 体 废 物 综 合 利 用 方 面 的 教 学 与 科 研 工 作 . 5 2 矿 业 研 究 与 开 发 第 23 卷 表 1 原 料 及 烧 成 品 化 学 成 分 对 比 表 Fe2O3 ( %) Al2O3 ( %) MgO ( %) K2O ( %) CaO ( %) MnO ( %) P2O5 ( %) TiO2 ( %) Na2O ( %) SiO2 ( %) 名 称 正 长 岩 斜 长 岩 粗 面 岩 石 灰 岩 石 英 岩 尾 矿 0. 109 1. 276 1. 296 0. 413 0. 024 16. 48 12. 41 17. 45 9. 978 0. 503 0. 2236 16. 26 0. 0009 0. 1899 0. 432 10. 86 1. 041 3. 38 0. 126 11. 3 0. 0016 0. 0077 0. 0238 0. 005 0. 035 0. 084 0. 071 0. 082 0. 008 0. 6228 0. 0001 0. 2064 0. 1531 0. 083 2. 98 5. 254 2. 28 72. 87 61. 21 74. 96 1. 59 2. 72 0. 535 0. 078 0. 056 1. 015 54. 27 0. 059 6. 792 0. 02 0. 0024 3. 616 0. 0015 0. 1513 0. 0009 4. 276 0. 0001 3. 023 99. 25 43. 02 0 . 374~ 7. 382~ 7. 736 1. 291~ 2. 870 0. 868~ 1. 883 14. 86~ 15. 91 0. 006~ 0. 009 0. 048~ 0. 115 0. 054~ 0. 132 7. 824~ 8. 090 58. 79~ 60. 27 烧 成 品 0 . 856   由 表 1 的 对 比 可 以 看 出 ,就 原 料 而 言 ,无 论 是 尾 废 石 制 造 微 晶 玻 璃 的 专 属 性 配 料 系 统 实 为 一 劳 永 逸 之 事 。 矿 还 是 任 何 一 种 围 岩 ,其 成 分 与 烧 成 品 相 比 都 有 一 定 的 差 距 ,有 的 围 岩 硅 高 而 钙 低 ,有 的 则 硅 低 而 钙 高 ;尤 其 是 尾 矿 中 铁 及 钛 的 含 量 较 高 ,钛 是 晶 核 成 型 剂 ,其 含 量 太 高 将 会 使 最 终 产 品 过 结 晶 ,达 不 到 微 晶 玻 璃 的 效 果 要 求 ;铁 是 干 扰 性 色 素 离 子 ,其 含 量 太 高 将 会 使 产 品 的 色 泽 失 去 控 制 ,在 制 造 彩 色 装 饰 面 料 时 尤 其 如 此 ;因 此 ,对 尾 矿 首 先 必 须 进 行 降 铁 及 降 钛 处 理 ,这 可 以 通 过 对 尾 矿 的 强 磁 预 选 来 实 现 ,选 出 的 高 铁 高 钛 部 分 可 以 作 为 二 次 资 源 得 到 进 一 步 的 回 收 ,而 预 选 后 的 尾 矿 ,须 与 各 种 围 岩 进 行 成 分 和 数 量 的 合 理 匹 配 ,才 能 用 作 制 造 微 晶 玻 璃 的 原 料 。 3 配 料 原 理 (1) 配 料 原 则 。 配 料 的 总 体 原 则 是 在 考 虑 烧 成 品 具 有 一 定 的 结 晶 相 比 例 的 前 提 下 ,首 先 根 据 结 晶 相 的 矿 物 成 分 计 算 出 结 晶 相 对 应 的 化 学 成 分 含 量 , 然 后 使 玻 璃 相 的 化 学 成 分 符 合 普 通 玻 璃 的 化 学 成 分 标 准 (见 表 2) ,而 结 晶 相 与 玻 璃 相 的 化 学 成 分 含 量 之 和 应 满 足 烧 成 品 的 化 学 成 分 变 动 要 求 。 表 2 玻 璃 相 主 要 化 学 成 分 及 含 量 SiO2 ( %) CaO ( %) Na2O ( %) Al2O3 ( %) MgO ( %) K2O ( %) 2 配 料 现 状 66~ 77. 7 1~ 11 9~ 15. 5 1~ 8 0. 5~ 4 < 4 所 谓 配 料 ,是 将 进 入 生 产 工 艺 的 各 种 原 料 进 行   在 满 足 上 述 总 体 原 则 的 基 础 上 ,可 对 原 料 的 配 化 学 成 分 分 析 ,在 考 虑 生 产 工 艺 各 环 节 一 定 损 失 量 方 做 以 下 多 方 面 的 考 虑 : 的 基 础 上 ,确 定 各 种 原 料 的 原 始 重 量 (或 体 积 ) 比 例 。 从 产 品 生 产 成 本 和 资 源 利 用 的 角 度 考 虑 ,应 尽 量 多 消 耗 尾 矿 和 废 石 ,少 用 化 工 原 料 和 外 购 原 料 ; 各 种 原 料 在 烧 成 温 度 下 都 有 一 定 的 烧 失 率 ,且 不 同 成 分 的 原 料 其 烧 失 成 分 是 不 同 的 ,为 了 使 最 终 物 料 达 到 产 品 成 分 的 要 求 ,必 须 将 这 部 分 烧 失 量 预 先 考 虑 在 内 ; 其 目 的 就 是 使 配 合 料 经 加 工 后 达 到 最 终 产 品 的 质 量 ( 化 学 成 分 、理 化 性 能 、物 理 机 械 性 能 等 ) 要 求 。 就 一 般 玻 璃 或 陶 瓷 的 生 产 而 言 ,由 于 原 料 的 质 量 比 较 稳 定 ,用 这 种 原 料 制 成 的 微 晶 玻 璃 ,其 结 晶 相 一 般 都 是 单 相 的 ,比 如 单 一 硅 灰 石 相 或 单 一 透 辉 石 相 。 因 为 原 料 质 量 稳 定 ,产 品 组 成 比 较 单 一 ,其 配 料 过 程 相 对 来 说 是 比 较 简 单 的 。 为 使 产 品 达 到 一 定 的 光 泽 度 和 色 泽 要 求 ,在 不 影 响 总 体 成 分 的 前 提 下 ,可 以 根 据 相 应 的 化 学 原 理 , 加 入 微 量 的 其 它 元 素 ; 就 尾 矿 废 石 而 言 ,其 成 分 不 稳 定 ,甚 至 前 后 两 批 料 之 间 成 分 也 会 有 较 大 的 差 别 ,这 就 增 加 了 配 料 工 作 的 难 度 。 目 前 ,国 内 利 用 尾 矿 废 石 制 造 微 晶 玻 璃 的 配 料 方 法 ,基 本 上 是 手 工 外 加 计 算 器 。 用 这 种“ 手 工 作 坊 ”式 的 配 料 方 法 ,为 确 定 一 个 合 理 的 配 方 ,使 用 同 一 批 料 就 需 要 几 天 时 间 的 反 复 计 算 和 核 对 ,显 然 不 能 适 应 尾 矿 废 石 成 分 的 经 常 性 变 化 ,更 不 能 满 足 工 业 化 流 水 作 业 的 需 要 。 因 此 ,根 据 最 终 产 品 的 质 量 要 求 ,基 于 现 有 的 专 家 配 料 经 验 ,研 制 利 用 尾 矿 铝 和 镁 含 量 的 高 低 将 直 接 影 响 烧 成 温 度 的 高 低 ,因 此 应 尽 量 将 其 控 制 在 一 定 的 比 例 范 围 内 ; 钾 和 钠 含 量 的 高 低 对 产 品 的 烧 制 成 功 率 有 一 定 的 影 响 。 (2) 物 料 平 衡 计 算 。 作 为 最 终 产 品 的 微 晶 玻 璃 ,其 质 量 的 好 坏 与 其 中 晶 相 含 量 的 高 低 有 着 直 接 的 关 系 ,根 据 实 验 室 的 反 复 试 验 研 究 ,硅 灰 石 和 透 辉 石 应 有 一 个 最 佳 含 量 ,我 们 权 且 设 此 值 分 别 为 硅 灰 第 3 期 李 克 庆 ,等 : 利 用 尾 矿 废 石 制 造 微 晶 玻 璃 的 配 料 系 统 53 n 石 a ,透 辉 石 b ;设 硅 灰 石 中 CaO 的 分 子 含 量 为 c1 , i ρ= 1 Xi (1 - yi) (MgO) n i SiO2 的 分 子 含 量 为 s1 ,而 透 辉 石 中 CaO 的 分 子 含 量 c2 , SiO2 的 分 子 含 量 为 s2 ,MgO 的 分 子 含 量 为 m 。 0. 5 % ≤ - i ρ= 1 Xi (1 - yi) 为 n i ρ= 1 Xi (1 - yi) bm n 设 参 与 配 料 的 原 料 有 n 种 ,它 们 的 最 佳 配 料 量 ≤ 4 % i ρ= 1 Xi (1 - yi) 分 别 为 Xi ,烧 失 率 ( %) 分 别 为 yi , i = 1 , ⋯ , n 。 n 那 么 ,根 据 上 述 配 料 原 则 , Xi应 满 足 以 下 条 件 : n i ρ= 1 Xi (1 - yi) ( K2O) n i ≤ 3. 5 % i ρ= 1 Xi (1 - yi) (SiO2) 1 - yi) i i ρ= 1 Xi ( 6 6 % ≤ n - n i ρ= 1 Xi (1 - yi) i ρ= 1 Xi (1 - yi) (Na2O) n i n n 9 % ≤ ≤ 3. 5 % i ρ= 1 Xi (1 - yi) as1 - i ρ= 1 Xi (1 - yi) bs2 n i ρ= 1 Xi ( 1 - yi) i ρ= 1 Xi (1 - yi) 其 中 (SiO2) 、( K2O) 分 别 为 第 i 种 原 料 中 SiO2 、Al2O3 、CaO 、 i 、(Al2 O3) 、(CaO) 、(MgO) 、(Na2 i i i i O) ≤ i MgO 、Na2O 、K2O 的 百 分 含 量 。 7 7. 7 % n 借 助 一 定 的 数 学 方 法 ,求 解 以 上 不 等 式 组 ,即 可 得 到 各 种 原 料 Xi 的 合 理 配 料 量 (或 百 分 比 ) 。 i ρ= 1 Xi (1 - yi) (Al2O3) i 1 1 % ≤ % ≤ n ≤ 8 % i ρ= 1 Xi (1 - yi) 4 配 料 系 统 的 开 发 和 应 用 n i ρ= 1 Xi (1 - yi) (CaO) n i 基 于 以 上 配 料 原 理 ,已 成 功 地 研 制 出 利 用 尾 矿 - i ρ= 1 Xi (1 - yi) 废 石 制 造 微 晶 玻 璃 的 电 算 配 料 系 统 。 应 用 该 系 统 时 ,每 次 只 须 将 各 种 原 料 的 成 分 化 验 结 果 输 入 计 算 机 ,即 可 在 几 分 钟 内 完 成 手 工 配 料 几 天 时 间 才 能 完 成 的 工 作 。 应 用 该 配 料 系 统 ,即 可 得 到 如 表 3 所 示 的 配 料 结 果 。 n i ρ= 1 Xi (1 - yi) ac1 - i ρ= 1 Xi (1 - yi) bc2 n ≤ i ρ= 1 Xi (1 - yi) 1 1 % 表 3 典 型 配 料 结 果 表 Fe2O3 ( %) Al2O3 ( %) MgO ( %) K2O ( %) CaO ( %) P2O5 ( %) TiO2 ( %) Na2O ( %) SiO2 ( %) ZnO ( %) BaO ( %) 名 称 配 量 烧 失 量 正 长 岩 斜 长 岩 石 灰 岩 碎 玻 璃 ZnO 10 30 0. 01 0. 38 0. 30 0. 06 1. 24 5. 24 0. 11 0. 61 1. 09 0. 31 0. 03 0. 36 0. 01 3. 39 8. 16 2. 95 0. 30 1. 58 0. 01 4. 83 7. 29 18. 36 0. 51 0. 01 0. 53 6. 59 0. 05 0. 06 0. 26 0. 79 0. 03 0. 01 0. 06 0. 04 0. 01 16 39 29. 58 2. 66 3. 72 101. 38 2. 66 2. 66 BaCO3 混 合 料 2. 87 2. 87 0. 85 8. 03 0. 75 7. 20 1. 11 1. 79 14. 51 0. 04 0. 11 6. 72 55. 74 生 产 环 节 的 质 量 关 ,从 而 达 到 预 期 的 目 的 。 5 结 语 参 考 文 献 : [ [ [ 1] 李 章 大 ,周 秋 兰 . 我 国 尾 矿 利 用 现 状 及 21 世 纪 展 望 [J ]. 地 质 与 勘 探 ,1997(5) . 由 于 尾 矿 废 石 的 成 分 异 常 复 杂 ,利 用 它 们 制 造 微 晶 玻 璃 的 配 料 过 程 中 所 要 考 虑 的 因 素 是 相 当 多 的 ,本 文 只 是 对 影 响 配 料 结 果 的 主 导 因 素 进 行 了 概 略 分 析 。 在 实 践 中 ,不 同 矿 山 的 尾 矿 废 石 其 成 分 会 有 很 大 的 差 异 ,这 就 要 求 根 据 这 种 差 异 制 定 相 应 的 专 用 配 料 系 统 ,在 生 产 时 更 要 注 意 把 好 化 验 和 各 个 2] 阎 旭 骞 . 尾 矿 废 石 资 源 综 合 利 用 投 资 决 策 分 析 [ C]. 硕 士 学 位 论 文 ,北 京 科 技 大 学 ,1997. 3] 牛 金 考 ,袁 怀 雨 . 矿 山 固 体 废 物 的 综 合 利 用 与 治 理 系 统 工 程 [J ]. 矿 山 环 保 1997(5) .
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