一种铁尾矿烧结砖及其制备方法与流程

本发明涉及固定废弃物无害化及综合利用领域，更具体地，涉及一种铁尾矿烧结砖及其制备方法。
背景技术：
：传统墙体材料为实心黏土砖，烧制黏土砖需要耗费大量的黏土，而黏土的主要来源是耕地。因此，为保护耕地，我国已经禁止生产实心黏土砖，从而开发可持续发展的墙体材料具有非常大的应用前景。我国铁尾矿具有数量大、种类多、粒度小、性质复杂等特点，累计堆存量超50亿吨，而铁尾矿的综合利用率不足20％，已成为我国累积堆存量最大尾矿类型，急需加快处理与利用。粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物，含有大量的二氧化硅和氧化铝，是非常好的硅铝酸盐原料。废弃玻璃作为一种再生资源，如果没有得到妥当的处置，不仅有危害环境的风险，同时也是一种资源的浪费。我国现能将少量玻璃回收利用，其余都是随着生活垃圾被填埋，占用大量的土地资源。结合三种固体废弃物都可用作建材原料的特点，遵循资源再生利用的原则，将三种固体废弃物制备烧结砖，既响应了国家倡导开发新型墙体材料的号召，也解决了这三种固体废弃物造成的环境污染问题。利用固体废弃物作为建筑材料的研究已经成为热点。污泥、尾矿、赤泥、钢渣、飞灰等都被证实可以用于制备烧结砖。中国发明专利cn101607815a(公开时间2009年12月23日)公开了一种利用粉煤灰和膨润土作为原料的烧结砖，该发明利用大掺量的粉煤灰加膨润土代替黏土制砖，从而使粉煤灰烧结砖具有保温性能好、光洁度好、不易起皮、不裂纹的优点，但其存在抗压强度低、吸水率高以及重金属浸出浓度超标的问题。中国发明专利cn102153330b(公开时间2013年08月07日)公开了一种采用硼酸、水玻璃和淤泥为原料制备烧结砖的方法，该方法制备得到的烧结砖铬和砷的浸出浓度低，但抗压强度不足、吸水率高。因此，亟需提供一种抗压强度大、吸水率低以及重金属浸出浓度低的烧结砖。技术实现要素：本发明的首要目的是克服上述现有技术生产的烧结砖抗压强度低、吸水率高以及重金属浸出浓度超标的缺陷和不足，提供一种铁尾矿烧结砖。该铁尾矿烧结砖强度可达100mpa以上，远高于普通的烧结砖，吸水率远低于国家标准规定的阈值20％，重金属浸出浓度低，对环境潜在的危害非常低。本发明的另一个目的是提供一种铁尾矿烧结砖的制备方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铁尾矿烧结砖，所述铁尾矿烧结砖包括如下按质量百分比计的原料制备得到：铁尾矿55％～65％；粉煤灰10％～30％；废弃玻璃10％～30％；其中废弃玻璃为高硼硅玻璃，所含sio2按质量百分比计为80％～97％。所述铁尾矿是指将铁矿石中将易于回收的有价金属回收以后的剩余固体废弃物，铁尾矿中fe2o3含量为44％～55％，sio2含量为25％～30％，al2o3含量为13％～15％。所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要废物，粉煤灰中sio2含量为53％～63％，al2o3含量为18％～26％。本发明选用原料为铁尾矿、粉煤灰、废弃玻璃，与传统的粘土烧结砖相比，原料均为固体废弃物，符合资源综合利用的要求。铁尾矿中的fe2o3在烧结过程起助熔作用，节约能源。粉煤灰是一种良好的骨架材料，能为烧结砖提供硅铝酸盐必要的al2o3和sio2，与铁尾矿形成很好的协同作用。废弃玻璃的硅含量高，能为烧结砖提供硅源，其化学成分na2o是非常好的助熔剂，可以帮助降低砖胚的烧成温度。优选地，所述铁尾矿烧结砖包括如下按质量百分比计的原料制备得到：铁尾矿60％；粉煤灰10％～20％；废弃玻璃20％～30％；其中废弃玻璃为高硼硅玻璃，所含sio2按质量百分比计为85％～97％。一种铁尾矿烧结砖的制备方法，包括以下步骤：s1.将干燥后的铁尾矿、粉煤灰和废弃玻璃研磨过筛，按比例混合得到干料；s2.在干料中加入水并搅拌混合得到湿料，湿料置于空气中陈化；s3.将陈化后的物料经压片、烘干、1000℃～1200℃烧结得到所述铁尾矿烧结砖。优选地，步骤s1中，所述研磨过筛为球磨过200目的筛网。球磨过200目筛网能够增大物料间的接触面积，让物料充分反应，从而降低烧结所需要的时间。优选地，步骤s2中，所述混料含水率为10％～20％。混料含水率过低，砖胚的可塑性不好；过高，则难以压制成型。更优选地，步骤s2中，所述湿料含水率为15％。优选地，步骤s2中，所述陈化时间为24h。优选地，步骤s3中，所述压片压力为10mpa～30mpa。更优选地，步骤s3中，所述压片压力为20mpa。优选地，步骤s3中，烘干温度为105℃。烧结前进行烘干，能够防止升温过快而出现裂痕。优选地，步骤s3中，所述烧结温度为1100℃，烧结保温时间为2h。烧结温度过低，物料还没发生反应或反应不完全；温度过高，烧结砖易产生过烧现象，变形严重。优选地，步骤s3中，所述烧结温度的升温速率为6℃/min～8℃/min。本发明的铁尾矿烧结砖在烧结过程中，粉煤灰中的高岭石相和铁尾矿中的石英相发生反应，生成莫来石相，莫来石相是常见的硅铝酸盐结构，具有多孔结构，是烧结砖的主要矿物骨架，赋予烧结砖强度。废弃玻璃在500℃左右达到软化温度，呈熔融状态，开始以流动相形式流动到莫来石的孔洞中，形成致密的结构，能在提高烧结砖的力学性能的同时，进一步将重金属固化在烧结砖内部结构中。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明利用铁尾矿、粉煤灰和废弃玻璃作为原料有效地降低了烧结砖的制备成本，同时解决了三种污染物造成环境污染的问题，实现了固体废弃物无害化及资源化处理。2、本发明材料来源广泛，原料简单，易于投入生产实践，生产出的烧结砖强度可达100mpa以上，远高于普通的烧结砖，吸水率低，远低于国家标准低于20％的要求，重金属浸出浓度低，对环境潜在的危害非常低。附图说明图1为实施例2、实施例5和对比例2所得铁尾矿烧结砖的xrd图。图2为实施例5所得铁尾矿烧结砖的sem图。具体实施方式为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。本发明实施例1～12所用原料主要化学成分按质量百分比计见表1。表1项目fe2o3sio2al2o3k2ona2o其它铁尾矿53.7828.1313.330.86-3.90粉煤灰6.3657.0125.332.930.887.49废弃玻璃0.1791.702.350.125.120.54实施例1～3一种铁尾矿烧结砖，包括如下表2所列质量百分比的原料制备得到：表2项目铁尾矿(％)粉煤灰(％)废弃玻璃(％)实施例1603010实施例2602020实施例3601030其中实施例1所述铁尾矿烧结砖的制备方法，包括如下步骤：s1.分别将铁尾矿、粉煤灰和废弃玻璃在干燥箱中105℃干燥24h，冷却后在球磨机中研磨1h，过200目筛网得到粉末，然后将粉末按比例混合30min得到干料；s2.在干料中加入水使物料含水率为10％，然后在球磨罐中搅拌混合30min得到湿料，湿料置于空气中陈化24h；s3.用压片机将陈化后的物料于10mpa下压片成型，然后将成型后的砖胚放入干燥箱中105℃干燥24h得到干胚，最后以6℃/min的升温速率在1000℃下烧结2h，冷却后得到所述铁尾矿烧结砖。实施例2和3所述铁尾矿烧结砖的制备方法和实施例1相同。实施例4一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例1相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例1基本相同，其区别在于，所述物料含水率为15％，所述压片成型压力为20mpa，所述烧结温度为1100℃，升温速率为8℃/min。实施例5一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例2相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例4相同。实施例6一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例3相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例4相同。实施例7一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例1相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为1200℃。实施例8一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例2相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为1200℃。实施例9一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例3相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为1200℃。实施例10一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例5相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述物料含水率为20％，所述压片成型压力为30mpa，所述烧结温度为1200℃，升温速率为8℃/min。实施例11一种铁尾矿烧结砖，包括如下按质量百分比计的原料制备得到：铁尾矿55％，粉煤灰20％，废弃玻璃25％；所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5相同。实施例12一种铁尾矿烧结砖，包括如下按质量百分比计的原料制备得到：铁尾矿65％，粉煤灰20％，废弃玻璃15％；所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5相同。对比例1一种铁尾矿烧结砖，所述铁尾矿烧结砖由如下质量百分比的原料制备得到：铁尾矿60％；粉煤灰20％；矿山外排水厂含硫污泥20％；所述污泥是指矿山外排水厂板框压滤处理后的污泥，主要成分为矿山及尾矿库中的雨水及选矿废水流经排土场、拦泥库所携带的尾矿及矿山土壤。对比例1所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5相同。对比例2一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例5相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为900℃。对比例3一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例1相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为900℃。对比例4一种铁尾矿烧结砖，其原料组成与实施例3相同，所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5基本相同，其区别在于，所述烧结温度为900℃。对比例5一种铁尾矿烧结砖，所述铁尾矿烧结砖由如下质量百分比的原料制备得到：铁尾矿60％；粉煤灰20％；普通玻璃20％；所述普通玻璃中sio2含量为72％。对比例5所述铁尾矿烧结砖的制备方法与实施例5相同。性能测试及结果评价采用德国布鲁克公司的brukerd8型的x射线衍射仪对实施例2、实施例5和对比例2制得的铁尾矿烧结砖进行检测，检测结果见图1。采用zeisssigma300型号扫描电子显微镜对实施例5制备得到的铁尾矿烧结砖进行微观结构检测，检测结果见图2。从图1中可以看出随着烧结温度的升高，石英和高岭石的特征峰逐渐减小，而莫来石的特征峰逐渐增大，说明烧结过程中高岭石相与石英相反应生成了莫来石相。从图2中可以看出烧结砖表面有许多较小的孔，出现了许多液相玻璃填充到孔隙结构中，进而有效地将重金属固化在铁尾矿烧结砖内部结构。对实施例1～12及对比例1～5制备得到的铁尾矿烧结砖进行性能检测，其中抗压强度的检测方法和吸水率的检测方法分别参照gb/t2542-2012和gb5085.3-2007。本发明所述铁尾矿烧结砖的抗压强度和吸水率的标准要求和检测结果见表3，所述标准要求参照gb/t5101-2003。重金属浸出性能的检测结果见表4，标准要求参照gb5085.3-2007。表3项目抗压强度(mpa)吸水率(％)标准要求≥10≤20实施例130.5115.63实施例267.5912.74实施例3105.5310.36实施例4112.6610.04实施例5124.613.11实施例6101.511.59实施例754.242.56实施例851.041.40实施例980.541.35实施例1051.132.72实施例1189.252.12实施例1282.363.47对比例116.1218.32对比例219.4318.86对比例311.0520.25对比例429.1116.67对比例525.3616.42表4从上述检测结果表3可以看出，实施例1～10所得铁尾矿烧结砖的抗压强度和吸水率均可以同时满足国家标准要求，其中实施例3～6制备得到的铁尾矿烧结砖的抗压强度更是高达100mpa以上，远高于普通的烧结砖，实施例6所得铁尾矿烧结砖吸水率低至1.59％，远低于国家标准低于20％的要求，而对比例1～5所得铁尾矿烧结砖的抗压强度均比实施例所得铁尾矿烧结砖的抗压强度低，吸水率均更高。表4的重金属浸出浓度检测结果表明，所有实施例制备得到的铁尾矿烧结砖中铜、锌、铅和镉重金属浸出浓度远低于国家标准要求，对环境的潜在风险极低。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3 

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