本發(fā)明屬于屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種以磷尾礦為主要原料制備燒結陶粒的方法。
背景技術：
磷礦石浮選產(chǎn)生了大量的尾礦，需要擠占大量的土地，這些尾礦由于數(shù)量大，尾礦在受到腐蝕時，或者尾礦中的可遷移元素發(fā)生化學遷移時，將會對大氣和水土造成嚴重污染，并導致土壤退化，植被破壞甚至直接威脅到人畜的生命安全。尾礦庫包括尾礦壩、庫區(qū)等，是尾礦設施的主要部分。礦山生產(chǎn)設施建設中，尾礦設施投資較大，一般約占礦山建設總投資的5％～10％，且維護和運營費用高。因此將磷礦尾礦資源化利用迫切并重要。
磷尾礦是主要來自于選礦提取精礦以后剩下的尾渣，由于浮選工藝的不同，其產(chǎn)生的磷尾礦分為正浮選尾礦和反浮選尾礦，正浮選尾礦中硅質(zhì)礦物含量較高，反浮選尾礦中白云石礦物含量較高。
建筑的節(jié)能越來越受到人們的關注，陶粒以其質(zhì)輕、價格低廉及良好的隔熱性能廣泛用于建材、耐火保溫材料等部門，特別是燒結陶粒，因其工藝簡單、強度高而得到廣泛應用。當前制作陶粒的主要原料為鋁硅酸鹽礦物或工業(yè)固體廢棄物。在國內(nèi)外研究中，主要用頁巖或粉煤灰為原料制備陶粒(高躍緒，一種粉煤灰陶粒[P]CN101182186A，2007)，而頁巖的過度開采會對環(huán)境產(chǎn)生影響，粉煤灰作為近年來新型建筑材料價格逐年上漲。
目前公開的技術方案中，制備陶粒的主要原料多為硅藻土(張若愚，2004)、玻璃廢渣、赤泥、硼泥、石英砂尾泥等(尹國勛，2008，徐曉虹，2003，吳聲彪，2004，金宜英，2009)，不過目前固體廢棄物陶粒比例較小，亟需大量發(fā)展生產(chǎn)和應用固體廢棄物陶粒，而且利用磷尾礦制備燒結陶粒的報道很少，其具有環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的意義。
CN101486563B公開了一種由礦山尾渣燒制的生物陶粒及其制備方法和使用方法，它以礦山尾渣3～5份；粉煤灰3～5份；污泥或生物質(zhì)發(fā)泡劑1～3份為原料，在300～550℃預熱溫度下預熱15～30min；按10～30℃/min的升溫速度升溫至1000～1250℃；在焙燒溫度1000～1250℃條件下焙燒40～100min。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供可以大量利用工業(yè)廢渣,能解決磷尾礦長期對環(huán)境產(chǎn)生的危害；所制備的陶粒產(chǎn)品具有較高的強度、較好的耐水性、耐熱性、耐火性和較好的堆積密度，可廣泛應用于高強混凝土和景觀中；具有較大經(jīng)濟效益的以磷尾礦為主要原料制備燒結陶粒的方法。
本發(fā)明目的的實現(xiàn)方式為，以磷尾礦為主要原料制備燒結陶粒的方法，具體步驟如下：
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)45～60份磷尾礦和20～35份鋼渣破碎至5～20mm，加入10～20份粉煤灰后，再加入30～40份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)5-8份粘結劑、5-10份碳粉入造粒機中得到生料球；
所述粘結劑為粘土和/或頁巖；
3)將步驟2)所得生料球在室溫下自然干燥6～8h，然后將自然干燥后的生料球置于電熱恒溫鼓風干燥箱在100-120℃下恒溫干燥陳化8-10h，得半成品球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為600-850℃，預熱烘干漸進時間為30-40min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1140～1250℃，保溫持續(xù)時間為40-80min；
6)經(jīng)步驟5)燒結后的物料自然冷卻至室溫，即得到以磷尾礦為主要原料的燒結陶粒。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
1、以磷尾礦為原料制備燒結陶粒，為該類廢料提供了合理的利用途徑，解決了尾礦堆存過程所造成的環(huán)境污染和資源浪費等問題；
2、因為磷尾礦含有較多的水分，采用濕磨的方式，避免了物料濕磨前的烘干工藝以及烘干過程的能源消耗；同時也能大大避免干磨產(chǎn)生的粉塵污染，提高了工作效率；
3、磷尾礦中含有的SiO2和Al2O3是陶粒的基本組分也是陶粒的主要來源，鋼渣中的CaO、Fe2O3等均是助溶劑化合物，有效降低磷尾礦的高溫燒結溫度，CaO、MgO還對液相有稀釋作用，可促進氣孔的形成，節(jié)約資源且更加環(huán)保經(jīng)濟；
4、鋼渣很難磨細，采用濕磨的工藝可以將其磨至10μm以下，濕磨時鋼渣可作為磷尾礦的研磨介質(zhì)，使得磷尾礦能充分研磨，同時濕磨工藝激發(fā)了鋼渣的潛在活性；使得鋼渣粉的利用效率更高，
5、該方法制備的燒結陶?？梢宰鳛楦邚娞樟?，強度為25mpa以上，可以應用于高強混凝土中；
6、用該方法制備的燒結陶粒外形致密美觀，有良好耐水性，其性能滿足GB/T17431.1-1998要求，使其能更好的應用于景觀和建筑中；
7、主要原料可在磷礦附近得到，特別對于產(chǎn)生以上廢料的磷化工企業(yè)更具優(yōu)勢，可以節(jié)約大量運輸成本；
8、本發(fā)明所述制造方法的工藝簡單、條件溫和、易于實現(xiàn)。
本發(fā)明所制備的燒結陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為550-740Kg/m3，吸水率為3.55-4.65％，抗壓強度為26.83-28.63MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
具體實施方式
本發(fā)明將磷尾礦和鋼渣破碎磨細加煤灰，加水進行濕磨，得中值粒徑小于5μm的漿體；漿體加粘結劑、碳粉入造粒機中得到生料球；在室溫下放置自然干燥6～8h。本發(fā)明選擇自然干燥6～8h，如自然干燥時間低于6小時，干燥不充分，生料球內(nèi)水分過多，在高溫快速燒結過程中會發(fā)生生料球開裂的現(xiàn)象；如超過8h，干燥時間過長，會造成生料球中水分過少，也會發(fā)生生料球在燒結過程出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。
經(jīng)自然干燥的生料球置于電熱恒溫鼓風干燥箱恒溫干燥陳化8-10h，得半成品球；置回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，600-850℃預熱30-40min，得成品球。本發(fā)明預熱嚴格控制在600-850℃，預熱30-40min。如果溫度過低，半成品球內(nèi)部與外表面則經(jīng)歷相同的升溫過程，會出現(xiàn)在表面還沒來得及形成玻璃化狀態(tài)時，氣體產(chǎn)生并逸出，但如果溫度過高，半成品球中的水分短時間內(nèi)揮發(fā)則會導致半成品球破裂。
經(jīng)預熱的成品球置于轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，1140～1250℃保溫40-80min后自然冷卻至室溫后得燒結陶粒。煅燒時溫度低于1140℃時，溫度的升高對于顆粒筒壓強度增大不明顯；當溫度高于1140℃時，影響較顯著；1140℃后隨溫度升高至1250℃，液相量會急劇增加，液相粘度越小，容易擴散，液相填充孔隙中，樣品收縮，吸水率降低，強度增大；保溫時間過短，則反應不完全，不能有效地產(chǎn)生氣體和發(fā)生膨脹，煅燒時間過長，則過多的玻璃相會填充孔隙使得陶粒密度增加，膨脹效果降低。
本發(fā)明所得燒結陶粒的堆積密度為500～800Kg/m3；抗壓強度為25～30Mpa；1h吸水率為3～5％，產(chǎn)品的粒徑為5mm～10mm。
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，實施例中所用磷尾礦均來自貴州甕福，磷尾礦的各主要組成成分為：SiO2≥60％、AL203≥12％、CaO≥7％、Fe2O3≥4％。粉煤灰為為市售產(chǎn)品，國電廠排放的粉煤灰,粉煤灰的各主要組成成分為：SiO2≥50％、AL203≥20％、CaO≥10％、Fe2O3≥4％。鋼渣為符合國家標準的建筑用鋼渣，所述鋼渣的各主要組成成分為：SiO2≥12％、AL203≥8％、CaO≥40％、Fe2O3≥5％。其余的均為常規(guī)市售試劑。頁巖的粒徑為5-10μm。
實施例1：
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)60份磷尾礦和20份鋼渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入40份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)5份粘土、5份碳粉入造粒機中得到生料球；
3)將步驟2)所得生料球在室溫下自然干燥6～8h，然后將自然干燥后的生料球置于電熱恒溫鼓風干燥箱在100-120℃下恒溫干燥陳化8-10h，得半成品球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為600-650℃，預熱烘干漸進時間為40min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1140～1160℃，保溫時間為80min；
6)經(jīng)步驟5)燒結后的物料自然冷卻至室溫，即得到以磷尾礦為主要原料的燒結陶粒。
本實施例所制備的燒結陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為550Kg/m3，吸水率為4.15％，抗壓強度為26.35MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
實施例2、同實施例1，不同的是，
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)50份磷尾礦和17份鋼渣破碎至5～20mm，加入20份粉煤灰后，加入34份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)5份頁巖、8份碳粉入造粒機中得到生料球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為660-710℃，預熱烘干漸進時間為38min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1170～1200℃，保溫時間為77min。
本實施例所制備的燒結陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為580Kg/m3，吸水率為3.85％，抗壓強度為27.53MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
實施例3、同實施例1，不同的是，
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)50份磷尾礦和23份鋼渣破碎至5～20mm，加入15份粉煤灰后，加入36份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)2份粘土和3份頁巖、7份碳粉入造粒機中得到生料球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為710-750℃，預熱烘干漸進時間為36min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1190～1210℃，保溫時間為68min。
本實施例所制備的陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為650Kg/m3，吸水率為3.55％，抗壓強度為26.83MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
實施例4、同實施例1，不同的是，
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)50份磷尾礦和25份鋼渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入32份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)4份粘土和4份頁巖、7 份碳粉入造粒機中得到生料球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為760-800℃，預熱烘干漸進時間為34min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1200～1220℃，保溫時間為58min。
本實施例所制備的陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為720Kg/m3，吸水率為3.35％，抗壓強度為28.63MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
實施例5、同實施例1，不同的是，
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)45份磷尾礦和25份鋼渣破碎至5～20mm，加入13份粉煤灰后，加入30份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)4份粘土和3份頁巖、10份碳粉入造粒機中得到生料球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為790-820℃，預熱烘干漸進時間為32min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1200～1230℃，保溫時間為50min。
本實施例所制備的陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為740Kg/m3，吸水率為4.65％，抗壓強度為27.33MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
實施例6、同實施例1，不同的是，
1)原料預處理：將質(zhì)量份數(shù)45份磷尾礦和35份鋼渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入38份的水進行濕磨，至中值粒徑小于5μm的漿體；
2)成型造粒：將步驟1)所得濕磨漿體加質(zhì)量份數(shù)3份粘土和2份頁巖、5份碳粉入造粒機中得到生料球；
4)將經(jīng)步驟3)干燥陳化后的半成品球置于回轉(zhuǎn)窯預熱帶下，預熱烘干帶的溫度梯度為820-850℃，預熱烘干漸進時間為30min，得到成品球；
5)將步驟4)所得成品球置于回轉(zhuǎn)窯高溫帶煅燒，高溫帶的溫度梯度為1200～1250℃，保溫時間為40min。
本實施例所制備的陶粒外形美觀，有良好的抗壓性，并且具有良好的后期強度，堆積密度為717Kg/m3，吸水率為4.15％，抗壓強度為26.93MPa，其它標準均能達到GB/T 17431.1-1998要求。
通過以上實施例數(shù)據(jù),可以看出采用本發(fā)明所制備的燒結陶粒堆積密度≤740Kg/㎝3,抗壓強度≥26.83MPa,吸水率＜4.65％，這說明本發(fā)明制備的燒結陶粒具有耐水、高強且具有較好的耐熱耐火性，可以應用于墻面裝修，建筑結構和景觀設計中。