鄂西低硅鐵尾礦燒結(jié)制磚及機理研究.pdf

1、鐵尾礦是將鐵礦石經(jīng)過分選工藝選取鐵精礦后剩余的廢渣,是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展,帶來了尾礦的排放量與日俱增。長期以來對鐵尾礦一般采取堆填處置,不僅占用土地,而且引起環(huán)境污染與安全問題。隨著環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識的增強,鐵尾礦作為二次資源已受到普遍重視,其綜合利用已引起廣泛關(guān)注,特別是在利用鐵尾礦制作建筑材料方面是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點。
　　 本論文在全面系統(tǒng)研究鄂西低硅鐵尾礦基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上,以該尾礦為

2、主要原料,進行燒結(jié)普通磚和瓷質(zhì)磚的制備技術(shù)研究,并對尾礦磚的性能和結(jié)構(gòu)進行測試分析,探討尾礦燒結(jié)普通磚和瓷質(zhì)磚的燒結(jié)過程及機理。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.系統(tǒng)研究了鄂西低硅鐵尾礦的基本性質(zhì)。分析認(rèn)為,該尾礦性能與粘土等礦物原料相近,具有粒度細、可塑性和干燥性能好的優(yōu)點,但也存在尾礦中鐵含量高、硅和鋁含量低、尾礦燒結(jié)體的密度高、燒成收縮大等缺陷,經(jīng)過適當(dāng)調(diào)配,利用該尾礦燒結(jié)制磚是完全可行的。
　　 2.以鄂西低硅

3、鐵尾礦為主要原料添加少量的粘土、粉煤灰進行復(fù)配制備燒結(jié)磚,確定最佳的配方及制備工藝條件,并考察了標(biāo)磚試驗尾礦燒結(jié)磚樣品綜合性能。試驗表明,添加少量粘土和粉煤灰對于提高尾礦燒結(jié)磚的性能起到積極作用,最佳原料配比為尾礦:粘土:粉煤灰=84:10:6,適宜工藝條件為成型水分12.5～15％、成型壓力20～25MPa、干燥制度:105℃下干燥6～8h、溫度制度:升溫速率6℃/min左右、燒成溫度范圍980～1030℃、燒成保溫時間2～3h,在此

4、條件下燒制的尾礦燒結(jié)磚的抗壓強度為20.03～23.60MPa,吸水率為16.54～17.93%,體積密度為1.85～1.90g/cm3。標(biāo)磚試驗結(jié)果與小樣試驗結(jié)果相符,尾礦燒結(jié)磚的抗壓強度及其他耐久性能指標(biāo)均達到《燒結(jié)普通磚》(GB/T5101-2003)中MU20合格品的要求。
　　 3.對尾礦燒結(jié)普通磚樣品進行表征,分析了鐵尾礦燒結(jié)磚的微觀結(jié)構(gòu)及性能的形成機理,并探討了尾礦燒結(jié)普通磚的燒結(jié)過程。結(jié)果表明,燒結(jié)磚樣品中主晶相

5、為赤鐵礦、石英、長石和磷灰石,構(gòu)成燒結(jié)磚的主要骨架,賦予樣品強度。長石與石英及硅鋁酸鹽形成低共熔物,充填于坯體的顆粒之間,促進磚坯的燒結(jié)致密,液相膠結(jié)各種形態(tài)的晶體顆粒相互穿插連接,保證了燒結(jié)磚樣品的優(yōu)良性能。此外,鄂西低硅鐵尾礦燒結(jié)磚的燒結(jié)過程可分為:干燥預(yù)熱、加熱、燒成及冷卻4個階段,燒結(jié)過程主要以擴散傳質(zhì)機制為主,而在燒結(jié)后期坯體中會形成少量的高溫液相,其對促進磚坯的燒結(jié)致密及固相反應(yīng)起到不可忽視的促進作用。
　　 4.以

6、鄂西低硅鐵尾礦部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷原料制備無釉瓷質(zhì)磚,確定了合理的鐵尾礦瓷質(zhì)磚基礎(chǔ)成瓷配方范圍及制備工藝條件,并對尾礦瓷質(zhì)磚的各項性能進行綜合檢測。結(jié)果表明,鐵尾礦全部取代長石的優(yōu)化配方為鐵尾礦55～65%,高嶺土20～25%,石英砂10～20%,相應(yīng)的坯體化學(xué)組成范圍為SiO237～44%,Al2O314～16%,Fe2O325～29%,CaO+MgO4～5%,K2O+NaO0.7～0.8%,燒失量為8.0～9.5%,在1200℃附近可燒

7、結(jié)成瓷,燒成溫度范圍大于40℃;適宜制備工藝條件為:成型壓力30MPa,燒成溫度1200℃,保溫時間15min,尾礦瓷質(zhì)磚樣品的主要性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)陶瓷磚(GB/T4100-2006)中干壓瓷質(zhì)磚要求及陶瓷磚環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求(HJ/T297-2006)的規(guī)定,具有很好的環(huán)境協(xié)調(diào)性。
　　 5.研究了鐵尾礦瓷質(zhì)磚的微觀結(jié)構(gòu),分析了鐵尾礦降低液相生成溫度,促進燒結(jié)的作用機理,以及鐵尾礦加入引起產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍變窄的原因及可行的解

8、決方法,并探討了尾礦瓷質(zhì)磚的煅燒過程。
　　 分析認(rèn)為,尾礦瓷質(zhì)磚具有良好的燒結(jié)程度,瓷坯結(jié)構(gòu)中包含大量晶體顆粒,主要有殘余石英、赤鐵礦和方石英,以及少量的鈣長石和莫來石,玻璃相充填其中,構(gòu)成致密的玻璃相和晶體顆粒相互交織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對尾礦瓷質(zhì)磚強度的提高和成瓷都起到了重要作用。
　　 鐵尾礦中含量較高的Fe2O3、CaO與原料中的石英及硅鋁酸鹽形成低共熔物降低液相生成溫度,促進坯體的燒結(jié)致密,此外,氧化鐵在燒結(jié)高溫時形

9、成液相,冷卻時又從液相中析出生成赤鐵礦的微晶,均勻的分布在玻璃相中,有利于提高瓷坯的強度和硬度。鐵尾礦瓷質(zhì)磚的燒結(jié)成瓷過程可分為低溫階段、氧化分解階段、高溫?zé)Y(jié)階段及冷卻階段,最終形成多相結(jié)構(gòu)的致密瓷體。
　　 通過上述工作,驗證了低硅鐵尾礦在燒結(jié)制磚技術(shù)上的可行性,不僅解決了該類鐵尾礦綜合利用的難題,而且為燒結(jié)普通磚和瓷質(zhì)磚開辟了新資源,具有環(huán)境保護和資源節(jié)約的雙重效益。本論文全面系統(tǒng)的研究了尾礦基本性質(zhì),為尾礦的綜合利用提供