本發(fā)明涉及磷尾礦資源綜合利用，尤其涉及一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的陶粒生產(chǎn)實踐中，原料主要來源于黏土、頁巖等自然資源，而關(guān)于利用固體廢棄物生產(chǎn)陶粒的研究尚顯不足。過度依賴黏土和頁巖作為原料不僅導(dǎo)致自然資源的消耗，還可能因“禁粘”政策的實施而面臨生產(chǎn)受限的問題。因此，將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為陶粒的生產(chǎn)原料已成為一種優(yōu)先選擇，這不僅有助于降低生產(chǎn)成本，還能促進(jìn)固體廢棄物的增值化利用。以磷尾礦為例，它是磷礦在選礦過程中富集p2o5后產(chǎn)生的固體廢物。根據(jù)《中國礦產(chǎn)資源報告》，截至2022年，我國磷尾礦的堆存量約為12億噸，并且每年以15％的速度增長。這種大量磷尾礦的長期堆放不僅占用大量土地資源，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的植被破壞、重金屬滲漏污染地下水源，以及尾礦庫潰壩的安全風(fēng)險。

2、目前，對于磷尾礦資源的研究主要集中在磷的回收、稀有金屬和稀土元素的提取，以及硅酸鹽的綜合利用等方面。然而，這些方法在利用率上仍有待提高。磷尾礦大量堆積不僅給礦業(yè)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境帶來了巨大挑戰(zhàn)，還造成了資源的嚴(yán)重浪費。為解決磷尾礦存在的大量堆積、制備陶粒所用尾礦原料較少且工藝復(fù)雜的問題，技術(shù)人員進(jìn)行了深入的研究和技術(shù)開發(fā)：

3、如中國發(fā)明專利cn106747600a以磷尾礦為主要原料制備的燒結(jié)陶粒及方法，公開了一種以40～50份磷尾礦和20～35份鋼渣，加入10～20份粉煤灰后，再加入30～40份的水進(jìn)行濕磨制得漿體，漿體加粘結(jié)劑、碳粉在造粒機(jī)中制得生料球，自然干燥之后再置于干燥箱中干燥，然后于回轉(zhuǎn)窖預(yù)熱帶中預(yù)熱，之后再置于轉(zhuǎn)窖高溫帶煅燒，冷卻至室溫后得燒結(jié)陶粒。所制備的陶粒雖然以磷尾礦為主要原料，但是磷尾礦所占比例只有40～50份，不能充分利用磷尾礦資源。此外，所制備的陶粒雖然濕磨充分激發(fā)了原料的潛在活性，避免了烘干及干磨時所產(chǎn)生的粉塵污染，但是濕磨之后還需要室溫干燥、干燥箱干燥、回轉(zhuǎn)窖預(yù)熱帶中預(yù)熱、轉(zhuǎn)窖高溫帶煅燒，操作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本大。最后，陶粒的抗壓強(qiáng)度為26.83～28.63mpa，但是陶粒的密度大，只能應(yīng)用于配置高強(qiáng)混凝土，無法滿足當(dāng)今建筑高層大跨度建筑需要的輕量化建材的使用需求，也無法實現(xiàn)陶粒輕質(zhì)與高強(qiáng)兩種性能的協(xié)同。

4、另一中國發(fā)明專利cn114394850a一種基于磷尾礦的高性能陶粒及其制備方法，公開了一種以80～95份的高硅磷尾礦和5～20份的高鎂鈣磷尾礦為原料，外加3～5的糊精，混勻置入造粒機(jī)中，噴入2～5份的濃度為3％的聚乙烯醇水溶液，造粒后干燥；再于中溫爐內(nèi)燒結(jié)隨爐冷卻；然后放入改性溶液中，在恒溫振蕩器中振蕩，靜置，烘干，制得基于磷尾礦的高性能陶粒。陶粒的體積密度為0.7～1.1g/cm3，但是強(qiáng)度僅為5～7mpa，無法滿足當(dāng)今建筑高層大跨度建筑需要的高強(qiáng)化建材的使用需求，也無法實現(xiàn)陶粒輕質(zhì)與高強(qiáng)兩種性能的協(xié)同。

5、另一中國發(fā)明專利cn116102359a一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法，公開一種以煤基固廢物62～68份，改性凹凸棒土10～15份，改性玉米芯12～16份，微硅粉4～6份，結(jié)合劑10～13份，水泥基粘合劑2～3份和增塑劑1～2份造粒，燒結(jié)制備陶粒。雖制備陶粒具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特性(其堆積密度能低至418kg/m3，筒壓強(qiáng)度能高達(dá)10mpa以上)，雖實現(xiàn)陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)兩性能的協(xié)同，但是原料需經(jīng)過處理：凹凸棒土要經(jīng)過煅燒，再加入十二烷基三苯基溴化膦、十六烷基三甲基溴化銨和水，經(jīng)反應(yīng)，過濾，干燥，得所述改性凹凸棒土；玉米芯要先經(jīng)過微波加熱，后再浸泡再碳酸氫鈉水溶液中，得所述改性玉米芯；制備陶粒的操作工藝繁瑣，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本大；而且陶粒的最大筒壓強(qiáng)度僅為11.2mpa。

6、因此，研究得到一種能同時滿足綠色環(huán)保、工藝簡便的條件，且能解決輕質(zhì)與高強(qiáng)兩種性能協(xié)同的陶粒的制備方法與應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法與應(yīng)用，使其能夠解決現(xiàn)存的陶粒輕質(zhì)與高強(qiáng)兩性能無法協(xié)同或者可以協(xié)同但是工藝復(fù)雜，成本高的問題，同時解決由于現(xiàn)有磷尾礦堆存量過多，所面臨的資源嚴(yán)重浪費以及對礦業(yè)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成較大影響的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制得：

4、61～76份硅質(zhì)磷尾礦、14～19份鋼渣、5～10份螢石尾礦、5～10份水洗二次鋁灰、3～5份糊精、3～5份活性炭和5～9份水。

5、優(yōu)選的，所述硅質(zhì)磷尾礦中二氧化硅含量≥57wt％，硅質(zhì)磷尾礦的粒徑≤74μm。

6、優(yōu)選的，所述鋼渣中氧化鈣與氧化鎂的含量之和≥50wt％，鋼渣的粒徑≤74μm。

7、優(yōu)選的，所述螢石尾礦中二氧化硅含量≥70wt％，螢石尾礦的粒徑≤74μm。

8、優(yōu)選的，所述水洗二次鋁灰中氧化鋁含量≥68wt％，水洗二次鋁灰的粒徑≤74μm。

9、優(yōu)選的，所述糊精的純度≥99％，糊精的粒徑≤8μm；所述活性炭的純度≥99％，活性炭的粒徑≤8μm。

10、本發(fā)明還提供了所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

11、將硅質(zhì)磷尾礦、鋼渣、螢石尾礦、水洗二次鋁灰、糊精、活性炭和水混合后順次進(jìn)行造粒、干燥、預(yù)熱和燒結(jié)，得到基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒。

12、優(yōu)選的，所述干燥的溫度為100～110℃，干燥的時間為24～32h。

13、優(yōu)選的，所述預(yù)熱的溫度為800～900℃，預(yù)熱的時間為10～30min，燒結(jié)的溫度為1110～1200℃，燒結(jié)的時間為0.5～3h，由室溫升溫至預(yù)熱的溫度的升溫速率為1～2℃/min，由預(yù)熱的溫度升溫至燒結(jié)的溫度的升溫速率為1～2℃/min。

14、本發(fā)明還提供了所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒在輕量混凝土中的應(yīng)用。

15、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

16、(1)本發(fā)明中所制備的基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒中，體積密度為1100～1400kg/m3，筒壓強(qiáng)度13.5～16.1mpa，堆積密度550～670kg/m3，吸水率3～9％，重金屬離子的固化率達(dá)95％以上；所制得的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒內(nèi)部呈多微孔結(jié)構(gòu)，且由于其具有高強(qiáng)度、低密度以及實用性強(qiáng)的優(yōu)點，使其能夠解決現(xiàn)存的陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)兩性能無法兼得或者同時具備輕質(zhì)高強(qiáng)的性能但制備工藝復(fù)雜，成本高的問題。

17、(2)本發(fā)明采用的原料均為固廢，充分實現(xiàn)了磷尾礦資源的綜合利用，同時解決由于現(xiàn)有磷尾礦堆存量過多，所面臨的資源嚴(yán)重浪費以及對礦業(yè)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成較大影響的問題，可實現(xiàn)輕質(zhì)混凝土中的安全使用，且本發(fā)明所述制備方法，具有磷尾礦資源化利用率高、工藝簡單、生產(chǎn)成本低和生產(chǎn)周期短的特點。

技術(shù)特征：

1.一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制得：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述硅質(zhì)磷尾礦中二氧化硅含量≥57wt％，硅質(zhì)磷尾礦的粒徑≤74μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述鋼渣中氧化鈣與氧化鎂的含量之和≥50wt％，鋼渣的粒徑≤74μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述螢石尾礦中二氧化硅含量≥70wt％，螢石尾礦的粒徑≤74μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述水洗二次鋁灰中氧化鋁含量≥68wt％，水洗二次鋁灰的粒徑≤74μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其特征在于，所述糊精的純度≥99％，糊精的粒徑≤8μm；所述活性炭的純度≥99％，活性炭的粒徑≤8μm。

7.權(quán)利要求1～6任一項所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為100～110℃，干燥的時間為24～32h。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，其特征在于，所述預(yù)熱的溫度為800～900℃，預(yù)熱的時間為10～30min，燒結(jié)的溫度為1110～1200℃，燒結(jié)的時間為0.5～3h，由室溫升溫至預(yù)熱的溫度的升溫速率為1～2℃/min，由預(yù)熱的溫度升溫至燒結(jié)的溫度的升溫速率為1～2℃/min。

10.權(quán)利要求1～6任一項所述一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒在輕量混凝土中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及磷尾礦資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開了一種基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法與應(yīng)用。所述輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒由如下質(zhì)量份數(shù)的原料制得：61～76份硅質(zhì)磷尾礦，14～19份鋼渣，5～10份螢石尾礦，5～10份水洗二次鋁灰，3～5份糊精，3～5份活性炭和5～9份水。本發(fā)明中所制備的基于磷尾礦的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒中，體積密度為1100～1400kg/m3，筒壓強(qiáng)度13.5～16.1MPa，堆積密度550～670kg/m3，吸水率3～9％，重金屬離子的固化率達(dá)95％以上，可實現(xiàn)輕量混凝土方向的安全使用，本發(fā)明采用的原料均為固廢，充分實現(xiàn)了磷尾礦資源的綜合利用，資源化率高和生產(chǎn)成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：胡南燕,劉海鵬,楊勝文,葉義成,李其高,武毅,羅斌玉,汪洪平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14