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高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究

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吴俊权, 马晶, 汪应玲, 乔福龙, 李晶, 胡文斌, 赵颖洁, 段孟涵, 王江伟. 高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(6): 126-132. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.06.018
引用本文: 吴俊权, 马晶, 汪应玲, 乔福龙, 李晶, 胡文斌, 赵颖洁, 段孟涵, 王江伟. 高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(6): 126-132. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.06.018
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WU Junquan, MA Jing, WANG Yingling, QIAO Fulong, LI Jing, HU Wenbin, ZHAO Yingjie, DUAN Mengzhan, WANG Jiangwei. Experimental Study on Preparation of Ceramsite with High Silicon Iron Tailings[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(6): 126-132. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.06.018
Citation: WU Junquan, MA Jing, WANG Yingling, QIAO Fulong, LI Jing, HU Wenbin, ZHAO Yingjie, DUAN Mengzhan, WANG Jiangwei. Experimental Study on Preparation of Ceramsite with High Silicon Iron Tailings[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(6): 126-132. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.06.018
shu

高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究

  • 1.

    东北大学秦皇岛分校 资源与材料学院, 河北 秦皇岛 066004

  • 2.

    秦皇岛市资源清洁转化与高效利用重点实验室, 河北 秦皇岛 066004

  • 基金项目:
    河北省高校百名优秀创新人才支持计划（BR2-127）；校科技创新项目（2020 CX20626）
详细信息
    作者简介: 吴俊权(1998-), 男, 主要从事大宗固废综合利用方向研究, E-mail: junquanwu21@163.com
    通讯作者: 汪应玲(1982-), 女, 讲师, 主要从事尾矿资源化综合利用研究, E-mail: yinglingwang09@163.com

  • 中图分类号: TD926.4+2

Experimental Study on Preparation of Ceramsite with High Silicon Iron Tailings

  • 1.

    School of Resources and Materials, Northeastern University at Qinhuangdao Branch, Qinhuangdao 066004, China

  • 2.

    Qinhuangdao Laboratory of Resources Cleaner Conversion and Efficient Utilization, Qinhuangdao 066004, China

More Information

    摘要

  • 以铁尾矿为原料，粉煤灰为成分校正剂制备高强轻质陶粒。利用热分析仪（TG-DSC）和X射线衍射仪（XRD）分析了原料的热反应过程，确定陶粒烧制温度范围。设计正交试验研究了成分配比、烧制温度、高温区升温速率和保温时间对陶粒堆积密度、表观密度、吸水率和筒压强度的影响，优化陶粒制备工艺。结果显示，陶粒的原料配比对堆积密度和表观密度影响较大，而烧制温度对吸水率和筒压强度影响较大。料球中Al2O3含量为17%，以10℃/min的速度升温至1 000℃，再以25℃/min的速度升温至1 210℃，保温30 min，所制备陶粒堆积密度888.20 kg/m3，表观密度为1 907.14 kg/m3，筒压强度为8.34 MPa，1 h吸水率为5.04%，满足国标GB/T 17431.1—2010中规定的900级轻质高强陶粒性能要求，为高硅铁尾矿的综合利用提供了一条新途径。

    The high strength lightweight ceramsite was prepared by taking iron tailings as aggregate, and fly ash as corrector. In order to determine the sintering temperature range of the ceramsite, the thermal reaction process of the raw material was tested by TG-DSC and XRD. A group of orthogonal test is arranged and carried out to study the effect of composition ratio, sintering temperature, heating rate in high temperature zone and holding time on the bulk density, apparent density, water absorption and cylinder compression strength of ceramsite. The formulation and manufacturing process of permeable brick were optimized. The results showed that the density of ceramsite was greatly affected by composition of raw materials, while the sintering temperature had a greater impact on the water absorption and cylinder compressive strength. The high strength lightweight ceramsite with the bulk density of 888.20 kg/m3, the apparent density of 1 907.14 kg/m3, the cylinder compressive strength of 8.34 MPa, and 1h water absorption rate of 5.04% could satisfy the GB/T 17431.1—2010 standard, when the content of Al2O3 in the pellets was 17%, and the temperature was raised to 1 000 ℃ at 10 ℃/min, and then to 1 210 ℃ at 25 ℃/min, and the temperature was kept for 30 minutes. It has provided a new route for the comprehensive utilization of iron tailings.

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  • 图 1  铁尾矿和粉煤灰的粒度

    Figure 1. 

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    图 2  铁尾矿和粉煤灰的TG-DSC图

    Figure 2. 

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    图 3  铁尾矿(a)和粉煤灰(b)的XRD图

    Figure 3. 

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    图 4  各因素对陶粒堆积密度的影响

    Figure 4. 

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    图 5  各因素对抗压陶粒表观密度的影响

    Figure 5. 

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    图 6  各因素对陶粒吸水率的影响

    Figure 6. 

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    图 7  各因素对抗压陶粒筒压强度的影响

    Figure 7. 

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    图 8  A2B4C3D2方案、8号和19号陶粒的显微形貌

    Figure 8. 

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    表 1  铁尾矿、粉煤灰的主要化学成分

    Table 1.  Chemical composition of iron tailing and fly ash /%

    Raw material SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Others
    Iron tailings 75.30 4.80 9.34 3.31 4.79 0.74 0.93 0.79
    Fly ash 47.72 40.91 3.25 3.99 0.54 0.72 0.18 2.69
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    表 2  正交试验因素水平表

    Table 2.  Level and factors of orthogonal experimental

    Level Factors
    A/% B/℃ C/(℃·min-1) D/min
    1 14 1 150 10 10
    2 17 1 180 15 15
    3 20 1 210 20 20
    4 23 1 240 25 25
    5 26 1 270 30 30
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    表 3  不同配比的原料成分

    Table 3.  Ingredients of different proportions  /%

    Level Raw material Ingredients of raw materials
    Iron tailings Fly ash Al2O3 SiO2 Fe2O3 Total flux
    A1 74.51 25.49 14.00 68.27 7.79 17.04
    A2 66.21 33.79 17.00 65.98 7.28 16.29
    A3 57.90 42.10 20.00 63.69 6.78 15.53
    A4 49.59 50.41 23.00 61.40 6.27 14.78
    A5 41.29 58.71 26.00 59.11 5.76 14.03
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    表 4  正交试验结果

    Table 4.  The results of orthogonal test

    Experiment A/% B/℃ C/(℃·min-1) D/min Blank Blank Bulk density
    /(kg·m-3)    		 Apparent density
    /(kg·m-3)    		 1 h Water absorption
    /%    		 Cylinder pressure strength /MPa-1
    1 14 1 150 10 10 728.90 1 516.44 21.28 0.57
    2 14 1 180 15 15 810.20 1 747.50 15.51 1.68
    3 14 1 210 20 20 937.60 2 109.14 4.20 6.19
    4 14 1 240 25 25 959.60 2 037.10 0.63 8.61
    5 14 1 270 30 30 — — — —
    6 17 1 150 15 20 1 021.20 2 053.82 7.20 4.17
    7 17 1 180 20 25 973.40 2 077.11 5.04 5.45
    8 17 1 210 25 30 888.20 1 907.14 5.04 8.34
    9 17 1 240 30 10 1 024.00 2 100.00 2.49 11.62
    10 17 1 270 10 15 918.60 1 917.33 1.24 5.61
    11 20 1 150 20 30 874.60 1 891.86 11.08 3.34
    12 20 1 180 25 10 950.60 1 942.50 8.32 2.36
    13 20 1 210 30 15 862.00 1 778.00 6.67 5.99
    14 20 1 240 10 20 865.80 1 708.84 23.70 9.07
    15 20 1 270 15 25 — — — —
    16 23 1 150 25 15 744.80 1 718.67 18.64 0.54
    17 23 1 180 30 20 780.00 1 665.76 16.14 1.58
    18 23 1 210 10 25 971.30 1 996.79 19.23 10.35
    19 23 1 240 15 30 876.80 1 760.00 1.12 7.63
    20 23 1 270 20 10 833.80 1 593.43 1.02 5.96
    21 26 1 150 30 25 786.00 1 750.00 17.78 0.79
    22 26 1 180 10 30 948.60 1 911.82 6.12 9.90
    23 26 1 210 15 10 865.80 1 822.50 9.98 3.72
    24 26 1 240 20 15 906.40 1 934.00 2.83 12.60
    25 26 1 270 25 20 776.20 1 627.17 0.69 6.01
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    表 5  优选方案对比

    Table 5.  Comparison of optimal processes

    Experiment Bulk density
    /(kg·m-3)    		 Apparent density
    /(kg·m-3)    		 1h Water absorption
    /%    		 Cylinder pressure strength /MPa
    A4B5C1D1 807.46 1 720.07 1.17 5.13
    A2B4C3D2 987.11 1 953.21 4.13 8.41
    8 888.20 1 907.14 5.04 8.34
    19 876.80 1 760.00 1.12 7.63
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出版历程
收稿日期:  2020-11-19
刊出日期:  2020-12-25

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