铁尾矿烧结多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及多孔材料的制备工艺领域，尤其涉及一种铁尾矿烧结多孔材料及其制备方法。铁尾矿烧结多孔材料，按重量百分比主要由如下组分制备而成：铁尾矿粉30～40％、稻壳粉10～35％、粘结剂5～35％、助熔剂5～15％、加固剂5～30％。在制备过程中，控制铁尾矿粉和稻壳粉的粒径大小。制得的铁尾矿烧结多孔材料具有密度小，抗压强度大以及吸水率高的特点。

Sintered porous material of iron tailings and preparation method thereof

The invention relates to the preparation process of porous materials, in particular to an iron tailings sintered porous material and a preparation method thereof. The sintered porous material of iron tailings is mainly prepared from the following components according to the weight percentage: Iron Tailings powder 30 ~ 40%, rice husk powder 10 ~ 35%, binder 5 ~ 35%, flux 5 ~ 15%, reinforcing agent 5 ~ 30%. In the preparation process, the size of iron tailings powder and rice husk powder were controlled. The sintered porous material of iron tailings has the characteristics of small density, high compressive strength and high water absorption.

【技术实现步骤摘要】
铁尾矿烧结多孔材料及其制备方法
本专利技术涉及多孔材料的制备工艺领域，尤其涉及一种铁尾矿烧结多孔材料及其制备方法。
技术介绍
铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿吨以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的铁尾矿量近50亿吨，这些废弃的铁尾矿不仅占用大量的土地，而且给周围的生态环境造成很大的伤害，因此如何将这些铁尾矿回收利用是现在急需解决的问题。目前，由于铁尾矿中含有大量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等物质，许多研究者将其应用于多孔材料的制备，如中国专利技术专利(授权公告号CN103980001B授权公告日2015.12.02)公开了一种铁尾矿多孔陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的特征在于其重量百分比组成为：铁尾矿45～65％、氧化铝8～11％、碳酸钙5～12％、碳酸钠5～11％、粘土5～10％、二氧化硅4～8％以及成孔剂3～8％；其中成孔剂为炭黑、纤维素和淀粉中的一种；制备得到的铁尾矿多孔陶瓷材料具有铁尾矿利用率高，烧结温度低以及能降低水的表面张力的特点，但对于烧结后得到的多孔陶瓷材料的密度，抗压强度以及吸水率等特性并未提及，多孔材料由于其密度小、比表面积较大、吸声吸能性能好等特性，使其在金属电极、微加工、吸附材料、催化、生物医用、电子器件、矿化、航空材料和色谱载体等众多领域得到较广泛的应用。因此，得到一种密度小，抗压强度大以及吸水率大的铁尾矿多孔材料具有重要的意义。上述专利技术专利中采用炭黑、纤维素和淀粉中的一种作为成孔剂，一方面炭黑、纤维素和淀粉的成孔效果并不佳，另一方面其占总量的比例太小，形成的空隙太少，这将使得得到的多孔材料体积密度较大、力学性能差。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术的目的是提供一种铁尾矿烧结多孔材料的制备方法，铁尾矿烧结多孔材料具有密度小，抗压强度大以及吸水率高的特点。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：铁尾矿烧结多孔材料，按重量百分比主要由如下组分制备而成：铁尾矿粉30～40％、稻壳粉10～35％、粘结剂5～35％、助熔剂5～15％、加固剂5～30％。进一步地，所述铁尾矿烧结多孔材料按重量百分比主要由如下组分制备而成，铁尾矿粉37～40％、稻壳粉18～35％、粘结剂14～35％、助熔剂5～14％、加固剂5～15％。采用上述比例制得的铁尾矿烧结多孔材料的密度较小，抗压强度较大以及吸水率较高。进一步地，所述铁尾矿烧结多孔材料按重量百分比主要由如下组分制备而成，铁尾矿粉40％、稻壳粉35％、粘结剂15％、助熔剂5％、加固剂5％。采用上述比例制得的铁尾矿烧结多孔材料的性能最优，密度为0.8614g/cm3，抗压强度为6.4MPa，吸水率为56.37％。进一步地，所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.25mm，所述稻壳粉的粒径小于或等于0.3mm。控制铁尾矿粉和稻壳粉的粒径不仅有利于充分均匀地混合，而且铁尾矿粉作为骨料，稻壳粉作为造孔剂，其粒径影响形成的多孔材料的平均粒径。进一步地，按重量百分比计，所述铁尾矿粉中包括Fe2O37～9％，SiO230～40％；所述粘结剂为膨润土、高岭土、硅酸钠、黏土中的一种；所述助熔剂为长石或硼砂；所述加固剂为碳酸钙或碳酸镁。长石或硼砂能降低其配料的烧成温度，碳酸钙或碳酸镁在高温状态下可分解为CaO或MgO以及释放CO2气体，可有效提高多孔材料的抗压强度，增加其孔隙。本专利技术所述的铁尾矿烧结多孔材料的制备方法，包括以下步骤：1)配料：按比例准确称取各组分，将各组分混合均匀得到混合物料；2)水固混合：向混合物料中加入去离子水后混合均匀得到湿物料；3)烧制：将湿物料置于模具中，经压样后脱模得到坯体，坯体经过烘干和烧制后得到铁尾矿烧结多孔材料。进一步地，所述步骤1)中包括三个过程：A、铁尾矿粉的制备过程：利用锤式破碎机将铁尾矿破碎至粒径小于或等于20mm后再经振动磨样机研磨至粒径小于或等于0.25mm；B、稻壳粉的制备过程：利用振动磨样机将稻壳研磨至粒径小于或等于0.3mm；C、各组分的混合过程：将各组分送入行星球磨机中磨细混匀，行星球磨机的转速为300～500r/min，球磨时间为1～3min。通过将铁尾矿和稻壳研磨，控制其粒径后混合更加均匀，而且有利于形成较好的空隙进而增强抗压强度和吸水率。进一步地，所述步骤2)中的水固混合是将去离子水与混合物料按重量比为0.08～0.3进行混合，经碾压混匀后将湿物料筛至粒径小于或等于0.71mm。水固比为0.08～0.3，多孔材料的成型效果较好。进一步筛湿物料为了除去颗粒大的颗粒，如果不再次筛湿物料，大颗粒物质对多孔材料的强抗压强度影响较大。进一步地，所述步骤3)，压样的荷载为5～10MPa，保压时间为8～12s；所述烘干温度100～110℃，时间20～26h；所述烧制的具体过程是：将烘干后的坯体置于炉内进行烧制，从室温开始以4.5～5.5℃/min的升温速率升到900～1100℃进行烧制，保温时间为1～3h，待烧制完成后冷却即得铁尾矿烧结多孔材料。本专利技术的优点在于：1，相对于现有技术，本专利技术中利用稻壳粉作为造孔剂具有诸多优点，首先，稻壳主要成分纤维素、半纤维素、木质素，在烧结温度在170～400℃时，纤维素及半纤维素大量分解，部分木质素软化和分解，形成孔洞；其次，稻壳密度为0.1g/cm3左右，自然堆积密度为0.096～0.16g/cm3，其密度小，可有效降低多孔材料的密度；然后，稻壳中富含二氧化硅，燃烧时会产生大量二氧化硅凝胶粒子的松散聚结体，主要有两种尺寸的孔隙组成：一是稻壳纤维板片交错形成的微米级蜂窝孔，另一种是位于纤维板片上的二氧化硅凝胶粒子粘聚成的纳米尺度孔(<50nm)；而且稻壳成本低廉。同时，铁尾矿也具有一定的造孔能力，因为铁尾矿中含有Fe2O3，高温下Fe2O3被稻壳中的碳还原生成FeO和Fe的过程中生成CO和CO2气体；因此，铁尾矿与高炉渣、页岩、钢渣、粉煤灰等废渣相比，铁尾矿自身具有造孔能力，更适宜作多孔材料的制备原料。2，本专利技术中铁尾矿粉作为骨料，稻壳粉作为造孔剂；铁尾矿粉为工业固体废弃物，稻壳粉为农业废弃物，实现矿业废弃物与农业废弃物资源化，减少铁尾矿环境污染及稻壳堆积飞散的问题；而且以铁尾矿粉和稻壳粉制备得到的多孔材料的密度小、抗压强度大以及吸水率高。具体实施方式为更好地理解本专利技术，以下将结合具体实例对专利技术进行详细的说明。实施例1制备铁尾矿烧结多孔材料的方法，包括以下步骤：1)配料：按比例准确称取各组分，将各组分混合均匀得到混合物料；各组分的重量百分比为：铁尾矿粉30％、稻壳粉15％、粘结剂20％、助熔剂5％、加固剂30％。铁尾矿粉的制备过程为：利用锤式破碎机将铁尾矿破碎至粒径为20mm后再经振动磨样机研磨至粒径等于0.25mm；铁尾矿粉中包括7wt％，SiO230wt％；稻壳粉的制备过程是：利用振动磨样机将稻壳研磨至粒径等于0.3mm；稻壳中纤维素含量为38wt％；木质素含量为20wt％；灰分含量为18wt％；堆积密度0.0948g/cm3；粘结剂为膨润土，助熔剂为长石，加固剂为碳酸钙。2)水固混合：向混合物料中加入去离子水，去离子水与混合物料以重量比为0.08混合，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：按重量百分比主要由如下组分制备而成：铁尾矿粉30～40％、稻壳粉10～35％、粘结剂5～35％、助熔剂5～15％、加固剂5～30％。

【技术特征摘要】
1.一种铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：按重量百分比主要由如下组分制备而成：铁尾矿粉30～40％、稻壳粉10～35％、粘结剂5～35％、助熔剂5～15％、加固剂5～30％。2.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：按重量百分比主要由如下组分制备而成，铁尾矿粉37～40％、稻壳粉18～35％、粘结剂14～35％、助熔剂5～14％、加固剂5～15％。3.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：按重量百分比主要由如下组分制备而成，铁尾矿粉40％、稻壳粉35％、粘结剂15％、助熔剂5％、加固剂5％。4.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：所述铁尾矿粉的粒径小于或等于0.25mm，所述稻壳粉的粒径小于或等于0.3mm。5.根据权利要求1所述的铁尾矿烧结多孔材料，其特征在于：按重量百分比计，所述铁尾矿粉中包括Fe2O37～9％，SiO230～40％；所述粘结剂为膨润土、高岭土、硅酸钠、黏土中的一种；所述助熔剂为长石或硼砂；所述加固剂为碳酸钙或碳酸镁。6.一种制备权利要求1～5中任一项所述的铁尾矿烧结多孔材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)配料：按比例准确称取各组分，将各组分混合均匀得到混合物料；2)水固混合：向混合物料中加入去离子水后混...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，张惠灵，陈永亮，徐克猛，段宁，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42