一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于铁尾矿无害化及综合利用领域，公开一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料及其制备方法和应用。所述微晶玻璃材料是将铁尾矿粉末与氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末球磨混合，然后将混合得到的粉末压制成片状；将片状在960～1460℃烧结，自然冷却至常温制得。本发明专利技术通过不同原料配比进行实施，得得到了具有优异的吸水率、弹性模量、耐酸耐碱性的铁尾矿微晶玻璃材料，其吸水率为0.3％，弹性模量为733.6MPa，耐酸性为0.12％，耐碱性为0.01％，达到国家标准要求。本发明专利技术方法简单，易于规模化生产，实现了尾矿的无害化和资源化利用，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料及其制备方法和应用
本专利技术属于固体废物尾矿无害化及综合利用
，更具体地，涉及一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料及其制备方法和应用。
技术介绍
尾矿是选矿过程中产生的固体废物，我国每年排出的尾矿含量高达5亿吨以上，其中铁尾矿排放量达1.5亿吨。但是尾矿的综合利用率低，小于10％。所以，尾矿的处理和再利用是我国目前应当广泛关注的问题。长期以来尾矿处理处置主要采用露天堆放的方法，这种方法占用了大量的土地，对空气造成污染。而且铁尾矿中的化学元素十分复杂，在露天堆放的过程中受到侵蚀，其中的一些金属元素会发生迁移，从而对当地的土壤、水体造成严重污染，危害人体健康。但是，尾矿同时也是一种潜在的资源，其中含有的化学成分如氧化铝、氧化硅、氧化钙以及氧化镁等都是建筑材料常用的原材料，所以，合理开发利用尾矿不仅可以解决环境污染，还可以弥补资源的不足。近些年来，尾矿的处理和利用方式主要集中在回收有用金属和非金属矿物，作为冶金原料、土壤改良剂、肥料以及生产建筑材料等方面。这些处理方法起到了一定的积极重要的作用，但附加值较低。利用尾矿来开发生产微晶玻璃材料是一个新的有效的途径，微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的特征，因而具有良好的性能，比如抗压能力强、耐磨性好、抗化学腐蚀能力强、吸水性小等，是一种高附加值的产品。所以，利用尾矿制备微晶玻璃，既可以变废为宝，又可以满足目前对建筑材料的需求，具有良好的经济效益和社会效益。目前针对尾矿制备微晶玻璃的研究越来越多，已有专利公开了微晶玻璃的制备方法。例如，专利CN200810306559.1公开了以锂辉石尾矿为主要原料的低膨胀微晶玻璃及其制造方法，该方法的优点是所添加的锂辉石的含量比较多，但是添加的其他成分较多，且烧结温度过高，在1550～1620℃之间，温度控制过程复杂。专利CN201811015586.3公开了一种利用钾长石尾矿制备微晶玻璃的方法，该方法在利用钾长石尾矿制备微晶玻璃之前，对钾长石颗粒进行了高压处理，在二氧化碳形成的高压和弱酸条件下结合捕捉剂去除了钾长石中的一些钛和铁，使钛和铁的含量控制在一定范围内，后续过程不需添加晶核剂。但是，该方法的热处理制度复杂，需要经过水淬过程，不易操作。目前，关于铁尾矿制备CAS系微晶玻璃材料的方法较少，而且，这些方法没有关注所制备的产品中重金属的沥出性是否符合国家的标准要求。因此，提供一种铁尾矿制备高性能、低成本、安全环保且操作简单的微晶玻璃材料的方法具有重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本专利技术首要目的在于提供一种CAS系(CaO-Al2O3-SiO2)铁尾矿微晶玻璃材料。该铁尾矿微晶玻璃材料具有良好的弹性模量、耐酸耐碱性和吸水率。重金属沥出浓度达到国家标准GB5085.3-2007规定的阈值，符合微晶玻璃用于建材的环保要求。本专利技术另一目的在于提供上述CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的制备方法。该方法操作简单，采用一步法热处理工艺高温烧结，不添加晶核剂。克服了现今铁尾矿资源利用较低，操作过程复杂等技术问题。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，所述微晶玻璃材料是将铁尾矿粉末与氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末球磨混合，然后将混合得到的粉末压制成片状，将片状在960～1460℃烧结，自然冷却至常温制得。优选地，所述铁尾矿粉末、氧化铝、氧化硅和氧化钙的质量比为(10～39)：(22～33)：(26～38)：(13～19)。优选地，所述球磨的时间为0.5～2h。优选地，所述烧结的升温的速率为5～10℃/min。优选地，所述烧结的时间为1～3h。优选地，所述铁尾矿粉末、氧化铝、氧化硅、氧化钙粉末的粒径为200～300μm。优选地，所述片状的直径为25～30mm，厚度为2～4mm。优选地，所述压制的压力为20～30MPa，所述压制的时间1～2min。所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的制备方法，包括如下具体步骤：S1.将铁尾矿在100～110℃烘干后，用陶瓷研钵研磨过筛，得到铁尾矿粉末；S2.将铁尾矿粉末与氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末球磨混合，将混合得到的粉末压制成片状；S4.将得到的片状置于氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入高温电阻炉中进行高温烧结，升温至960～1460℃烧结；自然冷却至常温后，制得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料。所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料在建筑材料领域中的应用。本专利技术中使用的氧化铝、氧化硅和氧化钙的物相分别为γ-Al2O3、方石英、石灰。铁尾矿、氧化铝、氧化硅和氧化钙混合压片后烧结得到的CAS系铁尾矿微晶玻璃的主要物相为钙长石。当温度低于950℃时，物相主要为原材料的物相，即方石英、石英、石灰、赤铁矿等。1120℃时开始生成钙铝黄长石，1180℃时有少量钙长石生成。当温度升高到1260℃时，晶相全部转化为钙长石。钙铝黄长石和钙长石晶相生成的反应方程式为：3SiO2·Al2O3+6CaO→3Ca2Al2SiO7(钙铝黄长石)(1)Ca2Al2SiO7+3SiO2+Al2O3→2CaAl2Si2O8(钙长石)(2)与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术将铁尾矿与氧化铝、氧化硅、氧化钙粉末在特定的原料配比下混合，通过各组分的协同作用，克服了铁尾矿中铝和硅含量较低的问题，混合压片后进行烧结，烧结过程中生成钙长石晶相，同时高温烧结条件下重金属固化于铁尾矿微晶玻璃中，重金属的沥出性显著降低。2.本专利技术的铁尾矿微晶玻璃材料具有优异的吸水率、弹性模量、耐酸耐碱性，达到国家标准JC/T872-2000的要求。3.本专利技术的高温烧结对铁尾矿中重金属具有固化作用，浸出液中重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Ni)浓度远低于(GB5085.3-2007)规定的阈值，实现了铁尾矿的无害化和资源化利用。4.本专利技术制备方法简单，易于规模化生产，得到的产品安全环保，具有良好的应用前景，能作为建筑材料应用于实际生产中。附图说明图1为实施例1-5中在1460℃烧结2h所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的X射线衍射图谱。图2为实施例1-5中在1460℃烧结2h所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的扫描电镜图。图3为实施例6-10在960～1460℃烧结2h所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的X射线衍射图谱。图4为实施例6-10在960～1460℃烧结2h所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的扫描电镜图。图5为实施例6-10所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的实物图。图6为实施例6-10所得CAS系铁尾矿微晶玻璃材料的吸水率、弹性模量和耐酸耐碱性能。图7为实施例3在1460℃烧结2h得到的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料和对比例原尾矿粉末和原尾矿粉末烧结产品的重金属沥出性能。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述微晶玻璃材料是将铁尾矿粉末与氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末球磨混合，然后将混合得到的粉末压制成片状，将片状在960～1460℃烧结，自然冷却至常温制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述微晶玻璃材料是将铁尾矿粉末与氧化铝、氧化硅和氧化钙粉末球磨混合，然后将混合得到的粉末压制成片状，将片状在960～1460℃烧结，自然冷却至常温制得。


2.根据权利要求1所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述铁尾矿粉末、氧化铝、氧化硅和氧化钙的质量比为(10～39)：(22～33)：(26～38)：(13～19)。


3.根据权利要求1所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述球磨的时间为0.5～2h。


4.根据权利要求1所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述烧结的升温的速率为5～10℃/min。


5.根据权利要求1所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述烧结的时间为1～3h。


6.根据权利要求1所述的CAS系铁尾矿微晶玻璃材料，其特征在于，所述铁尾矿粉末、氧化铝、氧化硅、氧化钙粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：路星雯，刘雨昕，宁寻安，王玉洁，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44