一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法技术

一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法，属于硼泥固废资源化、高值化技术领域。该以硼泥为原料的亚纳米硅晶石按质量百分配比，硼泥：采矿废石：选矿尾矿：页岩：添加剂＝(10～60％)：(0～20％)：(0～20％)：(10～50％)：(5～20％)混料；再进行湿法球磨、喷雾造粒、高温烧制后热处理，得到以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，其容重≤600kg/m3，抗压强度≥8MPa。该方法是一种硼泥整体化增值利用方法，该方法的硼泥综合利用率为100％，并且该方法同时可消纳利用采矿过程产生的废石及选矿过程产生的尾矿等其他固废，并可制备出轻质高强的亚纳米硅晶石产品，为装配式建筑提供一种前景可观的高性能材料。景可观的高性能材料。景可观的高性能材料。

【技术实现步骤摘要】
一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法


[0001]本专利技术属于硼泥固废资源化、高值化
，特别涉及一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法。

技术介绍

[0002]自1956年，辽宁省开始生产硼砂以来，硼泥就作为残渣废料而堆放。生产1吨硼砂大约产生4～5吨硼泥，目前，堆积的硼泥保守储量已达2000万吨，而硼泥的自然堆放，不做任何处理，将会占用大量的耕地、浪费土地资源，并因含碱导致土地碱化及碱液渗透到地下造成地下水污染，同时，由于硼泥的颗粒较细，失去水分后会形成粉尘逸散到空气中污染环境。因此，亟需解决硼泥带来的环境问题，减轻企业排放硼泥的运输负担，减少企业硼泥排放占地的费用，并且实现硼泥资源再利用，也会带来巨大的经济价值和社会效益。
[0003]硼泥的颗粒很细、表面为疏松的无规则颗粒，但含有20～30％的水分，呈碱性(pH值为8～10)，其物化特性导致硼泥利用起来特别困难。目前，硼泥的综合利用涉及建筑、冶金、废水处理、有价组分提取等几个方面，总体上包括直接利用或分离提取后利用两大类利用方法，但无论在各个领域的利用尚处于试验、初级研发或小规模生产阶段，尚未能形成有效利用硼泥中有价元素的成套技术或规模化的高附加值整体化利用技术。直接利用方面来说，无论在建筑领域制备混凝土、砂浆、路基混合料方面，废水处理领域制备硼泥复合混凝剂处理污水方面，冶金领域用作熔剂或烧结球团添加剂方面，亦或是用于作耐火材料、硼镁肥料、塑料填充剂等方面，都存在硼泥利用困难(工艺流程复杂、二次废弃物难处理、产品质量下降等)及产品附加值低的问题。分离提取后利用方面来说，分离提取后利用方法需要逐步提取各种元素，势必会加长流程、影响有价组元提取，并最终影响硼泥的整体利用率。因此，硼泥的整体化利用率亟需提高，亟需开发高附加值的硼泥利用技术并获得高值化产品，创造环境效益、社会效益的同时，实现经济效益的最优化。

技术实现思路

[0004]结合硼泥资源特点和物化特性，针对硼泥在提取镁、硅等有价组元存在资源综合利用率低、易产生二次污染等问题，以及硼泥直接用于建材、冶金等行业，虽可整体利用硼泥，但存在混匀难度大、碱恶化高炉冶炼指标及混凝土耐久性等问题，致使硼泥消纳量小。本专利技术提供了一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法，该方法是一种硼泥整体化增值利用方法，该方法的硼泥综合利用率为100％，并且该方法同时可消纳利用采矿过程产生的废石及选矿过程产生的尾矿等其他固废，并可制备出轻质高强的亚纳米硅晶石产品，为装配式建筑提供一种前景可观的高性能材料。
[0005]本专利技术的一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：混料
[0007]按配比，称量硼泥、采矿废石、选矿尾矿、页岩和添加剂，混合均匀，得到混合物料；其中，按质量百分配比，硼泥：采矿废石：选矿尾矿：页岩：添加剂＝(10～60％)：(0～20％)：
(0～20％)：(10～50％)：(5～20％)；
[0008]步骤2：球磨
[0009]将混合物料，进行湿法球磨，得到球磨后的物料；
[0010]步骤3：喷雾造粒
[0011]将球磨后的物料进行喷雾造粒，得到物料颗粒；
[0012]步骤4：高温烧制
[0013]将物料颗粒进行高温烧制，得到烧制后的产物；其中，高温烧制的温度为1100℃～1300℃；
[0014]步骤5：热处理
[0015]将烧制后的产物依次进行热处理，得到亚纳米硅晶石。
[0016]所述的步骤1中，硼泥包含的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：MgO 23～43.4％，SiO
2 22.6～32.7％、TFe 2.4～14.6％、CaO 1.2～5.9％、Al2O
3 0.1～5.0％、B2O
3 0.7～5.6％、碱R2O1.1～7.7％，其中R为Na和/或K、灰分10～20％，水20～30％，各个化学成分的质量百分比总和为100％。
[0017]所述的硼泥含有的水的质量百分比为20～30％，pH值为8～10，其小于75μm的硼泥颗粒占总硼泥颗粒的80％以上。
[0018]所述的步骤1中，添加剂包括发泡剂、稳泡剂、助磨剂和水，按质量配比，发泡剂：稳泡剂：助磨剂：水＝(0.5～10)：(0.5～10)：(0.5～10)：(1～10)。
[0019]所述的发泡剂优选为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种混合。
[0020]所述的稳泡剂优选为三氧化二铁、铁红中的一种或两种混合。
[0021]所述的助磨剂优选为柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或两种混合。
[0022]所述的步骤2中，球磨工艺为：球料比为(0.5：1)～(2：1)，球磨转速为100～600r/min，球磨时间为6h～18h，混合物料的质量浓度为：0.01～3g/mL。
[0023]所述的步骤3中，喷雾造粒的工艺为：流态化
→
雾化
→
固化。
[0024]所述的步骤3中，物料颗粒的粒度为75μm～1700μm。
[0025]所述的步骤4中，高温烧制的时间为20～120min。
[0026]所述的步骤5中，热处理的温度为400～800℃，时间为5～120min。
[0027]所述的步骤5中，根据生产需要，得到的亚纳米硅晶石可以进行机加工成需要的尺寸，机加工为机械切削加工。
[0028]本专利技术的一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，采用上述方法制得，其成分为SiO
2 20～45％，CaO 0.8～20％，MgO 18～55％，R2O 0.8～15％，TFe 1.5～18％，Al2O
3 0.1～6.5％、B2O
3 0.45～7.5％，余量为杂质，R为Na和/或K，其微观结构为“类钢筋混凝土”结构，通过棒状晶体交织成网，其中，晶体结构排列成“鸟巢”型空间；其宏观尺寸为1.0
×
2.0
×
0.05m，所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石容重≤600kg/m3，抗压强度≥8MPa。
[0029]所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，因为钠元素的存在，其能够降低烧制温度并改善亚纳米硅晶石结构，因为硼的存在，其能够增加亚纳米硅晶石的强度，降低析晶活化能，从而使得在较低的烧制温度下就能够实现添加剂中的发泡剂发泡，从而使得亚纳米硅晶石形成多孔形态，能够使得制备的亚纳米硅晶石同时满足轻质和高强的双重效果。
[0030]本专利技术一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石及其制备方法方法的有益效果是：
[0031]1、本专利技术采用的硼泥碱性强，其利用了钠元素降低烧制温度并改善亚纳米硅晶石结构，而硼泥的含水量大，其通过球磨处理，不仅利用了硼泥的含水量大的特点，也在湿法球磨过程中，将硼泥在原有的粒度细的基础上进一步细化粒度，从而改善分散性差的问题。
[0032]2、本专利技术采用硼泥制备亚纳米硅晶石技术，实现硼泥的整体化利用率达100％；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，其特征在于，该以硼泥为原料的亚纳米硅晶石包括的原料及各个原料的质量百分浓度为：硼泥为10～60％、采矿废石为0～20％、选矿尾矿为0～20％、页岩为10～50％、添加剂为5～20％；所有物料的质量百分浓度之和等于100％。2.根据权利要求1所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，其特征在于，所述的步骤1中，硼泥包含的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：MgO 23～43.4％，SiO
2 22.6～32.7％、TFe 2.4～14.6％、CaO 1.2～5.9％、Al2O
3 0.1～5.0％、B2O
3 0.7～5.6％、碱R2O 1.1～7.7％，其中R为Na和/或K、灰分10～20％，水20～30％，各个化学成分的质量百分比总和为100％；所述的硼泥含有的水的质量百分比为20～30％，pH值为8～10，其小于75μm的硼泥颗粒占总硼泥颗粒的80％以上。3.根据权利要求1所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，其特征在于，添加剂包括发泡剂、稳泡剂、助磨剂和水，按质量配比，发泡剂：稳泡剂：助磨剂：水＝(0.5～10)：(0.5～10)：(0.5～10)：(1～10)。4.根据权利要求3所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石，其特征在于，所述的发泡剂为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种混合；所述的稳泡剂为三氧化二铁、铁红中的一种或两种混合；所述的助磨剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或两种混合。5.权利要求1～4任意一项所述的以硼泥为原料的亚纳米硅晶石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：混料按配比，称量硼泥、采矿废石、选矿尾矿、页岩和添加剂，混合均匀，得到混合物料；其中，按质量百分配比，硼泥：采矿废石：选矿尾矿：页岩：添加剂＝(10～60％)：(0～20％)：(0～20％)：(10～50％)：(5～20％)；步骤2：球磨将混合物料，进行湿法球磨，得到球磨后的物料；步骤3：喷雾造粒将...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛向欣，程功金，马明龙，杨合，韩通，刘建兴，刘侠和，邢振兴，宋翰林，高子先，汤卫东，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：