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        建材用花崗巖廢料綜合利用試驗(yàn)研究

        2021-01-28 07:35:38魏付帥郝小非
        河南建材 2021年1期
        關(guān)鍵詞:白度磁選廢料

        魏付帥 郝小非

        中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所(450006)

        0 前言

        花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬,顏色美觀,不易風(fēng)化,廣泛應(yīng)用于高級(jí)建筑裝飾工程、大廳地面和路邊裝飾石板等方面;但進(jìn)行花崗巖加工時(shí),產(chǎn)生大量的花崗巖廢料,花崗巖廢料中含有長(zhǎng)石、石英資源,是玻璃、陶瓷工業(yè)的重要原料;如果直接丟棄,不僅占用了大量的土地,還造成了資源的浪費(fèi);因此,對(duì)于花崗巖廢料的開發(fā)利用具有重要意義。毛宇暉[1]等利用花崗巖廢料與黏土混合制作了新型墻體材料,其制備的花崗巖磚的主要性能超過普通黏土磚;趙更歧等[2]利用花崗巖廢料制備了加氣混凝土砌塊,經(jīng)檢測(cè),抗凍性與耐久性符合規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);郝小非等[3]研究了河南方城花崗巖型長(zhǎng)石礦的組成以及礦石氧化鐵含量與產(chǎn)品白度的關(guān)系,并分析了在不同脫泥粒度、磨礦細(xì)度、磨礦濃度、磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下,花崗巖型長(zhǎng)石礦精礦中氧化鐵含量的變化情況;研究認(rèn)為氧化鐵含量越低,白度越高;曾利群等[4]研究了深圳地區(qū)風(fēng)化花崗巖渣土,發(fā)現(xiàn)深圳地區(qū)工程渣土是一種含石英、長(zhǎng)石、高嶺土和黑云母的風(fēng)化花崗巖土,通過 X 射線熒光(XRF)、X 射線衍射(XRD)和標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度等方法研究了利用風(fēng)化花崗巖渣土制備機(jī)制砂和礦物摻和料的可行性;研究認(rèn)為深圳地區(qū)工程渣土經(jīng)加工處理可以作為經(jīng)濟(jì)效益良好的建筑材料。王少陽(yáng)等[5]研究了利用花崗巖廢料制備閉孔泡沫陶瓷的工藝,以碳化硅為發(fā)泡劑,制備的泡沫陶瓷體積密度為237.4 kg/m3,抗壓強(qiáng)度為 0.85 MPa,抗彎強(qiáng)度為 0.42 MPa,孔隙率為83.31%,吸水率為2.21%,熱導(dǎo)系數(shù)為0.051 W/(m·K)。研究認(rèn)為此種泡沫陶瓷在建筑保溫領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

        1 花崗巖廢料的礦物組成特征

        花崗巖廢料取自河南南陽(yáng),主要礦物組成為長(zhǎng)石、石英,雜質(zhì)礦物為白云母、黑云母、磁鐵礦和褐鐵礦,由于這些染色雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響建材陶瓷產(chǎn)品的色澤及硬度,因此必須進(jìn)行脫除。通過工藝礦物學(xué)鑒定查明其主要礦物為石英和長(zhǎng)石,石英含量在35%左右,它形粒狀,薄片中無色透明,正低突起,一級(jí)灰白干涉色,可見波狀消光,粒徑為0.5~2 mm,平均粒徑1 mm(如圖1 所示);鉀長(zhǎng)石含量在28%左右,多呈自形、半自行板狀呈半自形-他形板狀,顆粒較大者自形程度較好,薄片無色,負(fù)低突起,最高干涉色一級(jí)灰白,可見格子雙晶、 卡巴雙晶,粒徑0.5~2 mm(如圖2 所示);斜長(zhǎng)石:含量在 32%左右,呈半自形-他形板狀,薄片中無色,正低突起,最高干涉色為一級(jí)灰白,聚片雙晶發(fā)育,粒徑為0.05~2 mm,平均粒徑1 mm(如圖3 所示);其雜質(zhì)礦物主要為黑云母、白云母、褐鐵礦、磁鐵礦。黑云母含量約3%,粒徑0.1~1 mm,薄片中褐色,呈鱗片狀,不規(guī)則狀分布,多色性吸收性顯著,近平行消光。平均粒徑0.5 mm;白云母含量約1%,薄片中無色,鱗片狀,呈脈狀分布于條紋長(zhǎng)石的裂隙中,近平行消光,鮮艷干涉色平均粒徑0.09 mm 褐鐵礦、磁鐵礦約占1%。

        圖1 石英光性特征(波狀消光)

        圖2 鉀長(zhǎng)石光性特征

        圖3 斜長(zhǎng)石光性特征(聚片雙晶)

        2 選礦提純方案設(shè)計(jì)

        根據(jù)該花崗巖廢料的工藝礦物學(xué)分析可知,鉀長(zhǎng)石或鈉長(zhǎng)石較低,石英含量高,其K2O 含量5%~7%、Na2O 含量 3%~4%,SiO2含量 66%~77%,如果考慮首先進(jìn)行降硅提高鉀鈉含量,然后再進(jìn)行除鐵的工藝方案,可顯著提高有用礦物含量,提升市場(chǎng)銷售前景,但存在方案選礦成本高,選礦過程使用的浮選藥劑會(huì)產(chǎn)生二次污染等問題,因此,考慮直接進(jìn)行除鐵工藝方案。目前,國(guó)內(nèi)外除鐵工藝有磁選、酸浸、浮選工藝,但酸浸、浮選同樣會(huì)產(chǎn)生二次污染,故而選擇直接磁選除鐵的工藝方案。

        3 工藝路線

        工藝路線如圖4 所示。原礦經(jīng)過破碎制備成小于2 mm 的顆粒,然后進(jìn)行磨礦、脫泥、磁選試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中選擇不同的脫泥粒度、磨礦細(xì)度、磁選強(qiáng)度進(jìn)行條件試驗(yàn),依據(jù)產(chǎn)品的燒成白度選擇出最佳試驗(yàn)條件(燒成白度為1 200 ℃,保溫30 min 測(cè)試的白度)[3]。

        圖4 技術(shù)路線圖

        4 試驗(yàn)

        4.1 脫泥粒度試驗(yàn)

        在磨礦細(xì)度小于150 μm 時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度10 000 Gs 條件下,選擇不同的脫泥粒度進(jìn)行試驗(yàn),其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表1。

        表1 不同脫泥粒度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

        4.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

        在保持脫泥粒度38 μm,磁場(chǎng)強(qiáng)度10 000 Gs條件下,選擇不同的磨礦細(xì)度進(jìn)行試驗(yàn),其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表2。

        表2 不同磨礦細(xì)度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

        4.3 磁選強(qiáng)度試驗(yàn)

        在保持脫泥粒度38 μm,磨礦細(xì)度小于150 μm,選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn),其產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度見表3。

        表3 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下產(chǎn)品的產(chǎn)率和燒成白度

        4.4 產(chǎn)品檢查分析

        選擇脫泥粒度38 μm,磨礦細(xì)度小于150 μm ,磁場(chǎng)強(qiáng)度10 000 Gs 條件下,最終獲得試驗(yàn)產(chǎn)品的Xrd 分析結(jié)果、燒成白度與樣品的情況見表4、圖5。

        表4 Xrd 衍射分析結(jié)果

        圖5 產(chǎn)品燒成小餅和體式鏡下產(chǎn)品外觀圖

        5 結(jié)果與討論

        1)從表1 可知,脫泥粒度大時(shí),由于燒成白度較高的部分較細(xì)粒產(chǎn)品被脫去,而染色雜質(zhì)礦物與較大顆粒未解離,導(dǎo)致燒成白度低;脫泥粒度小時(shí),由于燒成白度很低的細(xì)粒產(chǎn)品中染色雜質(zhì)礦物高,未能充分脫除;當(dāng)脫泥粒度為0.038 mm,產(chǎn)品白度較好。

        2)從表2 可知,磨礦細(xì)度較細(xì)時(shí),含鐵礦物易泥化,磁選過程夾雜嚴(yán)重,使產(chǎn)品燒成白度低;磨礦粒度較粗時(shí),含鐵礦物和主要成分未充分解離,使產(chǎn)品燒成白度低;綜合產(chǎn)品產(chǎn)率情況,當(dāng)磨礦細(xì)度小于150 μm,產(chǎn)品的產(chǎn)率和產(chǎn)品白度較好。

        3)從表3 可知,磁選強(qiáng)度低時(shí),染色雜質(zhì)未能充分脫除,磁選強(qiáng)度大時(shí),染色雜質(zhì)會(huì)合主要成分一起被脫除,磁選強(qiáng)度為10 000 Gs 時(shí),產(chǎn)品白度較好。

        4)從表4 和圖6 可知,最終產(chǎn)品主要組成礦物為長(zhǎng)石與石英,基本未發(fā)現(xiàn)染色雜質(zhì)成分,燒成小餅表面光滑,已瓷化,無黑點(diǎn),表明經(jīng)過簡(jiǎn)單加工后的花崗巖廢料白度大,染色雜質(zhì)礦物少。

        5)試驗(yàn)最佳條件為脫泥粒度38 μm,磨礦細(xì)度小于150 μm ,磁場(chǎng)強(qiáng)度10 000 Gs,所得產(chǎn)品指標(biāo)符合陶瓷企業(yè)拋光磚或陶瓷坯料要求。

        6 展望

        河南有豐富的花崗巖資源,在進(jìn)行花崗巖板材加工時(shí)產(chǎn)生的廢料較多,對(duì)其進(jìn)行二次資源利用,使其變廢為寶,技術(shù)可行,資源有保障。至于具體的開發(fā)利用方向,應(yīng)根據(jù)礦石自身實(shí)際情況和周邊市場(chǎng)需求情況,選擇合適的加工工藝。

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