［ 3-5 ］奉化陶粒厂家宁波陶粒生物处理花卉陶粒多少钱一平方米

 

着国家 “ 禁 粘 ” 工 作 力 度 的 进 一 步 加 大 ， 以 及 可 持 续 发 展 战 略 和 循 环 经 济 思 想 的 深 入 人 心 ， 陶 粒 的 原 材 料 已

 

［ 6-8 ］

 

Al 2 O 3 与 SiO 2 的工业废弃物 ， 两种成分在一定温度下可形成高强度耐火莫 来 石 相 ［ 9 ］ ， 故 可 用 其 作 为 原 料 烧 结 陶粒 ， 实现资源二次利用 。

 

［ 10 ］

 

原料 ( SiO 2 含量低于 30% ) ， 当铁尾矿 ∶ 黏土 ∶ 煤粉 ∶ KD 粉 = 83 ∶ 8 ∶ 3 ∶ 6 ， 烧结温度和保温时间分别为 1160 ℃ 和 60 min 时 ， 烧成陶粒的性能指标符合 GB / T 174311-2010 《 轻 集 料 及 其 试 验 方 法 》 标 准 中 900 级 陶 粒 的 要 求 

 

间 20 min ， 烧结温度 1140 ℃ ， 烧结时间 15 min 。 在该工艺条件下 ， 低硅铁尾矿陶粒的堆积密度为 705 kg · m ， 表观

 

密度 1612 kg · m ， 吸水率 9 ． 67% ， 筒压强度 6 ． 81 MPa ， 满足国家规范的要求 。

 

铁尾矿是铁矿石经过分选工艺选 取 铁 精 矿 后 剩 余 的 废 渣 。 由 于 我 国 铁 矿 资 源 贫 矿 多 、 富 矿 少 ， 造 成

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铁矿尾矿成为我国产出量较大 、 综合利用率较低的 固 体 废 弃 物 。 目 前 为 止 ， 其 堆 存 量 高 达 十 几 亿 吨 ， 占 到

 

区资源浪费和环境污染严重 。 烧结陶粒作为一种轻集料在建筑领域 、 污水处理方面都有着广泛应用 。 随

 

逐步 从 传 统 的 粘 土 、 页 岩 转 变 为 粉 煤 灰 、 煤 矸 石 、 污 泥 、 生 活 垃 圾 等 废 弃 物 。 由 于 铁 尾 矿 是 一 种 富 含

 

目前国内外对于采用铁尾矿为主要原料制备陶粒的研究较少 ， 只有王德民等 以 某 低 硅 铁 尾 矿 为 主 要

 

息雪立 以高硅铁尾矿主要原料 ( SiO 2 含量达 65% 以上 ) ， 以粉煤灰为辅料 ， 制备出堆积密度为 876 kg · m ，

 

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第 1 期                           李 晓 光 等 : 低 硅 铁 尾 矿 陶 粒 烧 结 工 艺 优 化 试 验                          295

 

筒压强度 5 ． 2 MPa ， 1 h 吸水率为 0 ． 3% 的铁尾矿陶粒 。 但对于 SiO 2 含量在 40% ～ 50% 的铁尾矿制备陶粒的 仍没用相关研究 。 本文主要研究利用 SiO 2 含量在 40% ～ 50% 低 硅 铁 尾 矿 制 备 高 强 度 烧 结 陶 粒 煅 烧 工 艺 问 题 。 通过陶粒物理性能测试 ， 如表观密度 、 堆积密度 、 筒压强度和吸水率等 ， 得到此烧结型低硅铁尾矿陶 佳配比及优烧结制度 。

 

2    试   验

 

2． 1   原材料

 

试验采用陕西某铁尾矿综合利用企业生产的铁尾矿 细 粉 作 为 制 备 陶 粒 的 主 要 原 料 ， 以 适 量 的 膨 润 土 和

 

铝矾土作为硅铝调节剂 。 各原材料化学成分如表 1 所示 ， XＲD 图谱如图 1 所示 。

 

表 1   主要原料化学成分

 

Tab． 1   Chemical composition of main raw materials

 

Ingredient / %                SiO 2       Al 2 O 3       Fe 2 O 3       CaO        MgO       Na 2 O       K 2 O        SO 3        TiO 2

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Iron tailings                48 ． 92       12 ． 00       15 ． 02       10 ． 80       7 ． 319        2 ． 41        0 ． 744       0 ． 261       3 ． 210 Bentonite                 54 ． 17       15 ． 42       8 ． 692       3 ． 355       1 ． 734        2 ． 39        1 ． 70        0 ． 072        1 ． 09 Bauxite                  22 ． 90       63 ． 36       1 ． 902       0 ． 305        0 ． 05          -         0 ． 167       0 ． 025       3 ． 225

 

图 1   原材料的 XＲD 图谱

 

Fig． 1    XＲD patterns of raw materials ( a ) iron tailings ;( b ) bentonite ;( c ) bauxite

 

2． 2   试验设计及方法 ( 1 ) 铁尾矿陶粒配比

 

为充分利用铁尾矿制备陶粒 ， 铁尾矿含量至少应占 50% 以上 。 铝矾土 中 Al 2 O 3 含 量 为 63 ． 36% ， 因 此 在 材料配比设计中应适当加入铝矾土 ( 陶粒中 Al 2 O 3 过 多 会 导 致 烧 结 温 度 过 高 ， 能 耗 太 高 且 不 易 控 制 ) 。 本 试 验固定铝矾土掺量为 10% ， 而膨润 土 掺 量 分 别 为 30% ， 20% 和 10% 。 试 验 初 选 定 所 需 原 料 的 比 例 ， 各 种 材 料比例见表 2 。

 

表 2   铁尾矿陶粒原料的配比

 

Tab． 2   Proportion of raw materials of iron tailings ceramsite

 

No．                             Iron tailings                          Bentonite                            Bauxite A1                                 60                                 30                                 10 A2                                 70                                 20                                 10 A3                                 80                                 10                                 10

 

 

 

( 2 ) 陶粒烧结工艺优化试验设计

 

为优化陶粒的烧结工艺 ， 提高成品率 ， 将预热温度 A 、 预 热 时 间 B 、 烧 结 温 度 C 和 烧 结 时 间 D ， 各 选 取 三

 

个水平 ， 进行正交试验设计 ， 见表 3 。

 

表 3   正交试验因素水平表

 

Tab． 3   Factors and levels of orthogonal design

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Preheating temperature A / ℃             Preheating time B / min             Sintering temperature C / ℃              Sintering time D / min

 

350                                 10                                1120                                10 400                                 20                                1140                                15 450                                 30                                1160                                20

 

( 3 ) 试验方法

 

采用圆盘造粒机制备生料球 ， 经筛 分 选 取 15 ～ 25 mm 的 球 粒 。 为 防 止 烧 制 时 陶 粒 出 现 裂 纹 或 炸 裂 ， 将 铁 尾矿生料球放入干燥箱干燥 ， 干燥时间为 60 ～ 90 min ， 烘干温度为 100 ℃ 。 按照正交试验设计的工艺参数 开展试验 。 所制备的铁尾矿陶粒宏观性能 ( 堆积密度 、 表观密度 、 吸水率 、 筒压强 度 ) 测 试 方 法 ， 按 标 准 《 轻 集 料及实验方法 》 GB / T 174312-2010 实施 。

 

3    结果与讨论

 

3． 1   不同原料配方对陶粒物理性能影响

 

将三种不同配方的铁尾矿陶粒球放入高温炉中 预 热 烧 制 ， 预 热 升 温 为 5 ℃ / min ， 预 热 温 度 为 400 ℃ ， 预 热时间为 20 min 。 随后进行高温烧结 ， 升温为 10 ℃ / min ， 烧结温度 为 1200 ℃ ， 烧 结 时 间 为 15 min 。 其 后 自 然冷却至室温 。 陶粒堆积密度 、 表观密度 、 吸水率 、 筒压强度随配比变化 ， 见表 4 。

 

表 4   铁尾矿陶粒的物理性质

 

Tab． 4   Physical property of iron tailings ceramsite

 

No．                      Bulk density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Apparent density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Water absorption

 

/%

 

Cylinder compressive strength

 

/ MPa

 

A1                        717 ． 81                      1643 ． 00                       16 ． 7                        5 ． 96 A2                        721 ． 08                      1679 ． 39                       8 ． 21                        6 ． 91 A3                        779 ． 80                      1742 ． 67                       12 ． 4                        6 ． 44

 

由表 4 可知 ， 陶粒 A2 的吸水率 ( 8 ． 21% ) 和筒压 强 度 ( 6 ． 91 MPa ) 指 标 均 优 于 A1 和 A3 组 。 而 A2 堆 积

 

－3 －3 －3

 

优化试验 。

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3 ． 2 烧结制度优化对陶粒物理性能的影响

 

4

 

表 5   正交试验设计方案

 

Tab． 5   Orthogonal test design

 

No．                Preheating temperature X1

 

/℃

 

Preheating time X2

 

/ min

 

Sintering temperature X3

 

/℃

 

Sintering time X4

 

/ min

 

S1                          350                          10                         11200                         10 S2                          350                          20                         1140                         15 S3                          350                          30                         1160                         20 S4                          400                          10                         1140                         20 S5                          400                          20                         1160                         10 S6                          400                          30                         1120                         15 S7                          450                          10                         1160                         15 S8                          450                          20                         1120                         20 S9                          450                          30                         1140                         10

 

根据实际试验情况 ， 选取四个影响陶粒质量且易于检测的性质指标 ， 即堆积密度 、 表观密度 、 吸水率及筒

 

压强度进行测试 ， 测试结果见表 6 。

 

密 度 721 ． 08 kg · m 比 A1 的 717 ． 81 kg · m 仅高 3 kg · m 。 故选用此 A2 配方进行进一步烧结工艺制度

 

采用 L9 ( 3 ) 正交试验表进行试验 ， 设计方案见表 5 。

 

 

 

表 6   正交试验测试结果

 

Tab． 6   Orthogonal test result

 

No．                      Bulk density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Apparent density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Water absorption

 

/%

 

Cylinder compressive strength

 

/ MPa

 

S1                          691                         1582                        12 ． 46                        6 ． 02 S2                          696                         1592                        9 ． 78                        6 ． 74 S3                          636                         1457                        11 ． 5                        5 ． 59 S4                          726                         1661                        9 ． 58                        6 ． 51 S5                          648                         1485                        12 ． 57                        5 ． 74 S6                          667                         1526                        11 ． 86                        6 ． 21 S7                          649                         1486                         11                          5． 2 S8                          661                         1512                        12 ． 79                        6 ． 12 S9                          702                         1607                        11 ． 13                        6 ． 95

 

表 7   性能指标极差分析

 

Tab． 7   Ｒange analysis of orthogonal test

 

Index                            k1                  k2                  k3                Ｒange             Optimal plan

 

A                674 ． 33             680 ． 33             670 ． 67              9 ． 66                   A3 Bulk density                B                688 ． 67             668 ． 33             668 ． 33              20 ． 34                  B2

 

/ ( kg · m － 3 )           C            673            708           644 ． 33          63 ． 67             C3

 

D                680 ． 33             670 ． 67             674 ． 33              9 ． 66                   D2 A               1543 ． 67            1557 ． 33              1535               22 ． 33                  A3 Apparent density              B               1576 ． 33            1529 ． 67              1530               46 ． 66                  B2

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/ kg · m － 3            C            1540           1620           1476           144              C3

 

D                 1558              1534 ． 67            1543 ． 33             23 ． 33                  D2 A                11 ． 25              11 ． 21              11 ． 64               0 ． 43                   A2 Water absorption              B                11 ． 01              11 ． 71              11 ． 50               0 ． 70                   B1 /%                    C                12 ． 37              10 ． 16              11 ． 69               2 ． 21                   C2

 

D                12 ． 05              10 ． 88              11 ． 29               1 ． 17                   D2 A                 6 ． 12               6 ． 15               6 ． 09               0 ． 06                   A2 Cylinder compressive            B                 5 ． 91               6 ． 20               6 ． 25               0 ． 34                   B3 strength / MPa               C                 6 ． 12               6 ． 73               5 ． 51               1 ． 22                   C2

 

D                 6 ． 24               6 ． 05               6 ． 07               0 ． 19                   D1

 

由表 7 可知 ， 以堆 积 密 度 为 考 查 指 标 进 行 正 交 分 析 ， k1 、 k2 、 k3 是 各 因 素 的 第 1 水 平 、 第 2 水 平 、 第 3 水 平的考查指标的平均值 ; 极差是同一因素的考查指标 平 均 值 k1 、 k2 、 k3 中  大 值 与 小 值 之 差 ， 其 大 小 代 表 因素的水平改变对考查指标的影响大小 ， 极差越大说 明 该 因 素 对 考 查 指 标 影 响 越 大 。 从 表 7 可 以 看 出 烧 结 温度 C 的极差为 63 ． 67 ， 是大极差 ， 说明烧结温度 变 化 对 堆 积 密 度 影 响  大 ， 它 的 三 个 水 平 所 对 应 的 堆 积

 

－3 －3 －3

 

优于其他两个水平 ， 所以取它的第 1 水平好 。 其 次 是 预 热 时 间 B 的 极 差  大 ， 为 20 ． 34 ， 它 的 三 个 水 平 对

 

－3 －3 －3

 

－3 －3 －3

 

第 3 水平优于第 1 水平和第 2 水平 ， 取第 3 水平好 。 烧结时间 D 的极差与预热温度 A 相同 ， 说明烧结时间

 

－3 －3

 

674 ． 33 kg · m － 3 ， 取第 2 水平好 。

 

按照不同的考查指标给出的优方案为 : 陶粒堆积密度的优方案组 合 为 A3B2C3D2 ; 陶 粒 表 观 密 度 的

 

优方案为 A3B2C3D2 ; 陶粒吸水率为 A2B1C2D2 ; 陶粒筒压强度则为 A2B3C2D1 。

 

低硅烧结陶粒综合性能应由多方面指标合理权衡确定 。 结合以上正交实验的性能指标极差数据进行综

 

合分析 ， 可得出制备低硅烧结铁尾矿的佳焙烧制度为 : A2B2C2D2 。

 

但这个优化方案在正交试验中已做过的 9 次试验中没有出现 ， 与它的是第 2 号实验 ， 在第 2 号 实 验中只有预热温度 A 不是处于优水平 。 从表中可 以 看 出 ， 预 热 温 度 A 对 表 观 密 度 、 堆 积 密 度 、 吸 水 率 、 筒 压强度 ， 这四个指标的分析中极差均是小的 ， 即对这 四 个 指 标 的 影 响 小 符 合 预 期 。 从 实 验 结 果 来 看 ， 第 2 号试验筒压强度高较大 ， 堆积密度和表观密度偏高 ， 吸水率适中 ， 综合看来性能比较好 。

 

密度分别为 673 ． 00 kg · m 、 708 ． 00 kg · m 、 644 ． 33 kg · m 。 因 为 堆 积 密 度 越 小 越 好 ， 它 的 第 3 水 平 要

 

应的堆积密度平均值分别为 688 ． 67 kg · m 、 668 ． 33 kg · m 、 668 ． 33 kg · m ， 所以取第 2 水平好 。 预热温

 

度 A 的极差大 ， 为 9． 66 ， 三个水平对应的堆积密度分别为 674． 33 kg · m 、 680． 33 kg · m 、 670． 67 kg · m ，

 

对陶粒堆积密度影响与预热温度 A 相同 ， 它的三个水平对应的堆积 密 度 680 ． 33 kg · m 、 670 ． 67 kg · m 、

 

 

3． 3   优化方案的确定

 

按这个方案进行试验 ， 并与正交试验中第 2 号试验进行性能比较 ， 性能结果如表 8 所示 。

 

表 8   优配比对比分析

 

Tab． 8   Optimal ratio of comparative analysis

 

Test                     Bulk density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Apparent density

 

/ ( kg · m － 3 )

 

Water absorption

 

/%

 

Cylinder compressive strength

 

/ MPa

 

Optimum proposal                   705                         1612                        9 ． 67                        6 ． 81 Test 2                        696                         1592                        9 ． 78                        6 ． 74

 

由表 8 可知 ， 选出的优化方案和第 2 号试验相比 ， 堆 积 密 度 、 表 观 密 度 相 差 无 几 ， 但 吸 水 率 稍 有 下 降 ， 筒 压强度稍有提高 ， 与目标一致 ， 性能相对更好 。 综合考虑 ， 尤 其 是 吸 水 率 、 筒 压 强 度 两 个 指 标 ， 优 化 方 案 测 试 性能更好 ， 堆积密度 、 表观密度并未比 2 号实验大过多 ， 在允许范围内 ， 因此确定优方案为优方案 。 所以 烧 制低硅铁尾矿的优方案为 : 铁尾矿 70% 、 膨润土 20% 、 铝矾土 10% 、 预热 温 度 400 ℃ ， 预 热 时 间 20 min ， 烧 结温度 1140 ℃ ， 烧结时间 15 min 。 用优方案烧结的陶粒 为 800 级 陶 粒 ， 筒 压 强 度 及 吸 水 率 均 优 于 国 家 对 800 级人造轻集料的标准 。

 

4    结   论

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( 1 ) 在相同烧结制度下 ， 测试了三组配方铁尾矿陶粒的吸水 率 ， 筒 压 强 度 及 堆 积 密 度 。 以 物 理 指 标 为 参

 

考 ， 所确定的低硅铁尾矿原料优化组成为铁尾矿 70% ， 膨润土 70% 及铝矾土 10% 。

 

( 2 ) 采用正交试验设计方法 ， 进一步开展了铁尾 矿 陶 粒 烧 结 制 度 优 化 研 究 。 其 优 化 方 案 为 : 400 ℃ 预 热 20 min ， 然后升温至 1140 ℃ 烧结 15 min 。 铁尾矿陶粒堆积密度 705 kg · m － 3 、 表 观 密 度 1612 kg · m － 3 、 吸 水 率 9 ． 67% 、 筒压强度 6 ． 81 MPa 。

 

( 3 ) 试验结果表明 ， 以低硅类铁尾矿为主要原材料制备轻质陶粒具有可行性