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变废为宝,尾矿也能制备多孔陶瓷
2021年09月08日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:121
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尾矿是在矿石开采和选矿过程中产生的工业固体废弃物。与粉煤灰、煤矸石等大宗工业固体废弃物相比,尾矿的综合利用技术更为复杂、难度更大。目前在我国工业固体废弃物的综合利用方面,尾矿的综合利用率只有13.3%左右,相较于其它大宗工业固体废弃物是远远滞后的,因此如何合理地综合利用尾矿也受到越来越多的关注。

关于尾矿的综合利用,利用其制备多孔陶瓷便是解决办法之一。因为大多数尾矿成分中含有大量的SiO2Al2O3以及其他碱金属氧化物,可以作为制备多孔陶瓷的原料。


多孔陶瓷(左) 近年来年我国尾矿生产及利用情况(右)

一、多孔陶瓷的制备方法及特点

当前利用尾矿制备的多孔陶瓷,其制备工艺有添加造孔剂工艺、颗粒堆积工艺、有机泡沫渍工艺、发泡工艺等。不同的制备工艺具有不同的特点和适用范围,相应也存在一定的问题需要研解决    

 

多孔陶瓷制备工艺

1)添加造孔剂工艺将造孔剂与陶瓷配料按一定的比例充分混合而制备成型的,使得造孔剂在成型后的坯体中占有一定的空间,再经过高温烧结之后,造孔剂燃烧分解离开陶瓷坯体而留下大量气孔的一种多孔陶瓷制备工艺

2)颗粒堆积工艺(固态烧结工艺):通过较大陶瓷颗粒之间的堆积形成孔隙,利用较小的陶瓷颗粒在高温下易于生成液相使骨料粘结在一起而制备出多孔陶瓷。

3)有机泡沫浸渍工艺:将配制好的原料充分涂抹在有机泡沫网状体上,经过一段时间干燥并加热除去有机泡沫网状体,从而得到具有网状结构多孔陶瓷的制备工艺。

4)发泡工艺:向陶瓷骨料中加入发泡剂且在一定的条件下发泡剂反应分解生成泡沫,泡沫经过干燥和烧结后去除并留下气孔,从而得到多孔陶瓷的制备工艺。

制备工艺

特点

常见的影响因素

现阶段存在的主要问题

添加造孔剂工艺

工艺简单,可制备出形状复杂及各种气孔结构陶瓷

造孔剂的种类和添加量

气孔率较低,气孔分布均匀性较差

颗粒堆积工艺

工艺简单,强度较高

骨料粒度大小和烧结度

气孔率较低

有机泡沫浸渍工艺

工艺简单、成本低可制备高气孔率的陶瓷

有机泡沫的种类

制品形状和密度可能不易控制

 

发泡工艺

强度和气孔率高适合制备闭气孔的陶瓷

发泡剂的种类

工艺条件可能不易控制

不同制备工艺总结

二、利用尾矿制备多孔陶瓷

虽然尾矿是一种废弃物,但其本身还是含有一定量的有用成份,可根据各尾矿本身的特点作为制备其它材料的添加料,甚至原料。因此,利用尾矿来制备多孔陶瓷,更是为尾矿的再利用提供了一种可靠的途径,同时也降低了多孔陶瓷的制作成本。

1)利用石墨尾矿制备多孔陶瓷

石墨尾矿的成份较为复杂,在化学成份上因尾矿的原料来源不同而有所差异,但通常含有Si、Al、Ca、Fe、Mg、Na、K、C等。其中,石墨尾矿富含大量的硅酸盐矿物,SiO2含量高达 35%~80%还含有一定量的Al203 CaO其硅酸盐大部分以石英状态存在。正因为石墨尾矿具有较高含量的硅酸盐等物质,所以石墨尾矿也是一种可回收利用的二次资源。

利用石墨尾矿制备多孔陶瓷应用

2)利用铁尾矿制备多孔陶瓷

鉴于金属矿尾矿的综合利用难度较大,其中铁矿作为我国开采量最大的金属矿。其尾矿综合利用率却只有7%左右,远远低于发达国家。但近几十年来我国对铁尾矿的综合利用取得了很多成果主要体现在利用铁尾矿制备烧结砖﹑免烧砖、混凝土和微晶玻璃等。

 

利用铁尾矿制备多孔陶瓷应用

3)利用铝土矿尾矿制备多孔陶瓷

铝土矿尾矿主要化学成分为Al2O3SiO2Fe2O3,约占总量的80%,还有少量的 TiO2MgO、CaO、K2O和Na2O等。同时,铝土尾矿中含有较多的粘土性矿物,因此许多特性与粘土矿物相似,其主要矿物组成为铝硅酸盐,这也就是许多研究者利用铝土矿尾矿制备多孔陶瓷的原因。

 

利用铝土矿尾矿制备多孔陶瓷应用


总结

研究表明可用于生产多孔陶瓷的矿业尾矿有尾矿、铜尾矿、钒尾矿、铅锌尾矿、金尾矿、稀土尾砂、铁尾矿、珍珠岩尾矿、蛇纹石尾矿等随着多孔陶瓷的应用逐渐广泛近年来利用尾矿制备多孔陶瓷已受到国内外众多研究者的关注,并取得了较大进展。相较于用传统陶瓷原料制备多孔陶瓷利用尾矿作为制备多孔陶瓷的原料在一定程度上减轻了陶瓷工业原料供给的压力。同时,也是绿色开发、循环发展尾矿资源的一条优良途径,能起到变废为宝的作用,助力国家打赢尾矿治理生态修复攻坚战。

 

参考文献:

1、利用尾矿制备多孔陶瓷的研究进展  石鑫等

2、铝土矿尾矿多孔陶瓷的制备及其力学性能研究  兰阳

3、石墨尾矿多孔陶瓷材料的制备及其力学性能研究  黎庭州

4、铝土矿选尾矿制备低温陶瓷泡沫材料工艺研究  陆占清等

5、利用北京地区细颗粒铁尾矿制备多孔陶瓷工艺及性能研究  孙智勇

 

 作者:晴天

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