铜尾矿与钾长石对石英石烧结程度的影响及利用铜尾矿开发建筑陶瓷的试验探究

2020-08-05吕俊栋

世界有色金属 2020年10期

吕俊栋

（中条山有色金属集团有限公司山西运城 044000）

前言

据统计，目前有色金属行业铜矿石品位低，铜尾矿产出率高达99%以上。中条山集团铜矿峪选铜后尾矿每年以高于700万吨数量全部排放入十八河尾矿库。多年来的尾矿堆积不仅占用了大量土地，而且尾矿库的运行维护耗费了不少的人力和经济资源。干滩涂的尾矿还会产生大风扬尘，带来环境污染。铜矿采掘、浮选在给国家带来经济效益的同时，也产生了较为严重的环境和社会问题。发展绿色矿山，实现资源综合利用，已经成为摆在我们面前的迫切课题。

我国是建筑陶瓷生产和消费大国，随着建陶行业的高速发展，传统的陶瓷原料正以每年超过亿吨的数量高速消耗着，杂质含量较少，品质优良的陶瓷原料储量急剧减少，开发新型建筑陶瓷原料显得极为重要。铜尾矿的物理、化学性能与陶瓷原料钾长石非常接近，用铜尾矿部分取代建筑陶瓷配方中的钾长石可以获得较好的经济、社会和环境效益。

1 实验方法

1.1 试验原料

图1 铜尾矿XRD衍射图谱

铜尾矿的XRD衍射图谱见图1，从图中可以看出，该尾矿主要由绢云母、绿泥石、石英、长石、方解石及少量磁铁矿等矿物组成。SiO2和Al2O3两种氧化物占铜尾矿化学成分总量80%以上，化学成分比例适合开发建筑陶瓷材料。

本试验选用掺量10%的球土作为塑性原料，保证圆饼试样中各种原料在生料成型时粘结在一起，后期烘干、测量、烧结等过程中，试样不易破损造成试验结果偏差。表1为各种原料的化学成分分析结果。

表1 试验原料的化学成分分析

从表1.1中对比铜尾矿和钾长石的化学成分较为接近，铜尾矿中钙、镁、铁含量较高，预计对其烧结温度产生影响。石英石（单样熔点1750摄氏度）在陶瓷原料中属于高温料，本试验以石英石试样设计（10%球土结合90%石英石）为基础样，石英石试样1200℃烧结结果如图2所示，铜尾矿与钾长石按质量比例10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%对基础样进行外掺，对比溶剂性原料钾长石和铜尾矿不同掺比下石英石试样的烧结性能影响。

图2显示石英石试样1200℃烧后基本无烧结，烧后收缩仅有0.1%。

图2 石英石试样1200℃烧后图像

1.2 试验步骤及工艺参数

第一步：将石英石、钾长石预先破碎成小颗粒料烘干备用，铜尾矿、球土烘干备用，所有原料按设计比例称量配料。

第二步：按原料质量的2～3倍配加入直径20mm的高铝瓷球，加入0.5%的三聚磷酸钠，浆料含水率36%，快速球磨机研磨12min。

第三步：浆料过100目标准筛，筛下浆料用10000高斯磁棒搅拌两分钟除铁，用流速杯、比重杯和秒表按测浆料比重、流速，球磨加工的泥浆细度要求控制为万孔筛余1.0%～1.3%。

第四步：泥浆放入鼓风干燥箱，180℃烘干2小时。干燥的浆料研碎后按干粉料质量的6%～8%喷入定量的自来水，粉料过20目标准筛，然后将粉料装入试样袋中封口陈腐48小时。

第五步：称取35克陈腐好的粉料，置于直径50mm的圆形不锈钢模具中，液压成型压力40MP，保压1min，制做试样生坯。

第六步：坯体成型以后，用不锈钢托盘将坯体放入干燥箱里烘干，烘干温度110℃，时间大于2h，随机取5个干燥试样进行生坯强度试验。

第七步：生坯试样用长臂火钳放入预先升温至800℃的箱式电阻炉中，以5℃/min的升温速率继续升温至1200度，保温10min，完成高温烧结后自然冷却。

第八步：WSB-2A型数显白度仪检测烧成试样白度，根据试样尺码变化，计算烧成试样收缩率，根据试样质量变化，计算烧成试样烧失量。

2 试验结果

铜尾矿与钾长石的不同掺比下，1200℃高温烧结结果见表2和表3，外貌图片见图3和图4。

从烧结结果来看，外掺铜尾矿和钾长石对石英石试样烧结性能的影响为：随外掺比例的升高，石英石试样的烧成收缩逐步变大；烧后白度逐步降低。同样配比下铜尾矿对石英石的降温效果比钾长石更加显著，当铜尾矿外掺比为30%时，试样收缩明显，瓷化度增加，达到基本相同的效果，钾长石的外掺比为50%。铜尾矿外掺比达到80%时，石英石试样烧结收缩突然变大，证明该试样已经过度烧结。铜尾矿添加石英石试样对烧结白度影响显著。主要影响元素是化学成分中的Fe2O3，试验开始阶段的制浆过程已经用10000高斯除铁棒进行除铁，所以剩余铁元素基本上是以非磁性铁形式存在的化合物。