[发明专利]硅砂矿尾和煤矸石基泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以硅砂矿尾矿或石英砂矿尾矿和煤矸石为主要原料的硅砂矿尾和煤矸石基泡沫陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。

背景技术

硅砂或石英砂尾矿主要是矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂占绝大多数。尾砂主要是粒度较细的晶质石英集合体，化学成分主要是SiO₂，杂质矿物主要是粘土、长石、云母、铁矿物等，其质量因原矿品质和生产工艺的不同存在很大的差异。对比精砂，尾砂化学成分中SiO₂含量明显偏低，同时Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂等杂质成分普遍偏高。

随着我国工业化的快速发展，对石英砂或硅砂的需求量逐年递增，因而硅质原料的开采规模越来越大，由尾矿引起的问题日益凸显，不仅给企业发展带来难题，也给周边环境造成严重污染，成为政府、企业急需解决的问题。

将硅砂或石英砂尾矿进行精细化处理后，可广泛应用于建材生产、填料、熔制熔融石英熔块，也可用作硅微粉、人造大理石、彩色石英质釉料、泡化碱、白炭黑等产品的原料。我国硅砂或石英砂尾矿的应用研究主要集中在水泥、加气混泥土、釉面砖及填料等领域。也有人以尾矿为原料，采用压延法、浇铸法、烧结法制备微晶玻璃。或硅砂或石英砂尾矿为原料生产超细硅微粉。然而，这些应用要么对石英矿尾矿的品质要求很高，要么前期或后续处理工艺过于复杂，对设备和技术要求过高，因此，硅砂或石英砂尾矿的利用率是较低的。根据国家发改委2011年发布的《“十二五”资源综合利用指导意见》和《大宗固体废物综合利用实施方案》，2010年，我国尾矿的综合利用率仅为14％，到2015年，可望达到20％。

煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其主要成分是SiO₂、Al₂O₃，另外还含有少量Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃、WO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。煤矸石的堆放不仅占用大量土地，而且在一定条件下会发生自燃甚至爆炸事故，造成人员伤亡和煤矿排矸系统的破坏，导致安全事故。同时，煤矸石自燃排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体，污染大气环境，严重影响居民的身体健康。我国综合利用煤矸石已有几十年的历史，到目前为止，我国煤矸石的综合利用率约61％，到2015年，可望达到75％。与美国、英国和德国等西方国家相比，我国煤矸石的总利用率也还有待提高。

在硅砂或石英砂尾矿和煤矸石等固体废渣的利用开发研究中，公开号为CN103864404A的中国专利中公开了一种利用石英砂尾矿和污泥制作的陶粒及其制备方法，该专利主要利用石英砂尾矿粉、污泥、河道底泥和辅助剂来制作陶粒，石英砂矿尾砂的引用量小(20～30％)且烧结温度高达1100～1500℃。公开号为CN103011888B的中国专利中公开了一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷及其方法，该专利主要利用固体废弃物煤矸石、磷尾矿、长石、黄砂、发泡剂(碳化硅、碳酸钙和氧化铁的混合物)来制备泡沫陶瓷，未涉及硅砂或石英砂尾矿的利用。公开号为CN102674788A的中国专利中公开了一种煤矸石建筑板材及其制备方法，该专利主要利用煤矸石来制备轻质、防火、保温煤矸石建筑板材，经过二次烧结，制备出煤矸石陶砂后，再用大量粘接剂将煤矸石陶砂粘结成板材，制备工艺较复杂，且未涉及硅砂或石英砂尾矿的利用。公开号为CN103396150A的中国专利中公开了一种利用固体废弃物制备泡沫陶瓷自保温墙体材料的方法，该专利主要利用铬渣、煤矸石、陶瓷抛光废渣、钠长石、膨润土以及外加剂来制备泡沫陶瓷保温墙体材料，也未涉及硅砂或石英砂尾矿的利用。

发明内容

针对现有技术中采用硅砂矿尾矿或石英砂尾矿制备陶瓷材料存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种同时以硅砂矿尾矿或石英砂尾矿与煤矸石为主要原料获得一种高强度、高气孔率、成本低的泡沫陶瓷材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种操作简单、工艺条件温和、低成本制备所述泡沫陶瓷的方法。