一种硅质岩以及硅质岩工业膨化物的制备方法

摘要

本发明公开了一种硅质岩的制备方法，利用硅质岩比重较大的特点，通过浮选及磁选的方式从煤矸石中分离出来，从而对现有煤矸石矿渣进行处理，制得具有社会效益和经济效益的的硅质岩。本发明还公开了一种硅质岩工业膨化物的制备方法，包括以下步骤：A、制备硅质岩，B、研磨，C、配料，D、制坯，E、干燥，F、烧成，G、冷却。采用本发明提供的硅质岩工业膨化物的制备方法，将硅质岩的制备和硅质岩工业膨化物的制备结合在一起，既起到了环保的作用，又能大大降低生产成本；而且生产的硅质岩工业膨化物具有较好的硬度和耐火性，且物理及化学性能稳定，达到建材行业标准（JC/T945-2005）的要求，可广泛用于建筑砌体、建筑地面、墙面装饰等。

说明书

技术领域

本发明属于废气物利用技术领域，涉及煤矸石废弃物回收利用，具体涉及一种利用煤矸石制备硅质岩以及利用硅质岩制备硅质岩膨化物的方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，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，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里猜出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。

现在，煤矸石已经成为固、液、气三害俱全的“工业废料”，它的长期堆放不仅浪费了资源，占压了大量的土地，而且污染了水源、土壤和周围的空气；严重影响了矿区的生态环境和居民生命财产安全。

煤矸石的主要成分是硅和铝，其中含硅量较高的部分叫做硅系煤矸石，也叫做硅质岩；含铝量较高的部分叫做铝系煤矸石。以水的比重为1计，硅系煤矸石的比重约为3.6，铝系煤矸石的比重约为2.6。而煤矸石中含有一部分硅质岩，比例约占煤矸石总重量的30%。硅质岩，即沉积岩中以二氧化硅为主要成分的岩石，也成燧石岩；其主要化学成分是SiO₂（＞70%）和H₂O，其它氧化物有Fe₂O₃（≤10%）、Al₂O₃（≤8%）、MgO、CaO等；其矿物成分为自生石英、玉髓和蛋白石。硅质岩有很多种工业用途。如燧石以其硬度大，可作为研磨原料和硅质耐火材料；碧玉也以坚硬致密和色泽美丽作为细工石料。硅藻土因其具有强烈的吸附性在日用化工、制糖业和净水工业等多种部分中都有广泛的用途。

如何将废弃物煤矸石中硅质岩加以利用，在减少环境污染的同时，创造更高的社会价值和经济价值是本领域研究的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅质岩的制备方法，从煤矸石中提取硅质岩。

本发明的另一个目的在于提供一种硅质岩工业膨化物的制备方法，特别是利用煤矸石中的硅质岩制备硅质岩工业膨化物的方法，将煤矸石废弃物加以利用，达到环保的目的，同时生产出具有社会价值和经济效益的硅质岩工业膨化物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种硅质岩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

i，制备重介溶液，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；

ii，粉碎，将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；

iii，浮选，将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；

vi，磁选，上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩。

所述步骤vi中得到的硅质岩中SiO₂的重量百分比为75%~80%。

所述步骤vi中得到的硅质岩中Fe₃O₄的重量百分比为4%~8%。

一种硅质岩工业膨化物的制备方法，包括以下步骤：

A、制备硅质岩，包括以下分步骤：

A1，制备重介溶液，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；

A2，粉碎，将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；

A3，浮选，将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；

A4，磁选，上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩；

B、研磨，先向上述硅质岩中加入硅质岩重量0.7~1.0%的表面活性剂，并与硅质岩重量15%~20%的煤精粉一起送入湿式球磨机，混合碾磨成150~200目浆料；

C、配料，步骤B得到的浆料中加入浆料重量30%~50%的粘土、浆料重量1%~5%的膨松剂、浆料重量1%~2%的发泡剂、浆料重量4%~6%的成型粘结剂及辅料，搅拌均匀后进入步骤C；

D、制坯，用制坯设备对步骤C搅拌均匀的物料进行制坯；

E、干燥，将步骤D制得的坯料在自然环境中晾干备用；

F、烧成，将步骤E干燥后的坯料送至炉窑烧成；烧成温度为800~1000℃，烧成时间不少于0.5h；

G、冷却，步骤F烧成得到的坯料在隧道窑的冷却区进行渐进式降温冷却，得到硅质岩工业膨化物；出窑温度控制在80℃以下。

所述表面活性剂为硬脂酸或者苯磺酸。所述辅料为浆料重量8%~10%的铝矾土或者浆料重量10%~15%的铝矿渣。所述膨松剂为木材锯末或者植物纤维；所述发泡剂为双氧水；所述成型粘结剂为水玻璃或者亚硫酸纸浆废液。

所述步骤E中，将坯料在自然环境中晾干至坯料中含水重量百分比少于5%。

所述制坯设备为液压模压机。所述炉窑为隧道窑。

采用本发明提供的硅质岩的制备方法，利用硅质岩比重较大的特点，通过浮选及磁选的方式从煤矸石中分离出来，从而对现有煤矸石矿渣进行处理，制得具有社会效益和经济效益的的硅质岩；将煤矸石矿渣回收利用，解决了环保问题，且具有环保高效、速度快、能耗低、效果好的显著优点；此外，该方法还具有投资小、工艺简单、便于控制掌握的优点，便于生产企业的煤矸石矿渣的开发利用。

采用本发明提供的硅质岩工业膨化物的制备方法，将硅质岩的制备和硅质岩工业膨化物的制备结合在一起，既起到了环保的作用，又能大大降低生产成本；而且由于硅质岩中SiO₂的含量较高，大大降低了硅质岩工业膨化物的烧成温度，且生产的硅质岩工业膨化物具有较好的硬度和耐火性，且物理及化学性能稳定，达到建材行业标准（JC/T 945-2005）的要求，可广泛用于建筑砌体、建筑地面、墙面装饰等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述，但它们不是对本发明的进一步限制。

一种硅质岩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

i，制备重介溶液，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；

ii，粉碎，将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；

iii，浮选，将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；

vi，磁选，上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩。

步骤vi中得到的硅质岩中SiO₂的重量百分比为75%~80%。步骤vi中得到的硅质岩中Fe₃O₄的重量百分比为4%~8%。

一种硅质岩工业膨化物的制备方法，包括以下步骤：

A、制备硅质岩，包括以下分步骤：

A1，制备重介溶液，将磁铁矿粉（化学式为Fe₃O₄）和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；

A2，粉碎，将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；

A3，浮选，将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选，由于硅质岩的比重大于3，沉入重介溶液底部，而铝系煤矸石的比重小于3，浮于重介溶液表面；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；

A4，磁选，上述硅质岩和重介溶液（与硅质岩一起分离出的重介溶液）的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩；上述硅质岩中SiO₂的重量百分比为75%~80%，Fe₃O₄的重量百分比为4%~8%；磁选得到的磁铁矿粉重新用于制备重介溶液；

B、研磨，先向上述硅质岩中加入硅质岩重量0.7~1.0%的表面活性剂，并与硅质岩重量15%~20%的煤精粉一起送入湿式球磨机，混合碾磨成150~200目浆料；

C、配料，步骤B得到的浆料中加入浆料重量30%~50%的粘土、浆料重量1%~5%的膨松剂、浆料重量1%~2%的发泡剂、浆料重量4%~6%的成型粘结剂及辅料，搅拌均匀后进入步骤C；

D、制坯，用制坯设备对步骤C搅拌均匀的物料进行制坯；

E、干燥，将步骤D制得的坯料在自然环境中晾干备用；将坯料在自然环境中晾干至坯料中含水重量百分比少于5%。

F、烧成，将步骤E干燥后的坯料送至炉窑烧成；烧成温度为800~1000℃，烧成时间不少于0.5h；优选的烧成时间为0.5~4小时。

G、冷却，步骤F烧成得到的坯料在隧道窑的冷却区进行渐进式降温冷却，得到硅质岩工业膨化物；出窑温度控制在80℃以下。

表面活性剂为硬脂酸或者苯磺酸。辅料为浆料重量8%~10%的铝矾土或者浆料重量10%~15%的铝矿渣。膨松剂为木材锯末或者植物纤维；所述发泡剂为双氧水；所述成型粘结剂为水玻璃或者亚硫酸纸浆废液。

制坯设备为液压模压机。炉窑为隧道窑。

实施例1：

1、制备硅质岩，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩；上述硅质岩中SiO₂的重量百分比为75%，Fe₃O₄的重量百分比为4%，Al₂O₃的重量百分比为8%，MgO的重量百分比为6%，CaO的重量百分比为7%；

2、碾磨，向煤矸石中加入煤矸石重量0.7%的硬脂酸，以降低物料的团聚增加碾磨机煅烧效果；然后送至湿式球磨机与煤矸石重量15%的煤精粉混合磨成150~200目的浆料；

3、配料，将步骤2制得的浆料中加入浆料重量45%的粘土、浆料重量3%的植物纤维、浆料重量1%的双氧水、浆料重量6%的亚硫酸纸浆废液、浆料重量10%的铝矾土；

4、制坯，采用液压模压机将步骤3制得的物料挤压后轧制成600mm×240mm×12mm的砖坯；

5、干燥，将步骤4制得的砖坯进行自然晾干至砖坯中含水重量百分比少于5%；

6、烧成，将步骤5干燥得到的砖坯投入隧道窑中，进行烧成，烧成温度为800℃，烧成时间为4h；

7、冷却，步骤6烧成的砖坯在隧道窑的冷却区进行渐进式降温冷却，出窑温度控制在80℃以下。

采用本实施例提供的方法制备的硅质岩工业膨化物的容重为430~480Kg/m³、松散容重约3520Kg/m³、吸水率为11.7%~12.0%、筒压强度约为2.201Mpa、含水率约为1%、机械强度约为7.23Mpa、空心率约为48%。

实施例2：

1、制备硅质岩，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩；上述硅质岩中SiO₂的重量百分比为78%，Fe₃O₄的重量百分比为6%，Al₂O₃的重量百分比为6%，MgO的重量百分比为4%，CaO的重量百分比为6%；

2、碾磨，向煤矸石中加入煤矸石重量0.7%的苯磺酸，以降低物料的团聚增加碾磨机煅烧效果；然后送至湿式球磨机与煤矸石重量20%的煤精粉混合磨成150~200目的浆料；

3、配料，将步骤2制得的浆料中加入浆料重量50%的粘土、浆料重量5%的木材锯末、浆料重量2%的双氧水、浆料重量4%的水玻璃、浆料重量10%的铝矿渣；

4、制坯，采用液压模压机将步骤3制得的物料挤压后轧制成600mm×240mm×12mm的砖坯；

5、干燥，将步骤4制得的砖坯进行自然晾干至砖坯中含水重量百分比少于5%；

6、烧成，将步骤5干燥得到的砖坯投入隧道窑中，进行烧成，烧成温度为850℃，烧成时间为1.5h；

7、冷却，步骤6烧成的砖坯在隧道窑的冷却区进行渐进式降温冷却，出窑温度控制在80℃以下。

采用本实施例提供的方法制备的硅质岩工业膨化物的容重为820~870Kg/m³、松散容重约5312Kg/m³、吸水率为15.6%~17.0%、筒压强度约为4.1Mpa、含水率约为0.2%、机械强度约为8.5Mpa、空心率约为45%。

实施例3：

1、制备硅质岩，将磁铁矿粉和水按照重量比1：2的比例进行混合，制得比重为3的重介溶液；将煤矸石破碎成1~10mm的颗粒；将粉碎后的煤矸石倒入重介溶液中，并将两者混合后的物质加入到浮选机中进浮选；2小时后从浮选机底部分离得到硅质岩和重介溶液的混合物质；上述硅质岩和重介溶液的混合物质经干燥后，再经过磁选机得到硅质岩；上述硅质岩中SiO₂的重量百分比为80%，Fe₃O₄的重量百分比为8%，Al₂O₃的重量百分比为4%，MgO的重量百分比为3%，CaO的重量百分比为5%；

2、碾磨，向煤矸石中加入煤矸石重量1.0%的硬脂酸，以降低物料的团聚增加碾磨机煅烧效果；然后送至湿式球磨机与煤矸石重量17%的煤精粉混合磨成150~200目的浆料；

3、配料，将步骤2制得的浆料中加入浆料重量30%的粘土、浆料重量3%的木材锯末、浆料重量1%的双氧水、浆料重量5%的水玻璃、浆料重量15%的铝矿渣；

4、制坯，采用液压模压机将步骤3制得的物料挤压后轧制成600mm×240mm×12mm的砖坯；

5、干燥，将步骤4制得的砖坯进行自然晾干至砖坯中含水重量百分比少于5%；

6、烧成，将步骤5干燥得到的砖坯投入隧道窑中，进行烧成，烧成温度为1000℃，烧成时间为0.5h；

7、冷却，步骤6烧成的砖坯在隧道窑的冷却区进行渐进式降温冷却，出窑温度控制在80℃以下。

采用本实施例提供的方法制备的硅质岩工业膨化物的容重为621.3~645.7Kg/m³、松散容重约4520Kg/m³、吸水率为12.6%~13.8%、筒压强度约为3.8Mpa、含水率约为3%、机械强度约为5.6Mpa、空心率约为43%。

采用实施例1至实施例3的方法制得的硅质岩工业膨化物由于含有较多的SiO₂，具有较好的硬度和耐火性，且其物理性质及化学性质稳定，达到建材行业标准（JC/T 945-2005）的要求，可广泛用于建筑砌体、建筑地面、墙面装饰等。