黄金尾矿制备建筑材料的工艺及性能研究

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黄金尾矿是由金矿石进行选矿后排放出的一种固体废弃物。由于黄金尾矿的长期堆存所产生的土地资源、环境污染、还存在着安全隐患和会导致投资资金的巨大损失等诸多问题。将黄金尾矿用于制备建筑材料是当前黄金尾矿资源化利用所研究的热点。本论文黄金尾矿作为主要原料,研究了黄金尾矿制备烧结砖的烧结工艺和原料配比;研究了黄金尾矿制备外墙外保温泡沫陶瓷的烧结工艺和原料配比,并对性能进行测试分析。本文首先在研究了黄金尾矿的物性基础上,以黄金尾矿为主要原料辅以膨润土和粉煤灰,通过单因素以及正交优化实验,探究了制备烧结砖的工艺和原料配比。结果表明:最佳配比为黄金尾矿75%,膨润土15%,粉煤灰10%;最优工艺条件为成型水分9%、成型压力20 MPa、烧结温度1175℃和保温时间40 min。最佳方案制备的烧结砖抗压强度41.619 MPa,抗折强度9.080 MPa,体积密度1.924 g/cm~3,吸水率为5.13%,符合国家标准《烧结普通砖》GB/T5101-2017中MU30砖的性能标准。为了进一步扩大黄金尾矿的应用范围和提高产品的附加值,研究了以黄金尾矿为主要原料,辅以膨润土、碳酸钙、碳酸钠、滑石粉和碳化硅,制备黄金尾矿外墙外保温泡沫陶瓷的技术。首先通过单因素实验和正交优化实验,研究了烧结工艺及发泡剂的加入量大致范围。然后利用正交优化实验,确定了制备泡沫陶瓷的最佳工艺条件及发泡剂的加入量。由于上述对泡沫陶瓷烧结工艺及发泡剂加入量的研究,样品的导热系数未达到要求。所以本实验通过添加和改变烧结助剂的用量,针对降低泡沫陶瓷导热系数进行研究。通过单因素实验确定了烧结助剂碳酸钙为3%、碳酸钠为4.5%和滑石粉为5.5%的添加量。通过单因素实验初步探索研究了功能烧结助剂硼酸、二氧化钛和三氧化二锑添加的大致范围。然后通过单因素实验对功能烧结助剂硼酸和二氧化钛的含量进行优化实验研究。XRD结果表明,硼酸和二氧化钛的协同作用导致了石英的结晶,提高了泡沫陶瓷的抗压强度和抗弯强度,降低了泡沫陶瓷的导热系数,但随着二氧化钛的加入,泡沫陶瓷的容重增大。最佳原料配比为黄金尾矿:膨润土:碳酸钙:碳酸钠:滑石粉:发泡剂的加入量为73.5:10:3:4.5:5.5:3.5,硼酸为0.05%、二氧化钛为0.02%和三氧化二锑为0.01%。最佳工艺条件:球磨时间为20 min,升温速率5℃/min,烧结温度为1150℃,保温时间为120 min,降温速率7℃/min。最优性能结果为:抗弯强度为1.111 MPa,抗压强度为1.165 MPa,容重为0.258 g/cm~3,孔隙率为81.89%,导热系数为0.088 W/(m·K)。该条件制备的泡沫陶瓷试样的所有性能均符合国家标准GB/T33500-2017《外墙外保温泡沫陶瓷》的L型性能要求。
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