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磷尾矿是磷矿浮选精矿后的剩余废料。由于磷尾矿中五氧化二磷的含量比较低,杂质多,没有生产磷肥或磷酸的价值,导致磷尾矿大量堆积。然而磷尾矿中仍含有多种有用成分,如何有效的利用磷尾矿中有用成分是资源综合利用的热点课题之一。我国目前对磷尾矿的利用方式主要有二次资源再选、建筑材料、土壤改良剂等。本文以磷尾矿、软夹层和黑色页岩为原料,研究烧制陶粒。通过单因素试验确定陶粒的烧制工艺,然后采用响应曲面法对工艺进行优化,最后对磷尾矿陶粒制品进行资源化利用试验研究。为磷尾矿、软夹层、黑色页岩的综合利用提供新途径,同时为磷尾矿中磷的利用提供依据。主要工作和取得的成果如下:(1)通过XRF和XRD对磷尾矿、软夹层、黑色页岩的化学组成和物相进行了测试分析。发现原料中仍有P2O5,且主要以羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]、氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]的形式存在。因此,大量磷尾矿堆存于尾矿库中,未被充分利用,造成资源浪费。(2)以磷尾矿为主料,软夹层和黑色页岩为辅料烧制陶粒。通过单因素试验,分析原料配比和烧制工艺对陶粒制品的有效磷含量、全磷含量、1h吸水率、颗粒强度、堆积密度的影响。最终确定烧制陶粒的最优条件为:磷尾矿:软夹层:黑色页岩:81%:9%:10%,预热温度400℃,预热时间10min,烧结温度900℃,烧结时间50min。由此获得的磷尾矿陶粒制品的有效磷含量为8.32%,全磷含量为14.86%,1h吸水率为13.82%,堆积密度为922.43kg/m3,颗粒强度为270.29N。(3)为了得到有效磷含量更高、性能更好的陶粒制品,采用响应曲面法(RSM)对原料的配比、烧制工艺进行优化试验。对响应值(有效磷含量,1h吸水率)的响应面模型分别进行方差分析,并通过P值和试验值与预测值的图形对响应面进行显著性分析;通过对响应曲面图形综合分析,最后模型预测得到的磷尾矿含量和1h吸水率与验证试验的结果吻合。优化得到的试验条件为:磷尾矿:软夹层:黑色页岩:82%:9%:9%,预热温度350℃,预热时间6min,烧结温度883℃,烧结时间60min。由此条件得到的磷尾矿陶粒制品有效磷含量为9.17%,全磷含量14.23%,1h吸水率为14.95%,颗粒强度242.53N,堆积密度为869.36kg/m3。相比单因素试验,有效磷含量提高了11.9%,1h吸水率提高了8.2%,堆积密度降低了6%。(4)对磷尾矿陶粒制品进行资源化利用研究试验发现:磷尾矿陶粒制品中含有9.17%的有效磷,有提高土壤肥效的物质基础;利用XRD分析陶粒制品物相发现,制品中主要有含磷矿物晶体,能中和酸性土壤的PH值;陶粒制品的As、Hg、Cd、Pb和Cr五种重金属含量和PH等指标满足国家的《城镇垃圾农用控制标准》(GB8172-87),可进行农用资源化利用。将磷尾矿陶粒制品用于小白菜盆栽试验发现,与未加陶粒的处理相比,施加陶粒的处理组的小白菜的株高、单株鲜重、产量等直观数据均比未施加陶粒的处理组高,且当陶粒质量分数60%,小白菜产量最高,最大增产率为77.31%,表明磷尾矿陶粒在农用资源化处置方面效果很好,有良好的应用和发展前景。