專利名稱：一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料及制備方法，屬于陶瓷材料制備技術領域。
背景技術：
我國是一個礦業大國，礦業固體廢料的積存量和年排放量十分巨大。目前，全國國有、鄉鎮及個體礦山企業約28萬多個，堆積的尾礦總量約60億t，每年還在以不少于3億t 的速度增長。尾礦以自然堆積法儲存于尾礦庫中，不僅要侵占大量的土地，污染礦區與周邊地區的環境，而且每年還需要投入大量并且是無法收回的處理資金，尾礦已成為礦山企業沉重的包褓。礦業尾礦的成功處置和利用，將對我國的可持續發展產生重大而深遠的影響。 因此，如何合理有效利用尾礦資源，充分利用尾礦資源來發展節地、節能、節材、環保的新型工業產品將成為尾礦綜合治理的重要發展方向。
尾礦再選是尾礦利用的重要途徑之一，幾乎所有的尾礦都可以通過再選從中再獲取一部分有用組分。尾礦再選產業化，能夠產生較好的經濟效益，但再選后的尾礦一般未作進一步處理，成為二次尾礦堆存，對環境影響仍然沒有減輕。利用尾砂制作建筑材料 是尾礦的第二大用途。尾礦一直以來是作為非活性材料來應用，經過幾年來大量的實驗研究發現，不同的金屬尾礦及非金屬尾礦經過不同的物理一化學改性激發后，就具備很好的水化活性，性能優越、質量穩定，與其它火山灰質等材料具有一定的相容性，并能改善產品性能。 改性后的尾砂可作為制作建筑材料的原料。尾砂充填是尾礦綜合利用的第三大途徑，即將選礦廠的尾礦經過適當處理后作為采礦采空區的充填材料使用。尾砂充填是實現礦山無尾生產的主要途徑之一。
另一方面，多孔陶瓷材料因其特殊的孔隙結構和陶瓷本身的特殊性能，使其成為了一種性能優異，作用獨特的新型多功能材料。近年來，隨著多孔陶瓷在催化劑載體、過濾、 耐火材料、生物材料等領域的廣泛應用，陶瓷濾料的研發得到迅猛發展。
銅礦尾礦中含有大量的硅酸鹽礦物，能夠作為多孔陶瓷材料形成骨架的主要組分，因此可以將其用作制備多孔陶瓷材料的原料。
目前尚無關于利用銅礦尾渣為原料并添加木質素磺酸鹽為粘接劑，制備具有高強度和孔隙率的多孔陶瓷材料方面的報道。發明內容
本發明的目的是提供一種工藝過程簡單、銅礦尾礦渣利用量大、無二次污染，所得多孔陶瓷材料抗壓強度高、孔隙率高的銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料及制備方法。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，配料除銅礦尾渣外還包括致孔劑、粘結劑和助熔劑，各組分的添加量占銅礦尾礦渣的質量百分比例為
致孔劑 5% 45%，
粘結劑 1% 35%，
助熔劑 1% 10%。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述銅礦尾渣為硫化銅礦浮選尾渣或氧化銅礦浸出尾渣，所述銅礦尾渣中SiO2含量大于等于15%。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述銅礦尾渣、致孔劑、粘結劑和助熔劑的粒度控制在5(Γ200目。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述的粘結劑選自木質素磺酸鹽、膨潤土、 高嶺土、硅酸鈉、水玻璃、淀粉、石蠟、甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的至少一種。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述木質素磺酸鹽為木質素磺酸鈉、木質素磺酸鉀或木質素磺酸鈣。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述的助熔劑選自石英、長石、蛇紋石、頁巖、珍珠巖中的至少一種。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，所述致孔劑選自碳粉、煤粉、鋸末、淀粉、石墨、石灰石、白云石中的至少一種。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備方法，是采用下述方案實現的首先， 按設計的銅礦尾礦渣多孔陶瓷各組分配比分別取銅礦尾渣、致孔劑、粘結劑和助熔劑混合均勻，得到混合物料；將混合料模壓成型，得到生坯，干燥，將干燥后的生坯加熱升溫至燒結溫度，保溫后隨·爐冷卻；或
將生坯加熱升溫至25(T600°C，保溫10 30分鐘后繼續加熱升溫至60(Tl05(rC，保溫1(Γ30分鐘，然后繼續加熱升溫至燒結溫度，保溫后隨爐冷卻；得到銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料；燒結溫度為90(Tl300°C，燒結保溫時間為30 80分鐘，升溫速度為2 10°C /分鐘。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備方法，模壓成型工藝參數為采用鋼質模具，壓制壓力l 15MPa，壓制時間f 10分鐘。
本發明一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備方法，燒結溫度為105(Γ1180 ，使原料轉化為高強度的陶瓷晶相。
本發明由于采用上述組分及工藝方法，實現了銅礦尾礦渣的資源化利用。具有以下優點
(I)本發明所用原料廉價易得，只需加入銅礦尾礦渣以及少量添加劑，可最大限度的將尾渣進行資源化利用，且所需的工藝簡單，成本低。
(2)木質素磺酸鹽是一種天然高分子聚合物，具有很強的分散性，能吸附在各種固體質點的表面，并進行金屬離子交換作用，并且其組織結構上存在各種活性基，能產生縮合作用或與其他化合物發生氫鍵作用，在多孔陶瓷材料制備過程中添加可以實現增強其抗壓強度的效果。因為木質素磺酸鹽的應用，可以大幅度提高多孔陶瓷材料抗壓強度，采用本發明方法制得的多孔陶瓷材料具有抗壓強度高、孔隙率高的特點，其抗壓強度可達5 25MPa， 顯氣孔率可達40% 65%。
(3)此發明也可應用于螢石尾礦、鉀長石等其他SiO2含量大于等于15%的硅酸鹽礦物尾礦為原料制備高強度多孔陶瓷材料。
(4)本發明不僅可有效利用大量的選礦尾渣，減少環境污染，變廢為寶，所制備的多孔陶瓷材料可用作優良的吸附材料和過濾材料。
綜上所述，本發明工藝過程簡單、銅礦尾礦渣利用量大、無二次污染，所得多孔陶瓷材料抗壓強度高、孔隙率高，實現了銅礦尾礦渣的資源化利用。適于工業化生產。


附圖I為實施例2制備的多孔陶瓷的掃描電鏡照片。
從圖中可以看出所制備的樣品內部結構緊密，富含三維連通且均布的氣孔，三維微孔所占比例大，具有很高的比表面積，且晶粒間有玻璃相連接，使樣品的內部骨架堅固。
具體實施方式
本發明由下列實施例進一步說明，但不受這些實施例的限制。實施例中所有百分數除另有規定外均指質量百分數。
實施例I
實施例I銅礦浮選尾渣為原料，高嶺土為粘接劑。銅礦尾渣取之德興銅礦尾礦壩， 對其進行XRF分析，結果見表I :
表I
權利要求
1.一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，配料除銅礦尾渣外還包括致孔劑、粘結劑和助熔劑，各組分的添加量占銅礦尾礦渣的質量百分比例為 致孔劑 5% 45%， 粘結劑 1% 35%， 助熔劑 1% 10%。
2.根據權利要求I所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述銅礦尾渣為硫化銅礦浮選尾渣或氧化銅礦浸出尾渣，所述銅礦尾渣中SiO2含量大于等于15%。
3.根據權利要求I或2所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述銅礦尾渣、致孔劑、粘結劑和助熔劑的粒度控制在5(Γ200目。
4.根據權利要求3所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述的粘結劑選自木質素磺酸鹽、膨潤土、高嶺土、硅酸鈉、水玻璃、淀粉、石蠟、甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述木質素磺酸鹽為木質素磺酸鈉、木質素磺酸鉀或木質素磺酸鈣。
6.根據權利要求5所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述的助熔劑選自石英、長石、蛇紋石、頁巖、珍珠巖中的至少一種。
7.根據權利要求5所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，其特征在于所述致孔劑選自碳粉、煤粉、鋸末、淀粉、石墨、石灰石、白云石中的至少一種。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備方法，其特征在于首先，按設計的銅礦尾礦渣多孔陶瓷各組分配比分別取銅礦尾渣、致孔劑、粘結劑和助熔劑混合均勻，得到混合物料；將混合料模壓成型，得到生坯，干燥，將干燥后的生坯加熱升溫至燒結溫度，保溫后隨爐冷卻；或 將生坯加熱升溫至25(T60(TC，保溫1(Γ30分鐘后繼續加熱升溫至60(Tl05(rC，保溫1(Γ30分鐘，然后繼續加熱升溫至燒結溫度，保溫后隨爐冷卻；得到銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料；燒結溫度為90(Tl300°C，燒結保溫時間為30 80分鐘，升溫速度為2 10°C /分鐘。
9.根據權利要求8所述一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備的方法，其特征在于模壓成型工藝參數為采用鋼質模具，壓制壓力fl5MPa，壓制時間f 10分鐘。
10.根據權利要求8所述一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料的制備的方法，其特征在于燒結溫度為105(Tl 180°C,使原料轉化為高強度的陶瓷晶相。
全文摘要
一種銅礦尾礦渣多孔陶瓷材料，配料除銅礦尾渣外還包括致孔劑、粘結劑和助熔劑；其制備方法是以銅礦選礦尾礦骨料，添加致孔劑、粘結劑、助熔劑，加水攪拌均勻，模具壓制成型，得到生坯，干燥后高溫程序控溫燒結，得到多孔陶瓷。本發明所用原料廉價易得，只需加入銅礦尾礦渣以及少量添加劑，可最大限度的將尾渣進行資源化利用，且所需的工藝簡單，成本低。采用木質素磺酸鹽作粘接劑，可以大幅度提高多孔陶瓷材料抗壓強度，制得的多孔陶瓷材料抗壓強度可達5~25MPa，顯氣孔率可達40%~65%。可有效利用大量的選礦尾渣，減少環境污染，變廢為寶，所制備的多孔陶瓷材料可用作優良的吸附材料和過濾材料。本發明工藝過程簡單、銅礦尾礦渣利用量大、無二次污染，所得多孔陶瓷材料抗壓強度高、孔隙率高，實現了銅礦尾礦渣的資源化利用。適于工業化生產。
文檔編號C04B35/00GK102924113SQ20121044699
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者曹占芳, 鐘宏, 王帥, 劉廣義, 李昌新 申請人:中南大學