一种利用锂辉石浮选尾矿制备高吸水率陶质材料的方法
技术领域
本发明属于工业固废资源化制备陶瓷材料技术领域，具体涉及一种利用锂辉石浮选尾矿制备高吸水率陶质材料的方法。
背景技术
随着社会的发展，资源环境问题日益突出，如何妥善处理固体废弃物已经成为当今热门问题，浮选尾矿因其自身特性作为固体废物中的一种特殊固废，其产量巨大，污染问题复杂，且利用率较低，如何将浮选尾矿资源化，提高其综合利用率已成为亟待解决的问题。
利用工业固废作为高吸水率陶质行业原料是规模化利用工业固废的一条重要途径。专利公开号CN105541296A中提出了利用铜尾矿制备陶瓷材料的方法，通过加压成型制备了铜尾矿陶瓷材料，专利公开号CN109626957A和CN109467389A以石墨尾矿为原料，通过加压成型分别制备了陶瓷仿古砖和陶瓷砖。锂辉石浮选尾矿是锂生产企业经过浮选或浸出等工艺选取锂资源后排放的固体废料，含有大量的硅酸盐矿物，主要化学成分为SiO2，占比高达79.75％，主要物相组成为石英。目前，锂辉石浮选尾矿经过再选后产生的“二次”尾矿仍主要以堆存方式处理，且锂辉石浮选后，因脊性料提高而导致的难成型难烧结问题阻碍了锂辉石浮选尾矿在高吸水率陶质材料方面的应用。另一方面，上述专利方法中均采用传统的高压成型工艺，而该传统工艺能量消耗大，经济成本高，且制备所得陶瓷材料的吸水率较低，能否减少高压成型所带来的能耗，降低浮选尾矿制备陶质材料的工业成本，同时能否提高陶质的吸水率，成为需要克服的技术问题。
如果能够利用锂辉石浮选尾矿来制备陶质材料，则既可以减轻锂生产企业处理尾矿的负担，又可以拓展陶瓷原料来源。因此，如何提供一种利用锂辉石浮选尾矿来制备高吸水率陶质材料的方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种利用锂辉石浮选尾矿制备高吸水率陶质材料的方法。本发明方法成功制备了力学性能优异的高吸水率陶质材料，大大节省了高温烧结高吸水率陶质材料的能耗，省去了以尾矿原料需要球磨过程及加压成型过程，并简化了制备工艺，且锂辉石浮选尾矿利用率高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用锂辉石浮选尾矿制备高吸水率陶质材料的方法，包括以下步骤：
(1)按总固体重量百分比称取以下原料：锂辉石浮选尾矿65～71％、粘结材料29～35％，向上述原料中加水混合搅拌，制成浆料；所述粘结材料为低熔点玻璃粉与高岭土的混合物，粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土的重量比为2～3：1～2，所述水的加入量为锂辉石浮选尾矿重量的0.6～1.4倍；
(2)将步骤(1)所得浆料搅拌均匀后通过常压注模成型；
(3)将步骤(2)所得物进行脱模烘干，坯体在550～650℃下烧结制得高吸水率陶质材料。
本发明的上述方法以低温低熔点玻璃粉为高温烧结粘结剂，在550～650℃之间成功制备了力学性能优异的高吸水率陶质材料，大大节省了高温烧结高吸水率陶质材料的能量，且可利用不同低温低熔点玻璃粉的熔点对高吸水率陶质材料烧结温度进行选择性调控。本发明简化了原料配比，在一定程度上解决了高吸水率陶质材料原料配方复杂的问题，省去了原料球磨过程及加压成型过程，节省了能量，简化了制备工艺，且锂辉石浮选尾矿利用率高。而当替换为其他烧结温度下所得产品的性能均较少，但是当将低温玻璃粉替换为普通玻璃粉之后，无论在哪个烧结温度下均无法获得本发明的产品。
进一步的是，所述锂辉石浮选尾矿为锂生产企业经过浮选工艺提取锂后的尾料或浸出工艺后的尾料。
进一步的是，步骤(3)中所述脱模烘干的步骤为：置于电热鼓风干燥机中于60℃下烘48h，取出脱模，脱模后于120℃温度下继续烘24h。
进一步的是，步骤(3)中所述坯体的烧结过程为：待坯体试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结，以8℃/min速率升温至烧结温度，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)利用锂辉石浮选后尾矿为主要原料制备高吸水率陶质材料，解决了锂辉石浮选尾矿难处理问题，其中锂辉石浮选尾矿占总重量比例高达65.％～71％，可实现工业固废大规模资源化利用，具有明显的社会效益、环境效益、经济效益。
(2)本发明突破了高吸水率陶质材料必须在高温下烧结的技术难题，针对这一难点，本发明通过添加低温低熔点玻璃粉作为高温粘结剂，成功在550～650℃温度下制备出力学性能优异的高吸水率陶质材料，大大降低了陶质材料烧结温度(一般要高于1100℃)。
(3)所用锂辉石浮选尾矿本身具有一定粒度，这可降低高吸水率陶质材料生产过程球磨能耗，辅以一种粒度更细的廉价矿物高岭土为粘结材料，这省去了高吸水率陶质材料生产过程中球磨能耗，充分利用了锂辉石浮选尾矿的粒度特征，本发明通过采用湿法注模成型替代了传统的加压成型，这省去了加压成型环节，进一步减小了能耗，简化了工艺，节省了制备高吸水率陶质材料成本，具有很高的经济、社会、环境效益。
(4)低温下烧结制烧成制品力学性能优异，且吸水率高(大于13％)，含孔率高(大于22％)，该材料可应用于浴室防滑透水砖领域，及防滑地砖等领域，具有很高的经济、社会、环境效益。
附图说明
图1为实施例制备所得以锂辉石浮选尾矿为主要原料的低温烧结高吸水率陶质材料；其中各温度分别为实施例1-3中的烧结温度，图中的编号S1、S2、S3(S4、S5、S6或S7、S8、S9)分别代表各温度下粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土按质量比值按1.33、1.67、2.00进行配比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
按照以下原料重量份数组成称取原料，各原料重量比例为：固体总质量为300g，锂辉石浮选尾矿质量占总固体质量比为65％，粘结材料(低熔点玻璃粉与高岭土按质量比值分别为1.33、1.67、2.00)质量占总固体质量比为35％。
将称取后粘结材料(高岭土和低熔点玻璃粉)倒入研钵中混合搅拌均匀，再把称取后尾矿倒入同一研钵中再次搅拌均匀，最后用量筒量取适量蒸馏水倒入同一研钵中(占总固体质量的0.8倍左右)，再次搅拌至稀泥状，分别倒入预先涂有脱模油的长方形标准模具(120mm×20mm×20mm)和圆柱型模具(Φ20mm×20mm)中，静置陈化24h，然后置于电热鼓风干燥机中于60℃下烘48h，烘干后取出脱模，脱模后于120℃温度下烘24h后取出，其目的为防止材料在升温过程中因水分挥发较快而引发爆炸，待试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结(无保护气)，其烧结过程为：以8℃/min速率由室温升温至烧结温度，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出(防止式样因骤冷而破裂)，获得以锂辉石浮选尾矿为主要原料的低温烧结高吸水率陶质材料。
实施例2
按照实施例1的方法制备高吸水率陶质材料，原料中各组份的重量份数占比为：固体总质量为300g，锂辉石浮选尾矿质量占总固体质量的68％，71％，粘结材料(低熔点玻璃粉与高岭土按质量比值分别为1.33、1.67、2.00)质量占总固体质量的32％。
按照实施例1中方法制备式样，式样脱模后于120℃温度下烘24h后取出，待试样冷却至室温后置于高温实验炉中常压烧结(无保护气)，其烧结过程为：以8℃/min速率由室温升温至烧结温度600℃，保温1h，烧结结束后随炉冷却至室温后取出。烧成制品抗弯强度、抗压强度、含孔率、容重、吸水率测试结果如表1。
实施例3
按照实施例1的方法制备高吸水率陶质材料，原料中各组份的重量份数占比为：固体总质量为300g，锂辉石浮选尾矿质量占总固体质量的71％，粘结材料(低熔点玻璃粉与高岭土按质量比值分别为1.33、1.67、2.00)质量占总固体质量的29％。
将实施例1-3中所得坯体分别在550℃、600℃、650℃下烧结，所得烧成制品的抗弯强度、抗压强度、含孔率、容重、吸水率测试结果如表1。
对比例1
按照实施例1的方法，其中坯体的烧结温度调整为450℃，粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土的质量比值分别按0.33、0.67、1.00配比，其他条件不变。
对比例2
按照实施例1的方法，其中坯体的烧结温度调整为475℃，粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土的质量比值分别按0.33、0.67、1.00配比，其他条件不变。
对比例3
按照实施例1的方法，其中坯体的烧结温度调整为500℃，粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土的质量比值分别按0.33、0.67、1.00配比，其他条件不变。
对比例4
按照实施例1的方法，将低温玻璃粉替换为常规玻璃粉，粘结材料中常规玻璃粉与高岭土的质量比值分别按1.33、1.67、2.00配比，烧结温度采用550～900℃进行制备。
上述实施例1-3和对比例1-4中所制备的陶质材料的抗弯强度按照国家标准GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法进行测试，抗压强度按照国家标准GB/T4740-1999陶瓷材料抗压强度试验方法进行测试，吸水率按照国家标准GB/T3299-2011日用陶瓷吸水率测定方法进行测试，显气孔率和容重按照国家标准GB/T1966-1996多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法进行测试，所得测试结果如表1和表2。
表1
表2
从表1可以看出，当替换烧结温度为450～500℃时，所得低温烧结高吸水率陶质材料的各项物理性能与实施例1-3相比出现较大程度的下降；另外粘结材料中低熔点玻璃粉与高岭土的质量比也对所得材料的性能产生影响。而从表2可以看出，当将粘结材料中的低温玻璃粉替换为普通玻璃粉，即使采用实施例1-3中的粘结材料比例分配，并在550～900℃下分别进行实验，均无法获得成品，表明了粘结材料中低温玻璃粉在该方法制备中的重要性。
