红土岭黄金尾矿工艺矿物学特征及制砖试验研究.pdf

第 卷 第 期 年 月 中 国 钼 业 收稿日期:基金项目:年度河南省重点研发项目“基于人工智能的矿产资源高效预测评价技术()”河南省自然科研项目(豫自然资函 号)第一作者:高晓杰()女工程师主要从事地质调查与矿产勘查研究工作:.红土岭黄金尾矿工艺矿物学特征及制砖试验研究高晓杰马 骁张恒博?(河南省地质研究院河南 郑州)(自然资源部中原城市群多要素城市地质大数据工程技术创新中心河南 郑州)(河南省有色金属地质矿产局第一地质大队河南 郑州)摘 要:为了探索红土岭黄金尾矿的综合利用方法以工艺矿物学特征为基础通过烧结砖和免蒸免烧砖试验研究了制砖工艺流程和工艺条件对黄金尾矿制砖的影响 研究结果表明:红土岭黄金尾矿成分及粒度适宜制砖制备烧结砖最佳工艺条件为膨润土占比、成型水分、成型压力 、升温速率为 /烧成终温 保温时间为 由此条件制备的烧结砖至少达到 严重风化地区级别免蒸免烧砖最佳工艺条件组合为成型压力为 、成型水分为 、水泥配比为 各因素对试样抗压强度影响程度依次为水泥配比、成型压力、成型水分关键词:黄金尾矿工艺矿物学烧结砖免蒸免烧砖:/中图分类号:文献标识码:文章编号:()()()():/:引 言黄金尾矿是金矿石选冶中提取有用目标组分后排出的废渣 由于金矿采冶行业的发展出现了大量堆存这些废渣大型黄金尾矿库 据统计中国黄金尾矿累计堆排量已达 亿 黄金尾矿库的扩大不仅带来严重的地质环境问题还对周边居 民 的 生 命 财 产 安 全 造 成 了 极 大 的 安 全隐患 从尾矿中综合回收有价成分是对矿产采冶工艺不足的重要补充但仅适用于部分尾矿大宗尾矿更适宜用作建筑原料用作建筑原料时要看尾矿的成分和粒度 从化学成分上看黄金尾矿主要含有 从矿物组成上看主要为石英、长石、云母和残余金属矿物等 随着金矿采冶技术的成熟尾矿中有价成分含量少综合回收经济技术价值低且无法大规模实施 大部分金尾矿含有以上的硅铝氧化物等成分其组成与许多工业建筑材料相似可用于制砖或做建筑原料 国内外有许多以黄金尾矿为原料制砖的实例 大多是尾矿加入膨润土和水泥等配料按照一定的生产工艺制砖本文在研究红土岭黄金尾矿工艺矿物学特征基础上以尾矿为原料探索其作为建材利用的可能性 根据国家和行业相关规范分别开展了烧结砖和免蒸免烧砖制备试验探索尾矿制砖工艺方法和适宜条件为该金尾矿综合利用提供参考 工艺矿物学特征 化学成分对红土岭黄金尾矿样品进行多化学元素分析结果见表 表 尾矿样品化学多元素分析结果元 素含 量 元 素含 量 元 素含 量 由表 可知:该尾矿具有典型硅铝酸盐特征属于多金属硅铝酸盐主要金属元素均未达到工业品位不适宜提取有用金属组分 矿物组成对红土岭黄金尾矿样品进行 分析结果见表 表 尾矿矿物成分及含量矿物分类矿物组成及含量主要矿物石英黑云母钾长石斜长石次要矿物方解石黄铁矿石膏角闪石绿泥石绿帘石微量矿物锆石榍石磷灰石磁黄铁矿黄铜矿磁铁矿赤铁矿少量少量少量少量少量少量少量 由表 可知:该尾矿主要组分为石英、黑云母、钾长石和斜长石这些长英质矿物含量超过 一般来说在热动力条件变化的一定范围内长英质矿物更能保持稳定抗风化性能强尤其是石英这使得其作为建材利用成为可能对尾矿进行砂薄片和砂光片鉴定结果见图 从图 可以看出:尾矿中黄铁矿、磁铁矿等金属矿物以微细粒嵌布于脉石矿物中难以提取利用图 样品镜下照片黄铁矿磁铁矿第 卷 第 期高晓杰等:红土岭黄金尾矿工艺矿物学特征及制砖试验研究 粒度分布对尾矿样品进行筛析结果见表 表 尾矿样品筛析结果粒 级/含 量/由表 可知:尾矿粒度较细 主要集中在 含量超过 粒度是砖体质量保证的基础合理的颗粒级配也是砖体能够直接压制成型的主要指标之一 颗粒越细塑性越强成型性能越好 由此可知红土岭尾矿是制砖的优良原料 制砖试验流程和检测标准 烧结砖制备烧结砖制备工艺流程为:将尾矿与膨润土按照一定配比干混 然后加一定量水湿混 陈化后以一定的压力压制成型在电热恒温干燥箱中以 干燥一定时间后送箱式电阻炉以一定的升温速率升至烧成温度并保温一定时间最后自然冷却至室温(见图)按照砌墙砖试验方法(/)检验烧结砖吸水率、抗压强度、密度等 烧结砖综合性能指标按照烧结普通砖(/)中的要求测试图 烧结砖制备工艺流程图 免蒸免烧砖制备免蒸免烧砖制备工艺流程为:将尾矿与水泥按照一定配比干混 然后加一定量的水湿混 液压机以一定的压力压制成型进行常温常压养护养护时间为、(见图)按照砌墙砖试验方法(/)对制品进行抗压强度测试图 免蒸免烧砖制备工艺流程图 试验结果及讨论 烧结砖制备试验 膨润土添加量通过调节膨润土添加量改变尾矿与膨润土成分配比制备烧结砖 试样采用水分为(质量分数)的尾矿成型压力 砖坯 下干燥 之后以 /的升温速率升至烧成温度 保温 自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析尾矿与膨润土配比对烧结砖性能的影响试验结果见图 由图 可知:随着膨润土占比的增加(尾矿占比的减少)砖样吸水率逐渐下降抗压强度升高当尾矿占比为 即不添加膨润土时制备的砖样有深裂纹且极易破碎当尾矿占比为 时棱角有轻微剥落当尾矿占比小于等于 时烧结砖规则完整 对于本试样当膨润土占比达到 时抗压强度达到 达到烧结普通砖 级别 因此确定膨润土占比为 图 膨润土占比对烧结砖性能的影响注:膨润土占比为(尾矿占比为 时砖样出现自然崩塌吸水率无数据)成型水分通过改变成型水分制备烧结砖 具体为:试样膨润土占比取成型压力 砖坯 下干燥 然后以 /的升温速率升至烧成温度 保温 自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析成型水分对烧结砖性能的影响 试验结果见图 图 成型水分对烧结砖性能的影响由图 可知:随着成型水分的增加各试样吸水率呈缓慢下降趋势抗压强度逐渐升高 当各试样成型水分超过 时抗压强度 达到 级别 因此成型水分取 成型压力通过改变成型压力制备烧结砖 具体为:试样中 国 钼 业 年 月膨润土占比取 成型水分 砖坯 下干燥 以 /的升温速率升至烧成温度 保温 自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析研究成型压力对烧结砖性能的影响 试验结果见图 图 成型压力对烧结砖性能的影响由图 可知:随着成型压力的增高所制备砖样吸水率逐渐降低抗压强度逐渐升高 当成型压力升高到 以上时抗压强度有一跃升试样抗压强度 达到 级别 后续通过烧结成型会继续增加试块的强度此时增加成型圧力来提高抗压强度意义不大因此成型压力取 升温速率通过改变升温速率制备烧结砖 具体为:试样膨润土占比取成型水分 成型压力 砖坯 下干燥 以不同升温速率从室温升至 保温 自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析升温速率对烧结砖性能的影响试验结果见图 图 升温速率对烧结砖性能的影响由图 可知:随着升温速率的提升吸水率始终 为了提高生产效率节约时间选取升温速率为 /烧成终温通过控制烧成终温制备烧结砖 具体为:试样膨润土占比取 成型水分 成型压力 升温速率为 /砖坯 下干燥 以选定升温速率从室温升至试验温度并保温 自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析烧成终温对烧结砖性能的影响 试验结果见图 由图 可知:随着烧成终温的升高吸水率缓慢下降抗压强度增高 当烧成终温为 时抗压强度在 以上因此烧成终温选取 图 烧成终温对烧结砖性能的影响 保温时间通过控制保温时间制备烧结砖 具体为:试样膨润土 占 比 取 成 型 水 分 成 型 压 力 升 温 速 率 为 /烧 成 温 度 取 、砖坯 下干燥 保温不同时间自然冷却后通过测试吸水率与 抗压强度分析保温时间对烧结砖性能的影响 试验结果见图 图 保温时间对烧结砖性能的影响由图 可知:随着保温时间的延长在保温时间为 时吸水率最低抗压强度最高延长保温时间并不利于烧结砖的质量提高 为提高效率节约时间在达到产品质量的基础上应尽量缩短保温时间因此选取保温时间为 .最佳条件试验红土岭黄金尾矿制备烧结砖的最佳试验条件为:膨润土占比 成型水分 成型压力 升温速率为 /烧成终温 保温时间为 以最佳试验条件制成烧结砖的各项指标为:抗压强度.吸水率.体积密度./抗压强度至少达到 严重风化地区级别第 卷 第 期高晓杰等:红土岭黄金尾矿工艺矿物学特征及制砖试验研究 免蒸免烧砖制备试验结果及分析影响免蒸免烧砖的抗压强度的因素有 个分别为水泥占比、成型水分以及成型压力试验参数设置为水泥占比、成型水分、成 型 压 力、各个影响因素均设置 个参数即采用()正交表正交试验及结果见表 表 试样正交试验结果分 项水泥占比/成型水分/成型压力/抗压强度/由表 可知:随着水泥占比的升高总体抗压水平也随之升高水泥占比为、对应平均抗压强度为、成型压力越大试样抗压强度越高但是其抗压强度增长速率逐渐减慢 成型水分为 时试样抗压强度达到最大随后减小为考察试验结果最佳的因素和因素水平组合及检验主体间效应以 抗压强度为结果变量和因变量对正交试验结果进行极差和方差分析 分析结果见表 和表 表 极差分析结果分 项成型压力/成型水分/水泥配比/极差值 最佳水平主次顺序水泥配比 成型压力 成型水分 表 方差分析结果分 项偏差平方和自由度均 方显著性水泥占比 成型水分 成型压力 误 差 由表 可知:对试验影响最显著的因素为水泥占比 推荐试验组合条件为:成型压力 成型水分 水泥占比 由表 可知:水泥占比的偏差平方和最大是 抗压强度最重要影响因素成型压力次之 而 检验显示水泥占比 远大于临界值成型压力 也大于临界值 说明在置信度内水泥占比(显著性远小于 )与 抗压强度非常显著成型压力(显著性小于 )为显著成型水分(显著性大于 )无显著影响综合来看方差分析与极差分析结果一致各因素对试样 抗压强度的影响程度依次是水泥占比 成型压力 成型水分 结 论()红土岭黄金尾矿为多金属硅铝酸盐尾矿主要矿物成分有石英、斜长石和黑云母次要矿物为钾长石、方解石、黄铁矿等该尾矿成分及粒度适宜制砖()制备烧结砖最佳条件为:膨润土占比成型水分成型压力 升温速率为 /烧成终温 保温时间为 由此条件制备的烧结砖抗压强度至少达到 严重风化地区级别()制备免蒸免烧砖最佳条件为:成型压力 、成型水分 、水泥占比 各因素对试样 抗压强度的影响程度依次是水泥占比 成型压力 成型水分参考文献 陈平.中国黄金尾矿综合开发利用的现状和发展趋势.黄金():.李杨孟凡涛王鹏.黄金尾矿综合利用的研究进展.山东理工大学学报(自然科学版)():.:():.中 国 钼 业 年 月 .():.张晶胡宝群冯继光.某铀矿山尾矿坝周边水土的重金属迁移规律研究.能源研究与管理():.:.():.():.杨建文肖骏陈代雄等.矿物解离分析仪在泥堡金尾矿金赋存状态分析中的应用.科学技术与工程():.赵淑兰方晓红贾凤梅等.从某铜多金属选厂尾矿中综合回收钨的试验研究.矿产保护与利用():.刘利军.何家岩微细粒金矿石浸金工艺改造及工业试验.中国钼业():.南晓杰王帅刘立伟等.利用焙烧铁尾矿制备透水砖的水化特征研究.金属矿山():.孙旭东刘晓敏龚裕等.黄金尾矿建材化利用的研究现状及展望.金属矿山():.李国昌王萍.黄金尾矿透水砖的制备及性能研究.金属矿山():.王吉青王苹赵晓娟等.黄金生产尾矿综合利用的研究与应用.黄金科学技术():.李建林.岩石力学.重庆:重庆大学出版社:.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.砌墙砖试验方法:/.北京:中国标准出版社:.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.烧结普通砖:/.北京:中国标准出版社:.唐佳丽徐章韬.正交试验中的极差分析与方差分析.中学数学():.王树源李晏张毅科.混凝土正交试验结果极差分析与方差分析方法对比.建材发展导向():.(上接第 页)结 论()随着栾川三道庄地区资源的不断开发利用原矿中 品位显著降低钼氧化率达到 以上导致钼选矿指标不佳()小型试验对 品位 氧化率 的原矿获得了含 、全钼回收率为 、硫化钼中的 回收率为 的钼精矿()工业实践通过调整磨机充填率、磨机功率、处理量等参数提高磨矿细度和中间粒级含量实现了钼浮选给矿粒度优化并在钼粗选添加碳酸钠作为调整剂硫化钼中 的回收率从此前 提高至 参考文献 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