本发明属于属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以磷尾矿为主要原料制备烧结陶粒的方法。
背景技术：
磷矿石浮选产生了大量的尾矿，需要挤占大量的土地，这些尾矿由于数量大，尾矿在受到腐蚀时，或者尾矿中的可迁移元素发生化学迁移时，将会对大气和水土造成严重污染，并导致土壤退化，植被破坏甚至直接威胁到人畜的生命安全。尾矿库包括尾矿坝、库区等，是尾矿设施的主要部分。矿山生产设施建设中，尾矿设施投资较大，一般约占矿山建设总投资的5％～10％，且维护和运营费用高。因此将磷矿尾矿资源化利用迫切并重要。
磷尾矿是主要来自于选矿提取精矿以后剩下的尾渣，由于浮选工艺的不同，其产生的磷尾矿分为正浮选尾矿和反浮选尾矿，正浮选尾矿中硅质矿物含量较高，反浮选尾矿中白云石矿物含量较高。
建筑的节能越来越受到人们的关注，陶粒以其质轻、价格低廉及良好的隔热性能广泛用于建材、耐火保温材料等部门，特别是烧结陶粒，因其工艺简单、强度高而得到广泛应用。当前制作陶粒的主要原料为铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物。在国内外研究中，主要用页岩或粉煤灰为原料制备陶粒(高跃绪，一种粉煤灰陶粒[P]CN101182186A，2007)，而页岩的过度开采会对环境产生影响，粉煤灰作为近年来新型建筑材料价格逐年上涨。
目前公开的技术方案中，制备陶粒的主要原料多为硅藻土(张若愚，2004)、玻璃废渣、赤泥、硼泥、石英砂尾泥等(尹国勋，2008，徐晓虹，2003，吴声彪，2004，金宜英，2009)，不过目前固体废弃物陶粒比例较小，亟需大量发展生产和应用固体废弃物陶粒，而且利用磷尾矿制备烧结陶粒的报道很少，其具有环保和可持续发展的意义。
CN101486563B公开了一种由矿山尾渣烧制的生物陶粒及其制备方法和使用方法，它以矿山尾渣3～5份；粉煤灰3～5份；污泥或生物质发泡剂1～3份为原料，在300～550℃预热温度下预热15～30min；按10～30℃/min的升温速度升温至1000～1250℃；在焙烧温度1000～1250℃条件下焙烧40～100min。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供可以大量利用工业废渣,能解决磷尾矿长期对环境产生的危害；所制备的陶粒产品具有较高的强度、较好的耐水性、耐热性、耐火性和较好的堆积密度，可广泛应用于高强混凝土和景观中；具有较大经济效益的以磷尾矿为主要原料制备烧结陶粒的方法。
本发明目的的实现方式为，以磷尾矿为主要原料制备烧结陶粒的方法，具体步骤如下：
1)原料预处理：将质量份数45～60份磷尾矿和20～35份钢渣破碎至5～20mm，加入10～20份粉煤灰后，再加入30～40份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数5-8份粘结剂、5-10份碳粉入造粒机中得到生料球；
所述粘结剂为粘土和/或页岩；
3)将步骤2)所得生料球在室温下自然干燥6～8h，然后将自然干燥后的生料球置于电热恒温鼓风干燥箱在100-120℃下恒温干燥陈化8-10h，得半成品球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为600-850℃，预热烘干渐进时间为30-40min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1140～1250℃，保温持续时间为40-80min；
6)经步骤5)烧结后的物料自然冷却至室温，即得到以磷尾矿为主要原料的烧结陶粒。
本发明具有如下优点：
1、以磷尾矿为原料制备烧结陶粒，为该类废料提供了合理的利用途径，解决了尾矿堆存过程所造成的环境污染和资源浪费等问题；
2、因为磷尾矿含有较多的水分，采用湿磨的方式，避免了物料湿磨前的烘干工艺以及烘干过程的能源消耗；同时也能大大避免干磨产生的粉尘污染，提高了工作效率；
3、磷尾矿中含有的SiO2和Al2O3是陶粒的基本组分也是陶粒的主要来源，钢渣中的CaO、Fe2O3等均是助溶剂化合物，有效降低磷尾矿的高温烧结温度，CaO、MgO还对液相有稀释作用，可促进气孔的形成，节约资源且更加环保经济；
4、钢渣很难磨细，采用湿磨的工艺可以将其磨至10μm以下，湿磨时钢渣可作为磷尾矿的研磨介质，使得磷尾矿能充分研磨，同时湿磨工艺激发了钢渣的潜在活性；使得钢渣粉的利用效率更高，
5、该方法制备的烧结陶粒可以作为高强陶粒，强度为25mpa以上，可以应用于高强混凝土中；
6、用该方法制备的烧结陶粒外形致密美观，有良好耐水性，其性能满足GB/T17431.1-1998要求，使其能更好的应用于景观和建筑中；
7、主要原料可在磷矿附近得到，特别对于产生以上废料的磷化工企业更具优势，可以节约大量运输成本；
8、本发明所述制造方法的工艺简单、条件温和、易于实现。
本发明所制备的烧结陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为550-740Kg/m3，吸水率为3.55-4.65％，抗压强度为26.83-28.63MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
具体实施方式
本发明将磷尾矿和钢渣破碎磨细加煤灰，加水进行湿磨，得中值粒径小于5μm的浆体；浆体加粘结剂、碳粉入造粒机中得到生料球；在室温下放置自然干燥6～8h。本发明选择自然干燥6～8h，如自然干燥时间低于6小时，干燥不充分，生料球内水分过多，在高温快速烧结过程中会发生生料球开裂的现象；如超过8h，干燥时间过长，会造成生料球中水分过少，也会发生生料球在烧结过程出现开裂的现象。
经自然干燥的生料球置于电热恒温鼓风干燥箱恒温干燥陈化8-10h，得半成品球；置回转窑预热带下，600-850℃预热30-40min，得成品球。本发明预热严格控制在600-850℃，预热30-40min。如果温度过低，半成品球内部与外表面则经历相同的升温过程，会出现在表面还没来得及形成玻璃化状态时，气体产生并逸出，但如果温度过高，半成品球中的水分短时间内挥发则会导致半成品球破裂。
经预热的成品球置于转窑高温带煅烧，1140～1250℃保温40-80min后自然冷却至室温后得烧结陶粒。煅烧时温度低于1140℃时，温度的升高对于颗粒筒压强度增大不明显；当温度高于1140℃时，影响较显著；1140℃后随温度升高至1250℃，液相量会急剧增加，液相粘度越小，容易扩散，液相填充孔隙中，样品收缩，吸水率降低，强度增大；保温时间过短，则反应不完全，不能有效地产生气体和发生膨胀，煅烧时间过长，则过多的玻璃相会填充孔隙使得陶粒密度增加，膨胀效果降低。
本发明所得烧结陶粒的堆积密度为500～800Kg/m3；抗压强度为25～30Mpa；1h吸水率为3～5％，产品的粒径为5mm～10mm。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中所用磷尾矿均来自贵州瓮福，磷尾矿的各主要组成成分为：SiO2≥60％、AL203≥12％、CaO≥7％、Fe2O3≥4％。粉煤灰为为市售产品，国电厂排放的粉煤灰,粉煤灰的各主要组成成分为：SiO2≥50％、AL203≥20％、CaO≥10％、Fe2O3≥4％。钢渣为符合国家标准的建筑用钢渣，所述钢渣的各主要组成成分为：SiO2≥12％、AL203≥8％、CaO≥40％、Fe2O3≥5％。其余的均为常规市售试剂。页岩的粒径为5-10μm。
实施例1：
1)原料预处理：将质量份数60份磷尾矿和20份钢渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入40份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数5份粘土、5份碳粉入造粒机中得到生料球；
3)将步骤2)所得生料球在室温下自然干燥6～8h，然后将自然干燥后的生料球置于电热恒温鼓风干燥箱在100-120℃下恒温干燥陈化8-10h，得半成品球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为600-650℃，预热烘干渐进时间为40min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1140～1160℃，保温时间为80min；
6)经步骤5)烧结后的物料自然冷却至室温，即得到以磷尾矿为主要原料的烧结陶粒。
本实施例所制备的烧结陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为550Kg/m3，吸水率为4.15％，抗压强度为26.35MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
实施例2、同实施例1，不同的是，
1)原料预处理：将质量份数50份磷尾矿和17份钢渣破碎至5～20mm，加入20份粉煤灰后，加入34份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数5份页岩、8份碳粉入造粒机中得到生料球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为660-710℃，预热烘干渐进时间为38min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1170～1200℃，保温时间为77min。
本实施例所制备的烧结陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为580Kg/m3，吸水率为3.85％，抗压强度为27.53MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
实施例3、同实施例1，不同的是，
1)原料预处理：将质量份数50份磷尾矿和23份钢渣破碎至5～20mm，加入15份粉煤灰后，加入36份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数2份粘土和3份页岩、7份碳粉入造粒机中得到生料球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为710-750℃，预热烘干渐进时间为36min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1190～1210℃，保温时间为68min。
本实施例所制备的陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为650Kg/m3，吸水率为3.55％，抗压强度为26.83MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
实施例4、同实施例1，不同的是，
1)原料预处理：将质量份数50份磷尾矿和25份钢渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入32份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数4份粘土和4份页岩、7 份碳粉入造粒机中得到生料球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为760-800℃，预热烘干渐进时间为34min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1200～1220℃，保温时间为58min。
本实施例所制备的陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为720Kg/m3，吸水率为3.35％，抗压强度为28.63MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
实施例5、同实施例1，不同的是，
1)原料预处理：将质量份数45份磷尾矿和25份钢渣破碎至5～20mm，加入13份粉煤灰后，加入30份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数4份粘土和3份页岩、10份碳粉入造粒机中得到生料球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为790-820℃，预热烘干渐进时间为32min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1200～1230℃，保温时间为50min。
本实施例所制备的陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为740Kg/m3，吸水率为4.65％，抗压强度为27.33MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
实施例6、同实施例1，不同的是，
1)原料预处理：将质量份数45份磷尾矿和35份钢渣破碎至5～20mm，加入10份粉煤灰后，加入38份的水进行湿磨，至中值粒径小于5μm的浆体；
2)成型造粒：将步骤1)所得湿磨浆体加质量份数3份粘土和2份页岩、5份碳粉入造粒机中得到生料球；
4)将经步骤3)干燥陈化后的半成品球置于回转窑预热带下，预热烘干带的温度梯度为820-850℃，预热烘干渐进时间为30min，得到成品球；
5)将步骤4)所得成品球置于回转窑高温带煅烧，高温带的温度梯度为1200～1250℃，保温时间为40min。
本实施例所制备的陶粒外形美观，有良好的抗压性，并且具有良好的后期强度，堆积密度为717Kg/m3，吸水率为4.15％，抗压强度为26.93MPa，其它标准均能达到GB/T 17431.1-1998要求。
通过以上实施例数据,可以看出采用本发明所制备的烧结陶粒堆积密度≤740Kg/㎝3,抗压强度≥26.83MPa,吸水率＜4.65％，这说明本发明制备的烧结陶粒具有耐水、高强且具有较好的耐热耐火性，可以应用于墙面装修，建筑结构和景观设计中。