铁尾矿制砂(铁矿尾砂再生利用) 利用尾矿试制铸石
一、概述 铸石是硅酸盐的结晶材料之一，是一种新型工业材料，性能如表1所示，其耐磨性比锰钢高5～10倍，比一般碳素钢高10多倍；耐腐蚀性比不锈钢、铝和橡胶高得多，除氢氟酸和过热磷酸外，其耐酸碱度几乎接近百分之百。此外，铸石还具有良好绝缘性和较好的机械性能。在一定条件下，它是钢铁、有色金属、合金材料、橡胶等较为理想的代用材料。可用作风力和水力输送管理、槽和贮酸、碱槽的衬板、衬管等。 表1 铸石的主要性能
项目| 单比特 | 数据 | 单位重量克/平方厘米 | 2.8~3.0 | 耐压强度千克/平方厘米 | 4700~5500 | 断裂强度千克/平方厘米 | 600~700 | 抗张强度千克/平方厘米 | 180~290 | 困难莫氏硬度 | 7~8 | 抗冲强度千克厘米/立方厘米 | 49~86 | 磨损率克/平方厘米 | 0.30~0.77 | 热稳定性100℃的水冷却至13℃(或180℃至常温) | 5次(3次) | 热膨胀性1/℃ | 24~100℃ | 6.4×10-6 | 100~630℃ | 8.57×10-6 | 耐酸碱性20%硫酸 | 99.54% | 20%盐酸99.4% | 20%硝酸99.5% | 20%氢氧化钠99.16% |
目前我国已有三十多个铸石厂生产板材、管材、溜槽和设备的衬里，耐酸粉等四千余种，为国内五百多个企业提供了铸石制品，节约代用各种金属材料近百万吨，解决了生产中不少问题。 国内外除利用辉绿岩、玄武岩、角闪石产生铸石外，目前还利用工业废渣或选厂尾矿进行生产和试制铸石制品。 二、制造铸石的原料 铸石是利用天然基石和工业废渣经配料熔融，浇铸、结晶、退火等工序制成。 铸石的一般化学成分是： 二氧化硅| 47%~49% | 三氧化二铝15%~21% | 氧化铁和氧化亚铁(Fe2O3+FeO)14%~17% | 氧化钙8%~11% | 氧化镁6%~8% | 以及氧化钠和氧化钾(Na2O+K2O)2%~4% | 三氧化铬(Cr2O3)大约1% | | |
铸石的主要原料为辉绿岩、角闪石、玄武岩，附加原料为石灰石、白云石、蛇纹石、菱镁矿、萤石等，其作用为调整铸石的化学成分，铬铁矿或铬铁渣作结晶剂。 按大连辉绿岩铸石厂的生产经验，对原料的要求如下： 辉绿岩:二氧化硅| 45%~51% | 氧化铝+二氧化钛15% ~ 20%(约25% TiO) | Fe2O312%~17% | 首席行政官9%~11% | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写）4%~7% | K2O+Na2O<3% | 角石:二氧化硅46%~49% | 氧化铝+二氧化钛6%~12% | Fe2O38%~12% | 首席行政官5%~12% | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写）18%~25% | SO30.13%~0.2% | 白云石:氧化镁>18% | 首席行政官>30% | 萤石:CaF2>85% | 铬铁矿:Cr2O3>10%~20% | 二氧化硅<10% |
因此，对于尾矿中含石英、角闪石、橄榄石、辉石、斜长石、蛇纹石、白云石、方解石、萤石等的矿物组分则可考虑作铸石的原料，进行铸石制品的试制工作。 但不论那种原料制造铸石，各种原料配合后的化学成分应符合铸石的一般化学组成之要求，不可过高或过低，否则，影响制品质量。 三、利用尾矿试制铸石 （一）利用铁尾矿试制铸石 国外某企业利用77%铁尾矿（主要矿物为角闪石）为主要原料，附加20%石英砂和3%的铬铁矿制成铸石。铁尾矿和铸石的化学成分见表2。 表2 铁尾矿和铸石化学成分（%）化学成分项目| 二氧化硅 | 首席行政官 | 氧化铝 | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写） | K2O+Na2O | 尾矿铸石44~46.749~53 | 18.7~19.10~157 | 6.3~8.412~16 | 11.8~14.98~11 | 0.61.5~2.0 | 化学成分项目氧化亚铁 | Fe2O3 | 二氧化钛 | Cr2O3 | 运营商 | 铁尾矿铸石3~610~15 | 4.0~6.32~3 | 1.0未经测试 | —1~1.5 | 0.12 ~ 0.23未测试 |
制成的铸石用显微镜观察其矿相组成为：3～5微米的铬铁矿菱面体的结晶核心，铸石成隐晶结构，颜色褐色，是辉石骸晶。制品的物理和化学性能如下： 抗压强度:| 1998 ~ 2683公斤/平方厘米 | 抗弯强度:粗糙结构。300 ~ 400公斤/平方厘米 | 精细组织结构53 ~ 649公斤/平方厘米 | 耐磨性:粗糙结构0.01-0.02克/平方厘米 | 精细组织结构0.004 ~ 0.006克/平方厘米 | 耐酸性:好。 |
我国重庆市建筑科学研究所利用綦江铁矿重选尾矿，加配重庆大溪沟页岩及重庆东风化工厂生产红矾钠的下脚料铬渣试制成铸石。 1、配料 原料的化学成分及配比见表3。 表3 铁尾矿铸石原料配比 强热失量二氧化硅 | 氧化铝 | Fe2O3 | 首席行政官 | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写） | Cr2O3 | 其他的 | 原材料的化学成分铁尾矿 | 100 | 8.91 | 48.5 | 4.09 | 33.66 | 1.44 | 0.86 | | | 页岩100 | 6.03 | 60.34 | 17.34 | 5.04 | 4.67 | 0.48 | | | 铬渣100 | 6.46 | 12.63 | 6.94 | 8.33 | 36.76 | 13.20 | 2.73 | | 萤石 | 咖啡2=82.88 | 炉料的化学成分铁尾矿 | 25 | 2.22 | 12.12 | 1.02 | 8.42 | 0.36 | 0.22 | | | 页岩50 | 3.02 | 30.17 | 8.67 | 2.52 | 2.34 | 0.24 | | | 铬渣25 | 1.62 | 3.11 | 1.73 | 2.08 | 9.19 | 3.33 | 0.68 | | 萤石增加 | | | | | | | | | 总计达100 | 6.86 | 45.40 | 11.42 | 13.02 | 11.89 | 3.76 | 0.68 | 6.97 | 扣除烧失量后理论计算的铸石成分。 | 48.70 | 12.27 | 14.00 | 12.78 | 4.04 | 0.73 | 7.46 | 将页岩磨细到1.0厘米以下，铬渣到1.0毫米以下，按表2配比均匀混合后，装入坩埚。 2、熔化 采用Φ48×80厘米直筒型坩埚窑，用焦粉作燃料，一次装入50公斤，用700瓦吹风机吹风。熔化周期，从装入坩埚到出炉一般需2.5～3小时，开始熔化温度在1350～1400℃，完全熔化温度为1450～1500℃，熔化时间1～1.5小时，在熔化过程中加强搅动，以保证三种原料互相扩散，达到均化和脱氧。 3、浇铸 熔化好的岩浆出窑后，稍停片刻，用瓢除去面上的渣，即可浇铸。浇铸的速度不要太快，以免底部铁水冲出、混入制品，影响质量。浇铸的温度一般为1300～1350℃，此时，岩浆流动性较好。低于1300℃，则岩浆粘度大，成型困难，制品表面不平整，有时还产生玻璃线，影响浇铸数量和制品质量；如浇铸温度太高，浇铸后又马上放入结晶炉，则因岩浆散热慢，入炉后仍处于软化状态，导致结晶缓慢，甚至出现不结晶的产品，因此当浇铸温度过高时，浇铸后就不忙立即送入结晶炉，待开始凝固后再放入炉内结晶。 4、结晶 在12千瓦箱型电阻炉进行，加热室尺寸200×300×500毫米、结晶温度控制在860～900℃，结晶时间为20～40分钟，结晶制度控制是否合理，将影响制品的质量，根据试验，制品厚度每增加1～2厘米，结晶温度可降低10～20℃，结晶时间可增长5～10分钟。至于结晶过程是否已经完成或结晶制度是否合理，可间隔一定时间后，从结晶炉内取出一块制品，打断后，观察断面来判断，如断口为瓷状，则表示结晶良好；如断口很粗或呈暗亮色，略具玻璃光泽，则需分析原理，调整结晶制度。 5、退火 退火在马弗炉中进行，开始退火为660～700℃，冷却速度为10～20℃/小时，250℃以下在炉内自然降温，至50～60℃出炉，全部退火时间为40～50小时，按这样的退火制度，一般都能防止产品发生炸裂。 6、产品 试制铁尾矿铸石化学组成： 二氧化硅| 45.86% | 三氧化二铝14.14% | 三氧化二铁8.57% | 氧化钙16.81% | 氧化镁8.39% | 三氧化铬(Cr2O3)1.29% |
铸石的断面为紫灰色、断口呈细瓷状，肉眼观察结晶很好，矿物相经X-射线粉末法鉴定为普通辉石。 试制铸石的物理和化学性能： 单位重量| 3克/立方厘米 | 耐压强度600 ~ 8500公斤/平方厘米 | 断裂强度65 ~ 800公斤/平方厘米 | 抗张强度28千克/平方厘米 | 抗冲强度64.4千克厘米/立方厘米 | 磨损率0.262克/平方厘米 | 耐酸碱性超过90% |
（二）利用铜尾矿试制铸石 安微省基本建设局科学研究所利用铜官山的铜尾矿为主要原料，附加铝钒土、蛇纹石、白云石、硅石、萤石、铬铁矿试制成铸石板材。 1、配料 各种原料的化学成分见表4。 表4 铜尾矿铸石的原料化学成分原材料名称
詹迪 | 二氧化硅 | 氧化铝 | Fe2O3 | 首席行政官 | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写） | Cr2O3 | 加拿大武装部队 | 强热失量 | 铜矿尾矿安徽铜官山 | 39.22 | 5.03 | 18.66 | 15.45 | 3.82 | | | 15.00 | 铜矿螺旋尾矿安徽铜官山 | 44.58 | 7.02 | 11.43 | 11.83 | 4.48 | | | 15.00 | 钒土河南 | 9.11 | 73.28 | 2.11 | 1.40 | 0.60 | | | 14.12 | 蛇纹石安徽屯溪 | 43.40 | 1.95 | 8.35 | 0.15 | 36.43 | | | 11.08 | 铬铁矿安徽省歙县 | | | | | | 35.00 | | | 燧石安微庐江 | | | | 0.98 | | | 91.15 | | 白云石回 | 1.12 | 0.27 | 0.73 | 32.45 | 22.60 | | | 40.0 | 硅石回 | 95.00 | | | | | | | 4.00 | 铸石试生产的原材料采用表5所示的三种配比。表5原材料比例(%)数量铜矿尾矿 | 钒土 | 蛇纹石 | 铬铁矿 | 萤石 | 1231009078 | —1010 | ——8 | - 4 | —22 | 2.试制过程中所有原料均粉碎至2.5mm以下(但铬铁矿需粉碎过4900孔筛，筛余量为20%)。按配比称取材料，混合均匀，然后放入坩埚中，放入炉中。炉子由扇形耐火砖制成，内径40厘米，高70厘米。炉排由铁丝网制成，可以从炉子的上开口装入或取出。炉内用三块红砖支撑炉排，灰室高20cm。炉膛下部有直径为15cm的孔，通过锡管与0.75kW的鼓风相连。使用燃料焦时，炉子的最高温度可达1600℃。坩埚每次装5 ~ 8 kg，熔化时间约30 ~ 50分钟。熔化后，用钳子将坩埚夹出，放入有手柄的铁桶中，运送到铸造地点。将坩埚安装在可旋转的铁框架中，将坩埚倾斜并浇铸到标准板的铁模具中，浇铸温度约为1300℃。浇铸后立即转移到高温炉中，在850℃左右晶化20分钟左右。脱模后转移到另一个高温炉中退火。从680℃到50℃取出板。3.铸石产品的物理和化学性能。铜尾矿铸石产品的化学成分见表6。表6化学成分(%)数量二氧化硅 | 氧化铝 | Fe2O3 | 首席行政官 | 船用汽油（Marine Gas Oil的缩写） | 2(三种成分)3(五种成分)46.1047.24 | 18.2616.21 | 13.5912.79 | 18.0615.71 | 4.068.08 | 耐酸碱腐蚀性见表7。表7耐腐蚀数值。耐酸性(硫酸的比重为1.84) | 抗碱性(苛性钠浓度20%) | 123接近100%99.92%99.36% | 98.63%98.00%98.30% | 物理性能见表8 表8 物理性能数字
抗压强度(千克/平方厘米) | 弯曲强度(千克/平方厘米) | 抗冲击性(千克厘米/立方厘米) | 耐磨性(克/平方厘米) | 体积密度(克/立方厘米) | 平均的最高的 | 平均的 | 最高的 | 平均的 | 最高的 | 平均的 | 最高的 | 123—16301470 | —24001843 | —241.6325.7 | 107319.6367.7 | —68.190.3 | —80.8133.6 | —0.2310.127 | —0.1770.096 | —3.062.94 | 实验中用铜矿螺旋尾矿(即提出少量金属后的铜尾矿)代替原尾矿，仍按3号配合比做实验。从获得的板材的敲击声和外观来看，它并不次于用原尾矿按3号配合比制成的板材。另外，使用67%的铜尾矿、8%的白云石、15%的硅石、10%的铝矾土和4%的铬铁矿(添加)，按照图1的工艺流程试制出180× 110× 20mm铸石板。1-熔化温度约为1400℃；2-第一次热处理在700-740℃下沉淀晶核数小时；
850℃下3秒热处理晶化3小时；4-在高温炉中自冷却
制品的抗折强度见表9。 表9 以铜矿为主料的铸石抗折强度数字
截面尺寸 | 热处理情况 | 弯曲强度(千克/平方厘米) | 附注 | 广泛的厚的 | 第一次 | 第二次 | 1010.6 | 1.65 | 700℃1.5小时 | 80℃3小时 | 545.9 | 未加工原板的测试跨度为10 cm和15 cm。 | 112.25 | 1.50 | 700℃1.5小时 | 80℃3小时 | 1140.7 | 加工板 | 以铜尾矿为主要原料的铸石制品与玄武岩铸石制品的物理性能对比见表10，耐急热和急冷性能见表11和表12。表10物理属性名称拆卸强度(千克/平方厘米) | 抗压强度(千克/平方厘米) | 抗冲击性(千克厘米/立方厘米) | 耐磨性(克/平方厘米) | 体积密度(克/立方厘米) | 第二次热处理(小时) | 平均的最高的 | 以铜尾矿为主要原料的铸石545.9 | 3045.0 | 69.3 | 147.2 | 0.086 | — | 三 | 嘉昌玄武岩铸石355.0 | 3605.0 | 66 | — | 0.184 | 2.85 | — | 表11急性耐热性名称热处理 | 样本大小 | 急性耐热温度(℃) | 改善局面 | 玄武岩铜尾矿铸石一次和两次 | 4.5×4.5×2.24.3×4.3×1.5 | 12001200 | 软化面包形状 | 表12 耐急冷情况温度(℃)
玄武岩铸石 | 铜尾矿铸石 | 评论 | 100200300没有发现裂缝。头发开裂。 | 未发现裂纹，未发现裂纹，发现发丝状裂纹。 | 热稳定性试验参照本书铸石，试验水温为19.5℃ | 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
