钨冶炼渣制备高强烧结陶粒及其性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0624

摘要/Abstract

摘要：

基于钨冶炼废渣难处理的现状，提出一种制备高强度陶瓷颗粒的无害化利用途径。以钨冶炼废渣为主要原料，黏土作为塑形剂和助烧剂，采用高温烧结法制备性能优良的高强陶粒。系统研究了原料配比、预热条件和烧结条件对陶粒性能的影响，并探讨了烧结过程中物相变化对陶粒性能的影响。在m（钨渣）∶m（黏土）为6∶4、预热温度为400 ℃、预热时间为20 min、烧结温度为1 150 ℃、烧结时间为30 min的优化条件下，可获得单颗粒抗压强度为15.64 MPa、筒压强度为18.37 MPa、表观密度为1 713 kg/m³、堆积密度为892 kg/m³、1 h吸水率为8.79%的陶粒产品，其常见重金属浸出毒性符合GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》要求，可作为高强度建筑骨料。

关键词: 固体废物, 钨冶炼渣, 综合利用, 高强陶粒

Abstract:

Based on the status that tungsten smelting waste slag was difficult to treat，a harmless utilization approach for preparing high-strength ceramsite was proposed.The high strength ceramsite with excellent properties was prepared by high temperature sintering method，using tungsten slag as the main raw material，adding clay as the plasticizer and sintering aid.The effects of raw material ratio，preheating conditions and sintering conditions on ceramsite performance were systematically studied，and the effect of phase changes during the sintering process on the properties of ceramic particles was explored.Under the optimum conditions：m（tungsten）∶m（clay）of 6∶4，preheating temperature of 400 ℃，preheating time of 20 min，sintering temperature of 1 150 ℃ and sintering time of 30 min，the compressive strength of single particle of obtained ceramsite was 15.64 MPa，the cylinder pressure strength was 18.37 MPa，the apparent density was 1 713 kg/m³，the bulk density was 892 kg/m³ and the water absorption in 1 h was 8.79%.The leaching toxicity of common heavy metals met the requirements of GB 5085.3—2007 “Identification standard for hazardous waste-Identification for extraction toxicity”，which could be used as high-strength building aggregates.

Key words: solid waste, tungsten smelting slag, comprehensive utilization, high-strength ceramsite

中图分类号:

TQ174

刘观发, 曾超聪, 王泽凯, 曾祥荣, 黄万抚. 钨冶炼渣制备高强烧结陶粒及其性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 132-139.

LIU Guanfa, ZENG Chaocong, WANG Zekai, ZENG Xiangrong, HUANG Wanfu. Study on preparation of high strength sintered ceramsite from tungsten smelting slag and its property[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(8): 132-139.

图/表 14

图1

表1

图2

表2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

表3

表4

参考文献 26

1	徐盛华.促进中国钨产业链结构优化的探讨［J］.有色金属科学与工程，2013，4（5）：108-112.
	XU Shenghua.Structural optimization of China′s tungsten industry chain［J］.Nonferrous Metals Science and Engineering，2013，4（5）：108-112.
2	曹飞，杨卉芃，王威，等.全球钨矿资源概况及供需分析［J］.矿产保护与利用，2018（2）：145-150.
	CAO Fei， YANG Huipeng， WANG Wei，et al.General situation and analysis of supply and demand of global tungsten resources［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2018（2）：145-150.
3	邱峰，黄万抚，文金磊，等.某钨多金属矿矿石性质研究［J］.矿产综合利用，2017（4）：83-86.
	QIU Feng， HUANG Wanfu， WEN Jinlei，et al.Study on technological mineralogy properties of a tungsten polymetallic ore［J］.Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2017（4）：83-86.
4	高玉德.我国钨矿资源特点及选矿工艺研究进展［J］.中国钨业，2016，31（5）：35-39.
	GAO Yude.Tungsten resource characteristics of China and research advances of tungsten processing technologies［J］.China Tungsten Industry，2016，31（5）：35-39.
5	张洪川.世界钨资源供需形势分析［D］.北京：中国地质大学（北京），2017.
	ZHANG Hongchuan.Analysis of the supply-demand situation of the world′s tungsten resources［D］.Beijing：China University of Geosciences，2017.
6	杨俊彦，齐申，刘海，等.钨冶炼渣综合回收利用的研究进展［J］.工程科学学报，2018，40（12）：1468-1475.
	YANG Junyan， QI Shen， LIU Hai，et al.Progress of research related to the comprehensive recovery and utilization of tungsten smelting slag［J］.Chinese Journal of Engineering，2018，40（12）：1468-1475.
7	LIU Hu， LIU Haoling， NIE Chenxi，et al.Comprehensive treatments of tungsten slags in China：A critical review［J］.Journal of Environmental Management，2020，270：110927.
8	杨金忠，高何凤，王宁，等.仲钨酸铵（APT）生产中钨渣的污染特性分析［J］.环境工程技术学报，2015，5（6）：525-530.
	YANG Jinzhong， GAO Hefeng， WANG Ning，et al.Research on polluting characteristic of tungsten residue from ammonium paratungstate（APT）［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2015，5（6）：525-530.
9	戴艳阳.钨渣中有价金属综合回收新清洁工艺研究［D］.长沙：中南大学，2013.
	DAI Yanyang.Study on the new cleaner process of comprehensive recovery of valuble metals from tungsten residues［D］.Changsha：Central South University，2013.
10	周国涛，李青刚，刘永畅，等.从钨渣硫酸浸出液中萃取钪的研究［J］.稀有金属与硬质合金，2018，46（6）：1-9.
	ZHOU Guotao， LI Qinggang， LIU Yongchang，et al.Study on extraction of scandium from sulphuric acid leaching solution of tungsten residue［J］.Rare Metals and Cemented Carbides，2018，46（6）：1-9.
11	DEBLONDE G J P， BENGIO D， BELTRAMI D，et al.A fluoride-free liquid-liquid extraction process for the recovery and separation of niobium and tantalum from alkaline leach solutions［J］.Separation and Purification Technology，2019，215：634-643.
12	谭晓恒.黑钨渣磁化焙烧回收铁锰的技术研究［D］.赣州：江西理工大学，2020.
	TAN Xiaoheng.Study on recovery of iron and manganese from black tungsten residue by magnetization roasting［D］.Ganzhou：Jiangxi University of Science and Technology，2020.
13	何利华，赵中伟，杨金洪.新一代绿色钨冶金工艺：白钨硫磷混酸协同分解技术［J］.中国钨业，2017，32（3）：49-53.
	HE Lihua， ZHAO Zhongwei， YANG Jinhong.A new green process for tungsten metallurgy-synergistic decomposition of scheelite by sulfuric-phosphorous mixed acid［J］.China Tungsten Industry，2017，32（3）：49-53.
14	包欢，包惠明，寿凯，等.掺钨矿渣砂浆的半柔性路面水稳性能研究［J］.武汉理工大学学报，2021，43（9）：6-12.
	BAO Huan， BAO Huiming， SHOU Kai，et al.Study on water stability of semi flexible pavement mixed with tungsten slag mort-ar［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2021，43（9）：6-12.
15	王承遇，郝彦武，陶瑛.晶核剂含量对钨渣微晶玻璃性能的影响［J］.玻璃，1994，21（5）：1-5，20.
	WANG Chengyu， HAO Yanwu， TAO Ying.The influence of amourit of nucleating agent on properties of wolfram tailing glass-cerami［J］.Glass，1994，21（5）：1-5，20.
16	靖青秀，郭欢，王魏.硅藻土掺杂钨渣制备多孔陶粒及其性能研究［J］.中国陶瓷，2017，53（4）：52-56.
	JING Qingxiu， GUO Huan， WANG Wei.Preparation and performance of porous ceramic from diatomite with waste tungsten residue［J］.China Ceramics，2017，53（4）：52-56.
17	CHEN H J， YANG M D， TANG Chaowei，et al.Producing synthetic lightweight aggregates from reservoir sediments［J］.Construction and Building Materials，2012，28（1）：387-394.
18	LI Xiaoguang， WANG Panqi， QIN Jinyi，et al.Mechanical properties of sintered ceramsite from iron ore tailings affected by two-region structure［J］.Construction and Building Materials，2020，240：117919.
19	马明亮，孙晓南，权宗刚，等.我国工业固废制备陶粒资源化利用的研究进展［J］.硅酸盐通报，2020，39（8）：2492-2500.
	MA Mingliang， SUN Xiaonan， QUAN Zonggang，et al.Research progress on resource utilization of ceramsite prepared from industrial solid waste in China［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2020，39（8）：2492-2500.
20	张云昊，柴轶凡，安胜利，等.选冶固废制备陶粒技术研究现状及展望［J］.金属矿山，2022（7）：259-266.
	ZHANG Yunhao， CHAI Yifan， AN Shengli，et al.Research status and prospects of ceramsite preparation technology using selecting and smelting solid waste［J］.Metal Mine，2022（7）：259-266.
21	杨丽艳，马鑫，梅锐锋，等.黄河流域沉沙池泥沙制备陶粒及其性能研究［J］.无机盐工业，2022，54（5）：109-115.
	YANG Liyan， MA Xin， MEI Ruifeng，et al.Study on preparation and performance of ceramsite from sediment in Yellow River desilting basin［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（5）：109-115.
22	周鹏飞，罗立群，涂序.炼铜尾渣-湖泊底泥复合陶粒制备及其性能［J］.中南大学学报（自然科学版），2021，52（12）：4210-4218.
	ZHOU Pengfei， LUO Liqun， TU Xu.Preparation and properties of copper slag tailing-lake sediment ceramsite［J］.Journal of Central South University（Science and Technology），2021，52（12）：4210-4218.
23	吴俊权，马晶，汪应玲，等.高硅铁尾矿制备陶粒工艺试验研究［J］.矿产保护与利用，2020，40（6）：126-132.
	WU Junquan， MA Jing， WANG Yingling，et al.Experimental study on preparation of ceramsite with high silicon iron tailin-gs［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2020，40（6）：126-132.
24	ZOU J L， XU G R， LI G B.Ceramsite obtained from water and wastewater sludge and its characteristics affected by Fe₂O₃，CaO，and MgO［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，165（1/2/3）：995-1001.
25	韩海涛.三氧化钨陶瓷的烧结制备及性能研究［D］.武汉：武汉理工大学，2007.
	HAN Haitao.Sintering preparation and performance study of tungsten trioxide ceramic［D］.Wuhan：Wuhan University of Technology，2007.
26	刘淑静，李爱民，袁维波.温度对污泥焚烧残渣中重金属形态分布及残渣综合毒性的影响［J］.安全与环境学报，2008，8（1）：43-47.
	LIU Shujing， LI Aimin， YUAN Weibo.Effect of temperature on the heavy metal fraction distribution and comprehensive toxicity on incineration residue of sewage sludge［J］.Journal of Safety and Environment，2008，8（1）：43-47.

试样	w（Al₂O₃）	w（SiO₂）	w（Fe₂O₃）	w（CaO）	w（MgO）	w（Na₂O）	w（K₂O）	w（Mn）	w（W）
钨渣	2.65	8.39	8.71	6.54	0.19	0.08	0.12	6.28	0.63
黏土	22.81	67.33	0.28	0.20	0.41	0.27	2.73	0.13	—
试样	w（Sn）	w（Ti）	w（S）	w（Cu）	w（Pb）	w（Zn）	w（Ni）	w（Cr）	w（As）
钨渣	0.68	0.19	0.27	0.313	0.417	0.189	0.034	0.027	0.201
黏土	—	0.21	0.18	0.15	0.08	0.07	0.01	—	—

原料	w（钨渣）/%	w（黏土）/%	配比	w（钨渣）/%	w（黏土）/%
T1	40	60	T4	70	30
T2	50	50	T5	80	20
T3	60	40

项目	ρ（Cu）	ρ（Pb）	ρ（Zn）	ρ（Ni）	ρ（Cr）	ρ（As）
钨渣陶粒	0.187	0.006	0.175	0.230	0.421	0.056
GB/T 17431.2—2010限定值	≤100	≤5	≤100	≤5	≤15	≤5

[1]	邓华, 侯硕旻, 李中军, 徐港, 池汝安, 习本军. 磷石膏综合利用现状及展望[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 1-8.
[2]	李煜, 赵伟, 张兴华, 王锐, 闫炳基, 国宏伟. 高强萤石尾矿陶粒的制备及其性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 100-108.
[3]	蒋子文,全学军,李纲,鹿存房,郭毅军,陈号,周彦阔,程治良. 铬渣资源化利用研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 26-35.
[4]	杨丽艳,马鑫,梅锐锋,杨大山,梁家麟,李春全,孙志明. 黄河流域沉沙池泥沙制备陶粒及其性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 109-115.
[5]	崔荣政,白海丹,高永峰,修学峰. 磷石膏综合利用现状及“十四五”发展趋势[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 1-4.
[6]	刘林程,左海滨,许志强. 工业石膏的资源化利用途径与展望[J]. 无机盐工业, 2021, 53(10): 1-9.
[7]	石志平,姜澜,杨洪亮,张靖宙,付高峰. 铝灰的回收处理及资源化利用研究现状[J]. 无机盐工业, 2020, 52(9): 21-25.
[8]	张祥成,孟永彪. 浅析中国粉煤灰的综合利用现状[J]. 无机盐工业, 2020, 52(2): 1-5.
[9]	符宇航1，2，3，严戎北1，2，3，彭传丰1，2，3. 制盐区废渣综合利用探究[J]. 无机盐工业, 2019, 51(7): 55-57.
[10]	吴霜, 王家伟, 刘利, 王海峰, 赵平源. 电解锰渣综合利用评述[J]. 无机盐工业, 2016, 48(4): 22-.
[11]	顾汉念, 崔姗姗, 王宁, 赵成东. 赤泥中碱的分布特征与淋滤效果研究[J]. 无机盐工业, 2016, 48(2): 45-.
[12]	万亚萌, 王宝庆, 王丹, 任保增. 粉煤灰回收氧化铝工艺研究进展[J]. 无机盐工业, 2016, 48(11): 7-.
[13]	夏涵泊, 李保山. 烟气中一氧化氮的液相吸收与综合利用[J]. 无机盐工业, 2016, 48(1): 54-.
[14]	颜鑫, 卢云峰, 范春明. 大型碳酸钙矿山资源综合利用核心工艺研究[J]. 无机盐工业, 2014, 46(7): 43-.
[15]	张玉明, 李晓恒, 张福元. 黄金冶炼尾渣综合利用研究进展[J]. 无机盐工业, 2014, 46(12): 12-.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会