利用尾矿研制装饰发泡陶瓷开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究目的及意义

我国矿产资源丰富,种类繁多。矿产资源作为社会生产、生活和发展的重要物质基础,为我国经济发展提供了大约85%的原材料,但由于国内矿石品位差异较大,贫瘠的矿石资源较多,单一品种的资源较少,共、伴生矿较多,可直接选出精矿的较少,这就造成了矿山在进行选矿后会伴生大量的尾矿,而大部分尾矿则被直接当成工业废弃物处理[1]

党的十九大报告中,习总书记在“加快生态文在党的十九大报告“加快生态文明体制改革,建设美丽中国”章节中,就“推进资源全面节约和循环利用”、“加强固体废弃物和垃圾处置”等环节作出了明确指示。党中央国务院在《关于加快推进生态文明建设的意见》中进一步部署了推进固体废弃物综合利用,发展循环经济的任务。据相关数据显示,我国工业固体废弃物统计中尾矿占据了最多的份额,这些尾矿由于缺乏治理而导致大量的堆积,对我国资源、环境、生态和安全都形成了重大威胁[2]

现阶段我国尾矿的利用途径主要以用作建筑材料及膏体回填为主,其价值低、可利用区域半径小,因为企业无法获得较好的经济效益,致使尾矿的消纳积极性不足。尾矿制备的建筑材料,由于利润低,经济效益差,受制于运输成本,企业无力扩大利用区域半径,提高尾矿整体利用量。由于尾矿利用率低,堆存累积严重,不仅占用大面积空地,而且易造成较大的污染,对社会的安全、环保无益[3]。因此,加强尾矿的利用工作,提高固体废弃物综合利用水平,对我国矿业资源的充分利用及可持续发展具有重要意义。

考虑到建材产品的社会需求量大,加上其成本低,原料来源广,能适应多种低品位矿物原料。因此,将尾矿应用到建材制品的生产中,不仅能提高其附加值,也为我国的尾矿资源化利用提供一个重要的方向。

发泡陶瓷作为一种新型保温隔墙建筑材料,具有轻质、高强度、耐高温、保温、隔音等多种优良性能,被广泛应用于过滤净化分离、减震、环境生物及建筑材料等领域[4-6],2016年2月22日国务院出台《关于大力发展装配式建筑的指导意见》要求要因地制宜发展装配式建筑,力争用十年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%[7];而发泡陶瓷材料以其独特的结构优势及优良的物理和化学性能获得了广泛的关注,随着装配式建筑在我国的发展,闭孔发泡陶瓷的应用及发展前景将更为广泛[8-9]

保温隔热材料是指能阻止建筑物内外热量交换,具有明显热阻性能的材料。天气寒冷时,建筑墙体保温材料能保持室内温度,防止热量外流,减少采暖能耗;天气炎热时,建筑墙体隔热材料能隔离热辐射,阻止室外热量传入,减少空调能耗。保温隔热材料按材质可分为:无机保温隔热材料、有机保温隔热材料、金属保温隔热材料等。常见建筑隔热保温材料主要有泡沫塑料、矿物棉、膨胀珍珠岩、多孔陶瓷等。曾经市场上建筑保温隔热材料依旧以硬聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫等泡沫塑料为主,有机材料比例达到80%,其XPS及EPS燃烧性能均为B2级(可燃),已很难满足消防要求[10]。进入2017年,《建筑用发泡陶瓷保温板》(JG/T511-2017)及《发泡陶瓷保温板应用技术规程》(T/ CECS 480-2017)等项目开始实施,发泡陶瓷釉面装饰保温板的标准化工作接近完成,新型无机保温隔热材料在全国市场上逐步开始热了起来。

目前发泡陶瓷主要以长石、石英和粘土等优质硅酸盐材料为基础原料,以碳酸钠、碳化硅等作为发泡剂制备而成,使得产品的生产成本较高而利润偏低;由于尾矿中含有大量的SiO2、Al2O3、CaO等可用于替代部分粘土矿物,近年来利用尾矿制备发泡陶瓷的研究吸引了众多学者的关注。本课题以木鱼石为主要原料,设计了建筑装饰用发泡陶瓷配方组成并制备出发泡陶瓷样品;研究了其组成、工艺、结构与性能的关系规律。探讨了木鱼石尾矿制备建筑用装饰发泡陶瓷的可能性。

1.2国内研究现状

1.2.1尾矿利用的研究现状

丁力等人[11]使用珍珠岩尾矿为主要原料,碳化硅和萤石为发泡剂,以膨润土、白云石、长石、紫砂和高温砂为辅助原料制备具有较低导热系数的发泡陶瓷,重点研究了尾矿的加入量、配方、烧成温度制度对最终制品导热系数、性能的影响,结论为:珍珠岩尾砂可以作为制备发泡陶瓷的主要原料,其最大使用量为85%;所制发泡陶瓷的抗拉强度≥0.35MPa,导热系数≤0.09W/(m·K),可用于外墙保温系统。

李家科[12]等人采用稀土尾砂为主要原料,抛光砖废料为发泡剂,并辅以低温砂、黑泥和滑石等原料制备出轻质发泡陶瓷,研究了稀土尾砂和抛光砖废料的添加量及烧成温度、保温时间等因素对发泡陶瓷的体积密度、抗压强度等性能的影响规律。实验结果表明:以稀土尾砂60wt%、低温砂20wt%、黑泥15wt%、烧滑石5wt%,抛光砖废料外加量15wt%为原料配方,在烧成温度为1150℃、保温时间为30min的条件下,所制备的轻质发泡陶瓷材料具有良好性能,体积密度为0.31g/cm3,抗压强度达到了5.63MPa,能够满足使用性能的要求。同时李欣[13]等人也以蛇纹石尾矿为主要原料,抛光砖废料为发泡剂、再辅以低温砂、滑石、膨润土等原料制备发泡陶瓷。实验研究了配方组成、烧成温度等因素对发泡陶瓷材料性能的影响。结果表明:在配方为蛇纹石尾矿45wt%、低温砂43wt%、滑石7wt%、膨润土5wt%、抛光砖废料外加量10wt.%,烧成温度为1150℃,保温时间为15min的条件下,所制备出的发泡陶瓷材料综合性能优良,其体积密度为0.66g/cm3、抗压强度达到7.22MPa,能够满足使用性能的要求。

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