高硅尾渣生產(chǎn)歐式連鎖陶瓷瓦中試試驗(yàn)研究

摘要：為解決黃金行業(yè)氰化尾渣大量堆存問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高硅尾渣大宗利用，在前期實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，開展了以高硅尾渣為主要原材料生產(chǎn)歐式連鎖陶瓷瓦的中試試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：在燒成溫度1 100 ℃、燒成時(shí)間56 min條件下，可實(shí)現(xiàn)高硅尾渣摻量高達(dá)70" %的陶瓷瓦燒成，且成功解決了產(chǎn)品黑心、變形等質(zhì)量問(wèn)題，吸水率與強(qiáng)度等指標(biāo)均滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高硅尾渣的無(wú)害化、資源化、產(chǎn)品化利用。

關(guān)鍵詞：氰化尾渣;高硅尾渣；綜合利用；資源化；陶瓷瓦；燒成溫度；燒成時(shí)間；中試試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TD926.4文章編號(hào)：1001-1277（2024）11-0111-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241118

引言

氰化提金工藝已有100 多年的歷史，因工藝簡(jiǎn)單、金回收率高等優(yōu)點(diǎn)在當(dāng)前黃金工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。該工藝氰渣產(chǎn)率接近100" %，且產(chǎn)量逐年提高^［1-8］。氰渣長(zhǎng)期堆存，其含有的劇毒氰化物及金屬離子經(jīng)地表水或地下水嚴(yán)重污染周圍水體和土壤，危害人類健康^［9-12］。《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2016版）》將氰渣列入危險(xiǎn)廢物目錄^［13］，實(shí)現(xiàn)氰渣毒害組分安全解離、有價(jià)資源高效分離回收、終端尾渣大宗利用成為行業(yè)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。

山東招金集團(tuán)有限公司針對(duì)氰渣的綜合利用研發(fā)了氰渣梯度脫氰—浮選回收銅鉛鋅和脫氰尾渣界面活化—選冶聯(lián)合回收硫鐵金等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)氰渣中有價(jià)金屬元素的回收利用，但仍會(huì)產(chǎn)生大量尾渣，這部分尾渣含二氧化硅50" %以上，為高硅尾渣。為解決高硅尾渣大量堆存問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源化利用，山東招金集團(tuán)有限公司聯(lián)合武漢理工大學(xué)完成了高硅尾渣的工藝性能、燒成性能研究，并進(jìn)行了燒制陶瓷瓦的小型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，結(jié)果表明歐式連鎖陶瓷瓦（下稱“陶瓷瓦”）燒制較為成功，能夠?qū)崿F(xiàn)高硅尾渣無(wú)害化、資源化利用^［14-20］。

本研究以膠東地區(qū)某黃金冶煉企業(yè)的高硅尾渣為研究對(duì)象，開展利用高硅尾渣生產(chǎn)陶瓷瓦的中試試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)確定了燒制陶瓷瓦的現(xiàn)場(chǎng)燒成制度，實(shí)現(xiàn)了資源的最大化利用，解決了制約黃金生產(chǎn)企業(yè)高硅尾渣無(wú)法大宗利用的難題。

1高硅尾渣性質(zhì)

試驗(yàn)用原料為膠東地區(qū)某黃金冶煉企業(yè)的金精礦氰渣經(jīng)浮選回收Cu、Pb、Zn、Fe、S之后產(chǎn)生的高硅尾渣。

1.1化學(xué)成分及礦物組成

高硅尾渣化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，X射線衍射分析結(jié)果見圖1，礦物組成分析結(jié)果見表2。

由表1、表2和圖1可知：該高硅尾渣中的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Fe、S等元素經(jīng)前期綜合回收后含量較低，不具備單獨(dú)回收價(jià)值；主要礦物為石英、長(zhǎng)石、云母，少量的黃鐵礦、赤鐵礦、角閃石、白云石等，適合作為陶瓷瓦的生產(chǎn)原料。

1.2粒度分布特征

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出的高硅尾渣含水率通常為 20" %～25" %，庫(kù)內(nèi)堆存自然晾曬一段時(shí)間后，含水率可降至11" %～19" %。高硅尾渣粒度分析結(jié)果見表3。由表3可知：該高硅尾渣粒度較細(xì)，集中分布在-30.8 μm粒級(jí)，占比約85" %。高硅尾渣的細(xì)度能夠滿足生產(chǎn)陶瓷瓦的要求，無(wú)需再次磨礦。

2中試試驗(yàn)方法

將高硅尾渣用除雜擠條機(jī)擠成泥條，于臥式干燥機(jī)中干燥定型后送到堆棚進(jìn)行陳化；陳化后的高硅尾渣與其他輔助配料按照一定的比例通過(guò)混料機(jī)混勻作為生產(chǎn)原料；生產(chǎn)原料用立磨機(jī)進(jìn)行碾壓磨細(xì)及烘干；烘干后的生產(chǎn)原料利用選粉機(jī)分選，達(dá)到細(xì)度要求的原料給入均化倉(cāng)，再次進(jìn)行均化儲(chǔ)存，得到半成品粉料；半成品粉料經(jīng)氣流攪拌、均化后置于造粒機(jī)中進(jìn)行增濕造粒；用流化床干燥機(jī)對(duì)增濕造粒后的顆粒粉料進(jìn)行干燥，將干燥后的顆粒粉料置于篩分機(jī)上進(jìn)行篩分，得到+1.65 mm粒級(jí)的顆粒粉料，在料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行陳化得到成品粉料；陳化好的成品粉料通過(guò)壓機(jī)制成陶瓷瓦坯體，之后送到雙層干燥窯中干燥；坯體干燥后，經(jīng)施釉線表面施釉；施釉后的胚體置于輥道窯燒制，煙氣吸收處理后排空。中試工藝流程見圖2。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1原料不同配方燒成試驗(yàn)

試驗(yàn)以高硅尾渣為主要原料，摻有少量的輔助原料（浮選尾渣、萊陽(yáng)土、鋁礬土），其化學(xué)成分分析結(jié)果見表4。共設(shè)計(jì)5組試驗(yàn)配方（見表5） ，其對(duì)應(yīng)的原料化學(xué)成分分析結(jié)果見表6。

在燒成溫度1 140 ℃，燒成時(shí)間45 min的試驗(yàn)條件下，各配方中試燒成試驗(yàn)結(jié)果見表7。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：各配方燒成的陶瓷瓦均存在黑心、鼓包問(wèn)題，但吸水率均低于6" %，在合理控制范圍內(nèi)。同時(shí)，在同等吸水率情況下，試樣坯體的燒成收縮率相比于實(shí)驗(yàn)室燒成陶瓷瓦顯著降低，這可能與瓦片較高的成型壓力有關(guān)。

3.2燒成時(shí)間試驗(yàn)

因配方3中高硅尾渣摻量高達(dá) 70" %，根據(jù)之前小試試驗(yàn)結(jié)果，該配方在燒成溫度1 140 ℃燒成的陶瓷瓦必定產(chǎn)生黑心鼓包，因而中試試驗(yàn)未對(duì)配方3進(jìn)行燒制。在燒成溫度1 140 ℃的條件下，配方1，2和4的燒成時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見表8。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著燒成時(shí)間的增加，陶瓷瓦外觀存在的鼓包問(wèn)題逐漸改善。當(dāng)燒成時(shí)間為45 min時(shí)，所有配方均出現(xiàn)鼓包問(wèn)題。燒成時(shí)間延長(zhǎng)至 56 min時(shí)，高硅尾渣摻量30" %的配方2已經(jīng)無(wú)鼓包問(wèn)題出現(xiàn)，高硅尾渣摻量 40" %的配方4在瓦脊較厚處依然存在鼓包問(wèn)題，高硅尾渣摻量 50" %的配方1 在瓦尾出現(xiàn)明顯鼓包的現(xiàn)象。當(dāng)燒成時(shí)間延長(zhǎng)到 63 min時(shí)，高硅尾渣摻量30" %的配方2無(wú)鼓包出現(xiàn)，僅存在冷卻開裂問(wèn)題；高硅尾渣摻量 40" %的配方4在瓦脊較厚處依然存在鼓包問(wèn)題；高硅尾渣摻量 50" %的配方1與 56 min的燒成效果類似，并無(wú)改善。再次延長(zhǎng)燒成時(shí)間至 68 min時(shí)，高硅尾渣摻量50 %的配方1在瓦尾處存在少量鼓包，高硅尾渣摻量 30" %、40" %的配方2，4 均無(wú)鼓包現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果還表明：坯料中硫含量越高，要求的燒成時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)高硅尾渣摻量達(dá)到 50" %后，即使燒成時(shí)間延長(zhǎng)至68 min ，也無(wú)法避免成型的瓦坯出現(xiàn)鼓包問(wèn)題。因此，本次陶瓷瓦的制備工藝條件，高硅尾渣摻量不宜大于 40" %，即坯料含SO3不宜大于 5.48" %（灼燒基）。當(dāng)高硅尾渣摻量為 30" %（含SO3" 4.16" %）時(shí)，燒成時(shí)間為56 min；當(dāng)高硅尾渣摻量為 40" %（含SO3 5.48" %） 時(shí)，燒成時(shí)間為63 min。可見，在燒成溫度1 140 ℃，燒成時(shí)間68 min的燒成條件下，可成功燒制高硅尾渣摻量低于50" %的陶瓷瓦。

3.3二次燒成試驗(yàn)

中試試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題包括：瓦坯厚度越大，同一燒成溫度下的鼓包現(xiàn)象越嚴(yán)重，瓦坯厚度偏高，易導(dǎo)致樣品出現(xiàn)黑心、鼓包問(wèn)題；坯體密實(shí)度對(duì)含硫礦物的分解揮發(fā)具有顯著的阻礙作用；輔料萊陽(yáng)土透氣性較差，影響硫的揮發(fā)；粉料含水率偏高，干法造粒顆粒過(guò)于密實(shí)。針對(duì)上述問(wèn)題，進(jìn)行了燒成條件調(diào)整，并嘗試以二次燒成的方法促進(jìn)坯體內(nèi)硫的低溫?fù)]發(fā)，消除硫在高溫下?lián)]發(fā)帶來(lái)的鼓包問(wèn)題。

二次燒成工藝試驗(yàn)條件：預(yù)燒制的燒成溫度1 000 ℃、燒成時(shí)間40 min，高溫?zé)傻臒蓽囟? 140 ℃、燒成時(shí)間50 min；一次燒成工藝試驗(yàn)條件：燒成溫度1 140 ℃、燒成時(shí)間63 min。在上述條件下對(duì)高硅尾渣摻量70" %的配方3樣品進(jìn)行了“預(yù)燒+高溫?zé)伞钡亩螣晒に嚭鸵淮螣晒に嚨闹性噷?duì)比試驗(yàn)，燒成的陶瓷瓦樣品中硫含量對(duì)比結(jié)果見表9。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：采用預(yù)燒脫硫后再進(jìn)行二次高溫?zé)傻奶沾赏邩悠肺串a(chǎn)生鼓包、黑心等缺陷，原因是在預(yù)燒過(guò)程中有效去除了含硫物質(zhì)，預(yù)燒后樣品殘留的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為 0.77" %。因此通過(guò)“預(yù)燒+高溫?zé)伞钡亩螣晒に嚳梢越鉀Q高硅尾渣摻量gt;50" %的樣品產(chǎn)生的鼓包、變形問(wèn)題。

3.4低溫?zé)稍囼?yàn)

二次燒成工藝能夠解決陶瓷瓦鼓包、變形的問(wèn)題，但使用二次燒成工藝需要較長(zhǎng)的燒成時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，研究適當(dāng)降低燒成溫度，進(jìn)一步開發(fā)了低溫?zé)晒に嚕跓蓽囟? 020 ℃～1 115 ℃，燒成時(shí)間40 min、56 min的條件下，進(jìn)行了中試低溫?zé)稍囼?yàn)，結(jié)果見表10。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：采用降低燒成溫度的方法，可避免陶瓷瓦出現(xiàn)黑心、鼓包等質(zhì)量問(wèn)題，在1 020 ℃、40 min的燒成條件下，即使高硅尾渣摻量高達(dá) 70" %的配方3樣品亦可燒成表面平整，無(wú)鼓包、裂紋等問(wèn)題的素?zé)咂沾赏呶势摺?qiáng)度低；在1 100 ℃的燒成溫度下可實(shí)現(xiàn)高硅尾渣摻量 70" %的配方3陶瓷瓦燒成，且產(chǎn)品無(wú)黑心、變形等質(zhì)量問(wèn)題，吸水率與強(qiáng)度滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。

針對(duì)中試試驗(yàn)冷卻階段產(chǎn)生的開裂進(jìn)行了原因分析：冷卻段無(wú)熱源，溫度過(guò)低；試件內(nèi)部存在黑心，收縮率差異導(dǎo)致樣品開裂；窯長(zhǎng)過(guò)短，陶瓷瓦樣品過(guò)大，以及前后溫差過(guò)大等。采用硼板密集入窯、加開冷卻閘板等改進(jìn)措施將燒成工段的溫度傳遞至急冷工段，能夠顯著消除冷卻裂紋。中試試驗(yàn)還將噴釉工藝優(yōu)化為刷釉工藝，解決了釉面粗糙問(wèn)題。

4結(jié)論

1）高硅尾渣主要組成礦物為石英、長(zhǎng)石、云母、黃鐵礦等，其化學(xué)成分與市場(chǎng)上售賣的陶瓷相近，且粒度細(xì)，可以不經(jīng)磨礦直接作為生產(chǎn)歐式連鎖陶瓷瓦的主要原料。

2）高硅尾渣中硫含量較高、燒失量大，在中試試驗(yàn)坯體燒成過(guò)程中，黃鐵礦分解釋放大量的 SO3氣體，導(dǎo)致燒制的陶瓷瓦易出現(xiàn)變形、黑心、鼓包等問(wèn)題。

3）在燒成溫度1 140 ℃，燒成時(shí)間68 min 的條件下，可成功燒制高硅尾渣摻量低于50" %的陶瓷瓦，且產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。

4）采用“預(yù)燒+高溫?zé)伞钡亩螣晒に嚳梢杂行コ蛭镔|(zhì)，解決高硅尾渣摻量gt;50" %的樣品鼓包、變形問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出低溫?zé)傻姆椒ǎ? 100 ℃、56 min的燒成條件下可實(shí)現(xiàn)高硅尾渣摻量高達(dá)70" %的陶瓷瓦燒成，且產(chǎn)品無(wú)黑心、變形等質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)硼板密集入窯、加開冷卻閘板、噴釉工藝改為刷釉工藝等優(yōu)化改進(jìn)措施，消除陶瓷瓦產(chǎn)品的冷卻裂紋，解決了釉面粗糙的問(wèn)題。最終產(chǎn)品收縮率低、強(qiáng)度高，吸水率與強(qiáng)度均滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Pilot test on the" production of European-style interlocking ceramic tiles using high-silicon tailings

Ma Pengcheng，Wang Leyi，Jiang Guipeng，Gao Jincheng，Luan Zuochun，Sun Qifei，Yang Peng

（Shandong Zhaojin Group Co.，Ltd.）

Abstract：To address the problem of large-scale cyanide tailings storage in the gold industry and achieve bulk utilization of high-silicon tailings，a pilot test was conducted based on previous successful small-scale laboratory experiments.This study focused on producing European-style interlocking ceramic tiles using high-silicon tailings as the primary raw material.The results indicated that，under firing conditions of 1 100 °C and a firing time of 56 min，ceramic tiles with up to 70 % high-silicon tailings content could be successfully produced.This approach effectively resolved issues related to black core and deformation，meeting the standards for water absorption and strength set out in GB/T 21149-2007 for Type Ⅱ sintered tiles.This technology realizes the harmless，resource-based，and product-oriented utilization of high-silicon tailings.

Keywords：cyanide tailings;high-silicon tailings;comprehensive utilization;resource-based utilization;ceramic tiles;firing temperature;firing time;pilot test

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFC1902003）

作者簡(jiǎn)介：馬鵬程（１９８３—），男，高級(jí)工程師，從事冶金資源綜合利用工作；Ｅ-ｍａｉｌ：１２４６９２３２９＠ｑｑ．ｃｏm