高硅尾渣生產(chǎn)歐式連鎖陶瓷瓦中試試驗研究

摘要：為解決黃金行業(yè)氰化尾渣大量堆存問題，實現(xiàn)高硅尾渣大宗利用，在前期實驗室小型試驗成功的基礎(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研究。結(jié)果表明：在燒成溫度1 100 ℃、燒成時間56 min條件下，可實現(xiàn)高硅尾渣摻量高達70" %的陶瓷瓦燒成，且成功解決了產(chǎn)品黑心、變形等質(zhì)量問題，吸水率與強度等指標均滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。該技術(shù)實現(xiàn)了高硅尾渣的無害化、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；燒成時間；中試試驗

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

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20241118

引言

氰化提金工藝已有100 多年的歷史，因工藝簡單、金回收率高等優(yōu)點在當前黃金工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位。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)地表水或地下水嚴重污染周圍水體和土壤，危害人類健康^［9-12］?！秶椅ｋU廢物名錄（2016版）》將氰渣列入危險廢物目錄^［13］，實現(xiàn)氰渣毒害組分安全解離、有價資源高效分離回收、終端尾渣大宗利用成為行業(yè)關(guān)注和研究的熱點及難點。

山東招金集團有限公司針對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)氰渣中有價金屬元素的回收利用，但仍會產(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題，實現(xiàn)資源化利用，山東招金集團有限公司聯(lián)合武漢理工大學完成了高硅尾渣的工藝性能、燒成性能研究，并進行了燒制陶瓷瓦的小型實驗室試驗，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象，開展利用高硅尾渣生產(chǎn)陶瓷瓦的中試試驗研究。通過試驗確定了燒制陶瓷瓦的現(xiàn)場燒成制度，實現(xiàn)了資源的最大化利用，解決了制約黃金生產(chǎn)企業(yè)高硅尾渣無法大宗利用的難題。

1高硅尾渣性質(zhì)

試驗用原料為膠東地區(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化學成分及礦物組成

高硅尾渣化學成分分析結(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，不具備單獨回收價值；主要礦物為石英、長石、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

實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的高硅尾渣含水率通常為 20" %～25" %，庫內(nèi)堆存自然晾曬一段時間后，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，集中分布在-30.8 μm粒級，占比約85" %。高硅尾渣的細度能夠滿足生產(chǎn)陶瓷瓦的要求，無需再次磨礦。

2中試試驗方法

將高硅尾渣用除雜擠條機擠成泥條，于臥式干燥機中干燥定型后送到堆棚進行陳化；陳化后的高硅尾渣與其他輔助配料按照一定的比例通過混料機混勻作為生產(chǎn)原料；生產(chǎn)原料用立磨機進行碾壓磨細及烘干；烘干后的生產(chǎn)原料利用選粉機分選，達到細度要求的原料給入均化倉，再次進行均化儲存，得到半成品粉料；半成品粉料經(jīng)氣流攪拌、均化后置于造粒機中進行增濕造粒；用流化床干燥機對增濕造粒后的顆粒粉料進行干燥，將干燥后的顆粒粉料置于篩分機上進行篩分，得到+1.65 mm粒級的顆粒粉料，在料倉內(nèi)進行陳化得到成品粉料；陳化好的成品粉料通過壓機制成陶瓷瓦坯體，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試驗結(jié)果與分析

3.1原料不同配方燒成試驗

試驗以高硅尾渣為主要原料，摻有少量的輔助原料（浮選尾渣、萊陽土、鋁礬土），其化學成分分析結(jié)果見表4。共設(shè)計5組試驗配方（見表5） ，其對應的原料化學成分分析結(jié)果見表6。

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

由試驗結(jié)果可知：各配方燒成的陶瓷瓦均存在黑心、鼓包問題，但吸水率均低于6" %，在合理控制范圍內(nèi)。同時，在同等吸水率情況下，試樣坯體的燒成收縮率相比于實驗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燒成時間試驗

因配方3中高硅尾渣摻量高達 70" %，根據(jù)之前小試試驗結(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，因而中試試驗未對配方3進行燒制。在燒成溫度1 140 ℃的條件下，配方1，2和4的燒成時間試驗結(jié)果見表8。

由試驗結(jié)果可知：隨著燒成時間的增加，陶瓷瓦外觀存在的鼓包問題逐漸改善。當燒成時間為45 min時，所有配方均出現(xiàn)鼓包問題。燒成時間延長至 56 min時，高硅尾渣摻量30" %的配方2已經(jīng)無鼓包問題出現(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。當燒成時間延長到 63 min時，高硅尾渣摻量30" %的配方2無鼓包出現(xiàn)，僅存在冷卻開裂問題；高硅尾渣摻量 40" %的配方4在瓦脊較厚處依然存在鼓包問題；高硅尾渣摻量 50" %的配方1與 56 min的燒成效果類似，并無改善。再次延長燒成時間至 68 min時，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 均無鼓包現(xiàn)象。

試驗結(jié)果還表明：坯料中硫含量越高，要求的燒成時間越長。當高硅尾渣摻量達到 50" %后，即使燒成時間延長至68 min ，也無法避免成型的瓦坯出現(xiàn)鼓包問題。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）。當高硅尾渣摻量為 30" %（含SO3" 4.16" %）時，燒成時間為56 min；當高硅尾渣摻量為 40" %（含SO3 5.48" %） 時，燒成時間為63 min。可見，在燒成溫度1 140 ℃，燒成時間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

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

二次燒成工藝試驗條件：預燒制的燒成溫度1 000 ℃、燒成時間40 min，高溫燒成的燒成溫度1 140 ℃、燒成時間50 min；一次燒成工藝試驗條件：燒成溫度1 140 ℃、燒成時間63 min。在上述條件下對高硅尾渣摻量70" %的配方3樣品進行了“預燒+高溫燒成”的二次燒成工藝和一次燒成工藝的中試對比試驗，燒成的陶瓷瓦樣品中硫含量對比結(jié)果見表9。

由試驗結(jié)果可知：采用預燒脫硫后再進行二次高溫燒成的陶瓷瓦樣品未產(chǎn)生鼓包、黑心等缺陷，原因是在預燒過程中有效去除了含硫物質(zhì)，預燒后樣品殘留的硫質(zhì)量分數(shù)僅為 0.77" %。因此通過“預燒+高溫燒成”的二次燒成工藝可以解決高硅尾渣摻量gt;50" %的樣品產(chǎn)生的鼓包、變形問題。

3.4低溫燒成試驗

二次燒成工藝能夠解決陶瓷瓦鼓包、變形的問題，但使用二次燒成工藝需要較長的燒成時間。在此基礎(chǔ)上，研究適當降低燒成溫度，進一步開發(fā)了低溫燒成工藝，在燒成溫度1 020 ℃～1 115 ℃，燒成時間40 min、56 min的條件下，進行了中試低溫燒成試驗，結(jié)果見表10。

由試驗結(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)量問題，在1 020 ℃、40 min的燒成條件下，即使高硅尾渣摻量高達 70" %的配方3樣品亦可燒成表面平整，無鼓包、裂紋等問題的素燒瓦片，但陶瓷瓦吸水率偏高、強度低；在1 100 ℃的燒成溫度下可實現(xiàn)高硅尾渣摻量 70" %的配方3陶瓷瓦燒成，且產(chǎn)品無黑心、變形等質(zhì)量問題，吸水率與強度滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。

針對中試試驗冷卻階段產(chǎn)生的開裂進行了原因分析：冷卻段無熱源，溫度過低；試件內(nèi)部存在黑心，收縮率差異導致樣品開裂；窯長過短，陶瓷瓦樣品過大，以及前后溫差過大等。采用硼板密集入窯、加開冷卻閘板等改進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。中試試驗還將噴釉工藝優(yōu)化為刷釉工藝，解決了釉面粗糙問題。

4結(jié)論

1）高硅尾渣主要組成礦物為石英、長石、云母、黃鐵礦等，其化學成分與市場上售賣的陶瓷相近，且粒度細，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，在中試試驗坯體燒成過程中，黃鐵礦分解釋放大量的 SO3氣體，導致燒制的陶瓷瓦易出現(xiàn)變形、黑心、鼓包等問題。

3）在燒成溫度1 140 ℃，燒成時間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“預燒+高溫燒成”的二次燒成工藝可以有效去除含硫物質(zhì)，解決高硅尾渣摻量gt;50" %的樣品鼓包、變形問題。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出低溫燒成的方法，在1 100 ℃、56 min的燒成條件下可實現(xiàn)高硅尾渣摻量高達70" %的陶瓷瓦燒成，且產(chǎn)品無黑心、變形等質(zhì)量問題。同時，通過硼板密集入窯、加開冷卻閘板、噴釉工藝改為刷釉工藝等優(yōu)化改進措施，消除陶瓷瓦產(chǎn)品的冷卻裂紋，解決了釉面粗糙的問題。最終產(chǎn)品收縮率低、強度高，吸水率與強度均滿足GB/T 21149—2007 《燒結(jié)瓦》中Ⅱ類燒結(jié)瓦要求。

［參 考 文 獻］

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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

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFC1902003）

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