一、原料
黄金矿山的开采生产过程中,尾矿的产率高达90%以上,就福建省双旗山金矿的生产而言,每年尾矿堆放量可达7-8万吨,大量的尾矿不仅占用了林地,而且还需要花费大量的人力、物力、财力来维护正常的生产管理,因而如何利用尾矿是个急需解决的问题,也是极具开发利用前景的课题。早在2000年,福建省陶瓷产业技术开发基地和福建省双旗山金矿就开展科研合作,确定以尾矿综合利用为技术创新的首要课题,查阅了大量关于尾矿综合利用的文献资料,并对不同时期的尾矿进行综合物化测试。通过初步探索,科研人员确定利用尾矿制取白碳黑、陶瓷坯土、陶瓷釉料三种产品的方案,并分别做了大量的探索性试验,通过实验数据分析和产品质量经济效益比较,认为利用尾矿开发研制陶瓷坯土、陶瓷色釉料是确实可行的,有较大的发展空间。
二、尾矿试验
利用黄金尾矿生产的色釉陶瓷,其核心技术是色釉的配方及生产工艺流程。色釉研制成功与否是本项目能否顺利实施的关键。
陶瓷色釉的配方是以分选出黄金尾矿中的有效矿物成份,并添加适量显色矿物(如Fe2O3、MnO2)或直接以矿物原有的氧化铁、锰钛铁矿、金银、钨等微量元素作为着色(发色)原料配制而成,其中,在每100重量份色釉中所含的各金属氧化物原料的重量份之比是:Fe2O3为4~6.5,K2O+Na2O为3~5,CaO+MgO为7~11。其烧成温度范围是为1100~1250℃,不同的烧成气氛可获得不同颜色的釉面效果。
(1)尾矿筛选技术方案
原生矿石通过球磨浮选产生的尾矿其产率达97.18%,通过成份分析,其结果如表1:
由此可以看出,尾矿矿物成份中,具有较高含量的钾、钠、钙、镁等成份,但硅铝摩尔比偏高,烧失量较大,应用有一定难度。
但通过大量的实验发现:上述尾矿可以通过有效的选矿方法,使SiO2含量降低,其它矿物质成份相对富集。在此基础上进行严格二次物理分选可得到精制尾矿。其成份见表2。
上表结果显示,精选尾矿成份波动范围小,通过示性矿物计算长石含量达36~37%,高岭土15~17%,石英24~26%,白云石14~16%,氧化铁5~6%。精选尾矿含碱性氧化物活性成分含量较高,具备釉用原材料的基本特性,经化验尾矿还含有特征矿物锰钛铁矿、氧化钨、微量金银钛等矿物,有利于釉面显色,但含铁量高,只宜研制深色釉料,另外应添加部分其它陶瓷原料及所需显色矿物原料。
三、坯、釉料配方的研制
(1)主要原料的选择
轻质粘土的质量、种类在坯体配方中起着重要作用,为了使坯料、釉料浆料的物理性能稳定,选用永安粘土、大坪山瓷土淘洗泥、漳州黑泥等原料辅助使用。
(2)所用主要原料化学成份
所用主要原料的化学成份见表3
(3)坯体配方的研制
利用选择的原料参考相关成熟配方初步设计出10个配方分别进行小规模配料试验,考察其工艺性能和产品性能,最终确定了编号为JK21的配方。该配方经过中试效果良好,其坯体化学组成见表4。
(4)釉料配方的研制(以窑变黑釉为例)
试验材料:黄金尾矿(325目)、Ep粉剂、氧化铁、二氧化锰、长石、粘土等其他原料及添加剂。
试验思路:
a.利用黄金尾矿替代部分色料、熔剂性原料。
b.达到黄金尾矿的最大加入量。
根据企业生产实际条件,编制出试验方案表,进行正交试验,考察产品烧成效果,最终确定了编号为JKY601的配方,该配方经过中试效果良好,其化学组成见表5。
(5)坯釉料生产工艺流程及工艺参数
坯料工艺流程:黄金尾矿筛选→陈腐→配料→湿法球磨→过筛→陈铁→入泥浆池→双缸泥浆泵→过筛→陈铁→陈腐→注浆成形→干燥修坯(待用)
釉料工艺流程:黄金尾矿筛选(325目)→陈腐→配料→球磨→过筛→施釉→烧成→产品
坯料工艺参数:泥浆细度过200目筛余1.0~1.8%;总收缩(干燥+烧成)12.5~13.5%;干燥强度2.45MPa。
釉浆工艺参数:釉浆细度万孔筛余0.05~0.1%;釉浆相对密度1.70~1.75;施釉方法为喷釉和浸釉;釉烧温度为1210±10℃;施釉厚度:0.7~1.0mm。
(6)烧成制度
烧成采用宽断面节能隧道窑,烧成温度1200℃~1230℃,因原料中含有较多有机物、碳酸盐等,升温前期宜较慢,接近釉料熔化温度宜较长时间保温,以保证高亮度效果的釉面。
四、结语
t>(1)利用黄金尾矿研制的各种窑变色釉陶瓷,色彩丰富绚丽,釉面光亮平整,完全能够生产出艺术水平较高的窑变色釉艺术瓷。
t>(2)黄金尾矿中除了含有铁、铝、钛等金属元素外,还含有金、银、钨等微量金属元素,这些金属元素在不同矿物组合、不同烧成条件下能产生颜色丰富的窑变现象。
t>(3)因为黄金尾矿具有促进烧结的作用,使得窑变釉陶瓷产品比传统烧成温度降低了50~80℃,减少了陶瓷产品的生产能耗。
t>(4)黄金尾矿储量较多、质量稳定、运输方便,其在坯料中的加入量可达20~30%,釉料中更可高达50~85%,这不仅合理利用了“三废资源”减少了环境污染,减少了黄金生产企业的治污投入,而且降低了窑变色釉陶瓷的生产成本,具有较好的经济和社会效益。
t>(5)本项目成果获得了发明专利申请号(02145036.6)并在2002年12月27日取得了国家知识产权局发明专利申请初步审查合格通知,2003年通过福建省经贸委组织的技术鉴定,鉴定委员会认为:该项目工艺技术独特可行,尾矿利用率高,符合国家环保“减量化、无害化、资源化”的要求,对保护生态、减轻污染具有重要意义,该项目的研制成功填补了国内空白。