具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的硅酸镁陶质材料及其制备方法。

示例性实施例1

如图1所示，在本示例性实施例中，硅酸镁陶质材料的制备方法可由以下步骤实现：

S1、得到第一粉体和/或第二粉体

在本实施例中，可将含蛇纹石矿物的原料进行干燥和破碎，得到第一粉体。这里，含蛇纹石矿物的原料可以包括蛇纹岩、蛇纹石选矿尾矿和温石棉选矿尾矿中的一种或多种，含蛇纹石矿物原料中主要是层状硅酸盐矿物，一般不含硫酸盐和卤素化合物矿物。

干燥工艺可在烘干机内进行，调整烘干机温度、时间等参数，以使烘干后含蛇纹石矿物的原料的含水率≤5％，例如1.0％、1.5％、3.5％、4.5％等，在保证粉碎率的同时避免所得粉体团聚，含水率超过5％时容易结团。烘干机的烘干温度可以为60～150℃，例如80、100、140℃等，烘干时间30～150min，例如40、60、80、120min等。

破碎工艺可选用闭路破碎方式进行，提高破碎效率的同时能够保证粒度均匀。破碎工艺可在封闭车间内进行，这样不仅环保，还可防止含蛇纹石纤维扩散到环境中造成不良影响。

得到的第一粉体的含水率(自由水)在5％以下，含水量控制在该范围内能够便于后续工艺的实施，当含水率高于5％时，在焙烧过程中会消耗过多的能源，还容易产生裂缝，降低焙烧质量。

这里，得到的第一粉体包括质量比为25～40(例如26、30、35、39)：35～40(例如36、37、38、39)：2～10(例如3、5、7、8、9)：2～15(例如3、5、10、14)：2～5(例如3、4、5)的MgO、SiO₂、CaO、Fe₂O₃和Al₂O₃。此外，第一粉体的粒径为150μm以下，例如，第一粉体的粒径为10～150μm，当第一粉体的粒径低于时10μm时，粉体比表面积过大，表面能高，粉体容易结团，且生产过程中需要消耗过多的能量，不经济；当第一粉体的粒径超过150μm，会影响后续产品的均匀性，故第一粉体适宜的粒径范围可选择10μm～150μm，既能够保证了一定的细度，便于后期造粒；又能够避免了过细导致的粉体团聚，影响后期造粒。

在本实施例中，也可将含蛇纹石矿物的原料进行干燥和破碎得到第一粉体后，再将第一粉体进行焙烧，得到第二粉体。也就是说，可以同时得到第一粉体和第二粉体或者只得到第二粉体。这里，得到的第二粉体的主晶相为橄榄石，得到的第二粉体与上述中得到的第一粉体相比无结构水，并通过焙烧将主晶相为石棉相的蛇纹石矿物转变为橄榄石，从而实现蛇纹石矿物得转相解毒。

干燥和破碎工艺同上，此处不做过多赘述。

焙烧工艺可在650℃～1200℃下焙烧2min～90min，升温速率10～30℃/min可将第一粉体置于立窑、回转窑或预分解窑中的其中一种焙烧窑中进行焙烧。焙烧温度过低(如低于650℃)，蛇纹石矿物中石棉相转变橄榄石不彻底，达不到转相解毒效果，焙烧温度过高(如高于1200℃)会出现过烧结，部分物相发生熔融，导致烧结后颗粒密度偏大，降低了后续产品的质量，同时增加能源消耗。焙烧时间亦是如此，焙烧时间过短，达不到焙烧效果，焙烧时间过长，消耗能源增加，降低产品的经济性。

S2、与配料混合后获得混合物料粉体

具体来讲，可以将上述步骤S1中得到的第一粉体与配料进行混合，得到混合物料粉体，此时，配料的加入量为第一粉体质量的20～40％；也可以将上述步骤S1中得到的第二粉体与配料进行混合，得到混合物料粉体，此时，配料的加入量为第二粉体质量的15～30％；还可以将上述步骤S1中得到的第一粉体、第二粉体与所述配料进行混合，第一粉体、第二粉体与配料进行混合的质量分比为40～80(例如41、50、55、60、70、79)：10～40(例如11、15、20、23、30、36、39)：10～40(例如11、14、20、23、30、36、39)。配料的加入量选择此处的范围，可使所得产品密度较低且强度较高，满足相应的产品质量要求。

换而言之，本发明具有三种配料方式，第一种配料方式为：只得到第一粉体，并将第一粉体与配料进行混合；第二种配料方式为：只得到第二粉体，并将第二粉体与配料进行混合；第三中配料方式为：得到了第一粉体和第二粉体，并将第一粉体、第二粉体与配料进行混合。这三种配料方式最终得到的产品是一样的，不同之处在于不同的配料方式的工艺流程不同：第一种配料方式省略了对第一粉体的焙烧，实际上将第一粉体的焙烧放到造粒后去了，这样做的好处是省略了一步对第一粉体的焙烧工艺，但因为没有转相解毒，故在与配料混合过程中，粉尘对环境有一定的不良影响；第二种配料方式则降低了第一种方式的不良影响，但增加了焙烧工艺；第三种配料方式，增加了制备的灵活性，对未焙烧得到第一粉体(生料)和焙烧后的第二粉体(熟料)都可以应用，工艺更加灵活。

这里，配料可包括电石渣粉、粉煤灰粉、黄砂粉、硅石渣粉、长石选矿尾渣粉、霞石选矿尾渣粉、伊利石黏土废渣粉、膨润土废渣粉和废玻璃粉中的一种或多种。配料主要都是一些富含硅或者富含硅镁的一些固废材料，可以增加陶质材料中的硅酸镁含量，此外，配料的粒径可在75μm以下，例如，配料的粒径为5～75μm，又如，配料的粒径为45～70μm。

S3、造粒后获得球形颗粒状坯体

具体来讲，是将上述步骤S2得到的混合物料粉体进行造粒，采用造粒整形机整形后获得球形颗粒状坯体，整形的目的是增加颗粒的圆度和球度，使所造颗粒光滑圆润。

造粒工序可为湿法造粒，将混合物料粉体于造粒机内，30～70r/min转速下，旋转5～20min，然后加入水和粘结剂，继续旋转造粒30～90min，水的加入量为混合物料粉体质量的10～15％，粘结剂的加入量为混合物料粉体质量的4～20％。例如，粘结剂可为3～10％浓度的聚乙醇水溶液，水为工业用水，又如，粘结剂可为本领域其他常用的试剂，此处不做过多赘述，造粒结束后，在球形整形机上整形，整形时间5～30min，即得球度和圆度较好的球形颗粒状坯体。

S4、获得硅酸镁陶质材料

具体来讲，是将上述步骤S4得到的球形颗粒状坯体进行干燥和烧结，获得硅酸镁陶质材料。这里，硅酸镁陶质材料的主要物相组成为橄榄石、辉石、石英、磁铁矿。硅酸镁陶质材料可包括硅酸镁陶粒和/或硅酸镁陶砂，例如，制得的硅酸镁陶质材料体积密度可为300～1100kg/m³，导热系数≤0.14W/(m.k)，抗压强度≥0.5MPa，吸水率2～15％，硅酸镁陶质材料的直径可介于150μm～30mm之间，其中，硅酸镁陶粒的直径为5mm～30mm，硅酸镁陶砂的直径为150μm～5mm。

干燥工序可为在60～110℃下干燥30～90min，例如在60～80℃下干燥60～90min，或者在100～110℃下干燥30～40min。干燥工序也可在烧结所使用的窑内进行，以优化工艺和提高效率。例如，干燥和烧结在可立窑、辊道窑或回转窑中进行，又如，干燥和烧结也可在本领域其他常用的设备内进行，此处不做过多赘述。这里，也可将上述步骤S1中焙烧环节中的尾气降温至105℃后，通入将球形颗粒状坯体干燥30～40min。

烧结环节可包括：在800～1250℃下烧结3～120min。例如，烧结温度可以为810、830、850、900、920、960、980、1000、1040、1050、1060、1090、1110、1160、1180、1190、1210、1230、1240℃等；例如，烧结时间可以为5、6、10、24、50、70、80、90、100、110、114、115min等。其中，升温至烧结温度的升温速率可以10～30℃/h，得到硅酸镁陶质材料；例如升温速率可以为11、15、19、21、25、27、29min/℃。在此温度范围内，可以达到较好的烧结效果，使烧结后所得的硅酸镁陶质材料产品强度高且密度较小，当温度低于750℃时，烧结后的产品强度偏低，难以达到高强度标准，高于1200℃，不但容易消耗能源，而且会增加烧结后产品的密度，降低产品性能及使用质量，故存在上述最佳烧结温度范围，烧结时间亦是如此，时间过低，达不到烧结效果，时间过长，消耗能源的同时，容易造成过烧结，会增加产品密度，同样达不到最优效果。对于升温速度，若温速率过高，将会导致烧结过程中颗粒受热不均匀，容易开裂，若升温速度过低，将会导致工序耗时过长，影响生产效率。

此外，在本实施例中，在上述步骤S4中获得硅酸镁陶质材料后，还可进行后处理，即对硅酸镁陶质材料进行筛分，即可分别获得不同直径的硅酸镁陶粒和硅酸镁陶砂，筛分的方法可通过振动筛进行。

示例性实施例2

在本示例性实施例中，所述硅酸镁陶质材料的制备方法可包括如下步骤：

1)将含蛇纹石矿物的原料进行干燥，再通过闭路破碎方式破碎后，得到的第一粉体，第一粉体可包括按照质量百分数计的以下成分：25～40％MgO、35～40％SiO₂、2～10％CaO、2～15％Fe₂O₃和2～5％Al₂O₃，且第一粉体的粒径不小于10μm、不大于150μm。

可再将得到的第一粉体置于立窑、回转窑或预分解窑中在650℃～1200℃下焙烧2min～90min，得到主晶相为橄榄石的第二粉体。

2)将第一粉体和/或第二粉体与配料进行混合，得到混合物料粉体，配料可包括电石渣粉、粉煤灰粉、黄砂粉、硅石渣粉、长石选矿尾渣粉、霞石选矿尾渣粉、伊利石黏土废渣粉、膨润土废渣粉和废玻璃粉中的一种或多种。可将第一粉体与配料进行混合，配料的加入量为第一粉体质量的20～40％；也可将第二粉体与配料进行混合，配料的加入量为所述第二粉体质量的15～30％；还可将第一粉体、第二粉体与配料进行混合，所述第一粉体、所述第二粉体与所述配料进行混合的质量分比为40～80：10～40：10～40。

3)将混合物料粉体混合均匀后，放入造粒机，造粒机的转速可为30～70r/min，然后再加入粘结剂和水，造粒机继续旋转30～90min。即可获得球形颗粒状坯体。

4)将球形颗粒状坯体于105℃下干燥不少于4h直至恒重，再于800～1250℃下进行烧结40～120min，即可得到硅酸镁陶质材料。将硅酸镁陶质材料筛分之后，即可分别得到硅酸镁陶粒和/或硅酸镁陶砂。干燥和烧结可采用但不限于立窑、辊道窑或回转窑，干燥工序和烧结工序可在同一窑内进行。

以下通过详细的示例对本发明的技术方案作进一步的说明。

示例1

本示例的具体制备方法如下：

(1)将蛇纹岩置于烘干机中60℃干燥90min、并采用闭路破碎方式进行破碎，得到含水率为4％的第一粉体。第一粉体包括30％的MgO、38％的SiO₂、10％的CaO、8％的Fe₂O₃和4％的Al₂O₃，余量为不可避免的物质。第一粉体的粒径为50～100μm。

再将第一粉体置于预分解窑中自室温至1200℃后，在1200℃焙烧10min，获得主晶相为橄榄石的第二粉体。其中，升温速度为15℃/h。

(2)将第一粉体、粉煤灰粉和黄砂粉按照质量比为60：15：25进行混合，于干粉混合机中30min混匀后，得到混合物料粉体。其中，生石灰粉和粉煤灰粉的粒径为45～75μm。

(3)采用湿法对混合物料粉体造粒，将混合物料粉体于40r/min转速下，旋转20min，然后加入12％水和8％的粘结剂，继续旋转造粒80min，再经造粒整形机整形10min后，得到球形颗粒状坯体。

(4)利用步骤(1)预分解窑产生的热尾气降温至105℃后，通入立窑中将球形颗粒状坯体烘30min进行干燥，再以25℃/min升温至1150℃，烧结10min，获得产品A。

产品A的体积密度为500～1100kg/m³，导热系数为0.12W/(m.k)，抗压强度为0.8MPa，吸水率为10％。产品A的粒径介于150μm～20mm之间，通过振动筛进行筛分后，获得粒径介于5mm～20mm之间的硅酸镁陶粒以及粒径介于150μm～5mm之间的硅酸镁陶砂。

示例2

本示例的具体制备方法如下：

(1)将蛇纹石选矿尾渣置于烘干机中干燥、并采用闭路破碎方式进行破碎，70℃烘干120min得到含水率为3％的第一粉体。第一粉体包括38％的MgO、32％的SiO₂、5％的CaO、10％的Fe₂O₃和5％的Al₂O₃，余量为不可避免的物质；第一粉体的粒径为10～100μm。

再将第一粉体置于回转窑中，自室温以10℃/min升温速率升至750℃，保温60min焙烧，获得主晶相为橄榄石的第二粉体。

(2)将第二粉体、伊利石黏土废渣粉和膨润土废渣粉按照质量比为80：10：10进行混合，于干粉混合机中30min混匀后，得到混合物料粉体。其中，伊利石黏土废渣粉和膨润土废渣粉的粒径为45～75μm。

(3)采用湿法对混合物料粉体造粒，将混合物料粉体于造粒机内，60r/min转速下，旋转15min，加入15％的水和15％的粘结剂后，继续运行70min，并经整形机整形15min后,得到的球形颗粒状坯体。

(4)利用步骤(1)回转窑产生的热尾气降温至105℃后，通入立窑中将球形颗粒状坯体烘干30min，再以10℃/h升温至1050℃，烧结30min，获得产品B。

产品B的体积密度为300～800kg/m³，导热系数为0.10W/(m.k)，抗压强度为0.6MPa，吸水率为12％，产品B的直径介于10mm～20mm之间，均为硅酸镁陶粒。

示例3

本示例的具体制备方法如下：

(1)将温石棉选矿尾渣置于烘干机中，在130℃干燥40min、并采用闭路破碎方式进行破碎，得到含水率为1％的第一粉体。第一粉体包括35％的MgO、38％的SiO₂、2％的CaO、12％的Fe₂O₃和5％的Al₂O₃，第一粉体的粒径为10～150μm。

再将第一粉体置于立窑中以5℃/min升至850℃，焙烧30min，获得主晶相为橄榄石的第二粉体。

(2)将第一粉体、第二粉体、电石渣粉和废玻璃粉按照质量比为60：15：10：15进行混合，于干粉混合机中30min混匀后，得到的混合物料粉体。其中，电石渣粉和废玻璃粉的粒径为45～75μm。

(3)采用湿法对混合物料粉体造粒，将混合物料粉体于造粒机内，50r/min转速下旋转18min，加入10％的水和10％的粘结剂后，继续运行60min，并经整形机整形20min后,得到的球形颗粒状坯体。(4)利用步骤(1)回转窑产生的热尾气降温至105℃后，通入立窑中将球形颗粒状坯体烘干35min，再以15℃/h升温至900℃，烧结90min，获得产品C。

产品C的体积密度为800～1100kg/m³，导热系数为0.10W/(m.k)，抗压强度为1.0MPa，吸水率为2％，产品C的粒径介于150μm～2000μm之间，均为硅酸镁陶砂。

示例4

本示例的具体制备方法如下：

(1)将蛇纹石选矿尾矿置于烘干机中，80℃干燥30min、并采用闭路破碎方式进行破碎，得到含水率为2.5％的第一粉体。得到的第一粉体包括34％的MgO、36％的SiO₂、5％的CaO、7％的Fe₂O₃和3％的Al₂O₃，余量为不可避免的物质。第一粉体的粒径为10～150μm。

再将第一粉体置于预分解窑中以15℃/min升至1150℃，焙烧10min，获得主晶相为橄榄石的第二粉体。

(2)将第二粉体和霞石选矿尾渣粉按照质量比为80：20进行混合，于干粉混合机中30min混匀后，得到的混合物料粉体。其中，霞石选矿尾渣粉粒径为45～75μm。第二粉体粒径10～150μm。

(3)采用湿法对混合物料粉体造粒，将混合物料粉体于造粒机内，70r/min转速下，旋转5min，加入13％的水和12％的粘结剂后，继续运行80min，并经整形机整形15min后,得到的球形颗粒状坯体。

(4)利用步骤(1)预分解窑产生的热尾气降温至105℃后，通入立窑中将球形颗粒状坯体烘干25min，再以10℃/h升温至1100℃，烧结25min，获得产品D。

产品D的体积密度为600～1200kg/m³，导热系数为0.12W/(m.k)，抗压强度为0.8MPa，吸水率为6％，产品D的粒径介于150μm～20mm之间，通过振动筛进行筛分后，获得粒径介于5mm～20mm之间的硅酸镁陶粒以及粒径介于150μm～5mm之间的硅酸镁陶砂D。

示例5

本示例的具体制备方法如下：

(1)将蛇纹岩和温石棉选矿尾矿置于烘干机中，70℃干燥40min、并采用闭路破碎方式进行破碎，得到含水率为3％的第一粉体。得到的第一粉体包括33％的MgO、35％的SiO₂、9％的CaO、10％的Fe₂O₃和4％的Al₂O₃，第一粉体的粒径为10～150μm。

(2)将第一粉体和硅石渣粉按照质量比为70：30进行混合，于干粉混合机中40min混匀后，得到的混合物料粉体。其中，硅石渣粉粒径为50～100μm。

(3)采用湿法对混合物料粉体造粒，将混合物料粉体于造粒机内，50r/min转速下，旋转15min，加入9％的水和10％的粘结剂后，继续运行50min，并经整形机整形10min后,得到的球形颗粒状坯体。

(4)利用步骤(1)预分解窑产生的热尾气降温至105℃后，通入立窑中将球形颗粒状坯体烘干30min，再以20℃/h升温至1050℃，烧结40min，获得产品E。

产品E的体积密度为400～1000kg/m³，导热系数为0.1W/(m.k)，抗压强度为0.9MPa，吸水率为4％，产品E的粒径介于150μm～20mm之间，通过振动筛进行筛分后，获得粒径介于5mm～20mm之间的硅酸镁陶粒以及粒径介于150μm～5mm之间的硅酸镁陶砂。

综上所述，本发明的硅酸镁陶质材料及其制备方法，其有益效果可包括以下中的至少一项：

1)以主要含蛇纹石的岩石、废石、尾矿为原料，实现对低品位资源和固体废渣的利用；

2)生产工艺简便、节能减排、产品附加值高、生态环境效益高等优势，对发展新材料产业与社会经济具有重要意义；

3)尾渣、废石、尾矿的资源化利用对尾渣库安全、环境保护、复垦、复绿具有重要的生态与环境意义；

4)通过焙烧处理、烧结处理将岩石、废石、尾矿中的石棉纤维分解、转相为无毒无害的橄榄石、辉石，实现了石棉纤维的解毒处理；

5)以本发明所述的制备方法制备的硅酸镁陶质材料可包括硅酸镁陶粒和/或硅酸镁陶砂，具有密度小、轻质多孔、吸水性强、保温性能好、强度高、耐火阻燃等优异属性，具有广阔的市场前景和显著的经济、环境和社会效益；

6)硅酸镁陶质材料在建筑材料、花卉栽培、土壤改良、吸附材料、过滤材料等方面具有广泛的用途。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。