引 言

随着经济的发展，中国铜资源的需求量日益增加，而我国原生铜矿资源相对较少，但铜尾矿二次资源量却相当大[1-2]。铜尾矿是铜矿石经粉碎精选后所剩下的细粉沙粒，一般含有较多的SiO2和Al2O3等成分，主要为非金属矿物如石英、长石、云母等[3-4]，利用金属尾矿的特性，铜尾矿可作为新型建材、化工、轻工及部分新型材料的原料[5-6]。合理利用铜尾矿，不仅是对资源的节约，更是对环境的保护，并且具有很高的经济效益和社会效益。

陶粒是表面有一层质地较硬的呈陶质或釉质的外壳，这层外壳不仅有隔水保气的作用，还可以赋予陶粒较高的强度[5]。陶粒的内部含有很多细小气孔和高强度的晶体及玻璃体，使陶粒具有筒压强度高、密度小、吸水率低、软化系数高、抗冻性良好等特点[6-7]。正是由于这些优异的性能，使得陶粒被广泛应用于建筑材料领域、石油化工领域、园艺园林领域等，随着砂石等天然资源的日益匮乏，目前陶粒的应用领域还在继续扩大，尤其作为轻集料在轻质混凝土和装配式建筑领域[8-11]。

1.1 现状调查 通过2016年对全院40个临床科室疼痛护理专项的质量检查，总结存在的问题包括：①疼痛评估方面，表现为疼痛评分不准确，疼痛评估频次不准确，疼痛部位、性质发生变化时不能及时评估等；②疼痛记录方面，表现为疼痛对睡眠的影响、疼痛的不良反应记录不及时，或者疼痛护理单记录有漏项；③疼痛随访方面，表现为疼痛随访率低，随访记录不准确或无随访记录；④疼痛教育方面，表现为患者疼痛知识缺乏，存在忍受疼痛，不按时服用镇疼药的现象等。

通过对某碱铝硅质型铜尾矿(K2O+Na2O含量>10%、Al2O3含量>10%、SiO2含量>60%，按照化学成分分类)成分特性的研究，发现其适用于熔体发泡法制备高强陶粒。该尾矿中的硅、铝质组分可作为陶粒网络状骨架结构，同时其碱金属氧化物组分又能显著降低陶粒的烧成温度，促进玻璃体形成[12]。本文以铜尾矿为主要原料，添加长石、白云石、废弃土及KY发泡剂制备高强陶粒轻集料，通过原料配比试验、原料粉磨试验、原料造粒试验及烧成制度正交试验制备出性能合格的高强陶粒轻集料，为铜尾矿的高附加值综合利用提供一个新的解决方案。

1 试验原料及试验流程

1.1 试验原料

(1)原料及预处理

韩城区块2015年以来累计压裂115口井259层，其中有21口井压裂时波及邻井。受压裂波及影响的邻井36口井39井次，受影响前日总产气量58 960 m3，目前日总产气量25 336 m3，减少33 624 m3；受影响前平均日产水量5.05 m3，目前平均日产水量6.62 m3(表1)，对生产影响较大。

试验用铜尾矿来源于山西垣曲地区铜矿，以矿山周边的长石尾矿、白云石废石及废弃土作为添加剂，同时添加少量无机化学KY发泡剂。

陶粒的预热和烧结是其生产过程中最关键的两个过程，因此确定影响陶粒烧结性能的四个因素为预热时间、预热温度、烧成温度和烧成时间。生料球的膨胀在一定程度上取决于物料在700～1 000 ℃预热温度的加热速度，一般来说，加热速度越快，陶粒膨胀性能越好，因此预热温度的四个水平分别取700、800、900和1 000 ℃。在确定原料配比时发现配方10在1 160℃左右时膨胀效果较好，因此烧成温度的4个水平取1 130、1 150、1 170和1 190 ℃。由上述各因素设计L16(45)正交试验表进行烧成制度试验，试验方案如表6所示。

2.2.3 不同作物秸秆的利用能力不均 相对麦秸秆的利用程度来说，稻草的综合利用还处于较低的水平。小麦秸秆因其自然属性和技术的充分利用，使得麦秸秆的综合利用率比水稻秸秆高，所产生的经济效益也高于水稻秸秆。目前，信阳大部分造纸企业及制板企业广泛采用麦秸秆做原料，使得麦秸秆出现供不应求。由于信阳独特的地理位置和气候条件，水稻的种植面积大于小麦，2017年信阳市水稻秸秆产量占总秸秆产量的53.33%。受技术因素和企业需求的影响，使得水稻秸秆的过剩。

(3)混合好的各层物料湿法粉磨至一定细度制浆；

 

表1 原料的主要化学成分

 

Table 1 Chemical constituents of raw materials

  

原料名称化学成分/%SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OTFe烧失铜尾矿61.6713.572.563.363.531.655.433.88长石尾矿78.7112.770.420.133.205.390.645.09白云石废石3.951.5128.8118.900.540.050.871.66废弃土61.6714.471.621.642.480.856.5044.44

1.2 高强陶粒轻集料的制备流程

临床病理特征 两组患者性别差异无统计学意义，肿瘤疾病相关资料有可比性，但老年组的合并症明显高于年轻组，包括糖尿病(P=0.045)、心脏病(P=0.039)、呼吸系统疾病(P=0.041)、高血压病(P=0.035)等(表1)。

(1)长石、白云石破碎到2 mm以下，将KY发泡剂粉磨到一定细度；

(2)铜尾矿、白云石、长石、废弃土及KY发泡剂计量配比并混合；

试验用主要原料的主要化学成分分析结果见表1。

在试验室利用圆盘造粒机进行造粒试验，利用跌落法监测生球强度，每组粒级取15粒表面完整、较光滑颗粒进行强度检测，将颗粒从高度1.5 m处自由跌落，以不碎裂为合格，计算合格率。检测结果见表5。由表5可知，当黏结剂水玻璃的用量达到5%时，陶粒的1.5 m自由跌落合格率达到100%，后续试验加入5%的水玻璃为宜。

(5)干燥粉料加水、黏结剂在圆盘造粒机造粒；

随着畜牧业的发展，人们有着更高的要求对于畜产品的安全和质量，畜禽动物防疫工作一方面影响其自身安全，一方面影响着农村经济和社会稳定。增强畜禽动物防疫安全工作，有效避免畜禽动物疫病工作出现，是保证公共安全的核心，是畜禽动物发展证明。

(6)干燥好的陶粒生球在120 ℃烘干；

(7)干燥后的陶粒生球置于高温箱式电阻炉中烧成，然后以一定的升温速率升温至烧成温度，保温后随炉冷却；

(8)陶粒性能检测。

  

图1 试验流程图

 

Fig.1 Test flow chart

2 试验及结果分析

2.1 原料配比试验

城市政府作为城市更新的核心主体又可以区分为不同的次级主体。除城市政府作为一个整体的利益主体外，城市政府内部与城市更新相关的各种政府部门往往被视作不同的利益主体，政府官员作为利益主体的一部分有时又被直接当作一个利益主体。简单来说，从实际参与城市更新的过程来看，横向上包括了所有与城市更新相关的部门，如规划局、建设局、市政局等等，纵向上则包含了城市的各级行政序列市、区、街道。总之，城市政府既拥有监、控城市更新的权力，也担负引导城市更新科学化、合理化的义务，因此承担着城市更新核心主体的地位。

试验流程如图1所示，包括破碎、计量、干燥、打散、均化、造粒、干燥、烧成的试验过程，具体包括以下步骤：

陶粒主要是以硅、铝质原料烧制而成。SiO2和Al2O3是陶粒形成强度和结构的主要物质基础，此外还需要加入助熔剂来降低烧成温度和扩大烧成范围。在表2中各原料化学成分分析的基础上，通过理论计算，控制SiO2含量在50%～70%，Al2O3含量在9%～15%，K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等熔剂之和13%～26%，为挑选出最优性能的陶粒配方，设计了如表2所示的10组试验配方，10组配方分别对应的化学成分见表3。表中Rf=(SiO2+Al2O3)/(Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)=3.5～10，如Rf<3.5，陶粒配方欠烧；如果Rf>10，则陶粒过烧。其中熔剂和为Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O的值[13]。

 

表2 原料配比试验 /%

 

Table 2 Raw material ratio test

  

编号铜尾矿白云石废石长石尾矿废土发泡剂(外掺)173170100.52701010100.5370020100.54601020100.55501030100.56601015100.57502020100.58453015100.5965205100.510501025150.5

 

表3 不同配方的主要化学成分 /%

 

Table 3 Main chemical constituents of different formulations

  

编号SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OTFeRf熔剂和151.8611.616.935.832.921.304.762.9221.73257.6012.374.884.423.091.784.603.7318.78365.0813.502.042.543.362.324.585.3014.84459.3112.294.664.103.062.164.123.9618.10561.0112.224.453.773.032.533.644.2017.43659.3112.294.664.103.067.164.123.1023.10758.6510.856.654.682.663.122.233.5919.34852.029.689.386.402.382.772.012.6922.94961.2010.736.324.202.623.681.513.9218.331064.4212.103.973.042.913.242.744.8115.91

注：Rf=(SiO2+Al2O3)/(Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)=3.5～10。

上述10个配方，均粉磨40 min磨至粒径为200目以下，然后添加5%的水玻璃在相同的条件下造粒，在1 160 ℃烧成，烧成时间为30 min，最后检测陶粒的性能，试验结果见表4。由试验结果可知，配方1、6、7、8由于熔剂组分含量较大，烧结温度大大降低，气体产生时，熔体黏度过小，使得气体从熔体逸出达不到膨胀效果；配方2、4、5号Rf值较小，烧成后陶粒的膨胀效果较差；配方3和9虽然强度较高，但是烧成后陶粒互相粘连严重；而配方10的SiO2和Al2O3的含量较高，烧结过程中陶粒形成了张力、黏度较好的面层，反应产生的气体被包裹在高温熔体中，不能逸出，膨胀效果较好。再综合陶粒强度、吸水率和表观密度三个性能，优选配方10进行下一步试验。

 

表4 不同配方的陶粒性能测试结果

 

Table 4 Test results of different formulations of ceramsite properties

  

编号单球抗压强度/kN吸水率/%表观密度/(kg·m-3)125.40.791100223.81.681040323.70.421440426.50.001050528.70.35910628.54.21710723.82.101280822.618.172200922.51.3314601025.30.001000

备注:采用测试单个陶粒球抗压强度作为优化配方的指标之一(10个单球测试求均值)。

2.2 造粒试验

(4)粉磨好的浆料在120 ℃烘干，然后将结块物料用高速混料机打散并过150目筛；

脑卒中是一种中老年人的常见病、多发病，是当前严重威胁人类健康的三大疾病之一[1]，在我国每年新发病例约200万人，具有高发病率、高死亡率、高复发率、高致残率的特点。脑卒中偏瘫患者出院后的自我康复效果受多种因素影响：脑卒中患者机体功能受损，其参与功能训练的积极性受到经济能力、心理因素、认知水平、社会支持等诸多方面的影响[2-4]；脑卒中的家属或照顾者对康复训练的认知、态度、照顾能力等也影响患者出院后康复效果[5-6]。已有研究显示：出院后开展有针对性的延续护理服务可有效减少这些因素对患者自我康复的影响[7]。因此，加强脑卒中偏瘫患者出院后康复护理服务是十分必要的。

 

表5 原料造粒试验

 

Table 5 Raw material granulation test

  

主要参数落下强度(1.5m)加水量/%35353535353535水玻璃用量/%1234567合格率/%50758390100100100

2.3 烧成制度正交试验

(2)原料化学成分分析

 

表6 陶粒烧成制度正交试验因素水平表

 

Table 6 The system of ceramsite firing table of orthogonal experimental design

  

水平因素A预热温度/℃B预热时间/minC烧成温度/℃D烧成时间/min1700101130152800201150203900301170254100040119030

陶粒的性能指标很多，在这里只对陶粒的筒压强度、堆积密度和吸水率这三个重要指标进行分析，陶粒烧成制度正交试验结果见表7。

 

表7 陶粒烧成制度正交试验结果

 

Table 7 The system of ceramsite firing of orthogonal experimental Results

  

水平因素ABCD性能测试结果堆积密度/(kg·m-3)筒压强度/MPa吸水率/%11111113822.263.222122287612.290.70313337307.200.46414445362.211.2452123104416.601.0462214117517.613.47723416127.850.488243277811.780.56931347617.371.341032435622.680.80113312119922.084.81123421109717.331.541341426592.611.0714423184813.050.59154324102217.430.98164413120316.183.81筒压强度K110.9912.2119.53215.122K213.4611.4015.91212.19K312.3613.649.8510.665K412.3111.873.83711.155极差2.42.23315.6954.457优方案A2B3C1D1堆积密度K1820900.51178.75923.75K2902.2865.251009.75878K3904.7890.75779.25884.75K4933903.5592.25873.5极差11338.25586.550.25优方案A1B2C4D4吸水率K11.4051.6673.8281.458K21.3881.391.0651.785K32.1221.6830.7381.527K41.6131.7880.8971.757极差0.7340.3983.090.327优方案A2B2C3D1

与《轻集料及其试验方法》(GB/T 17431—2010)要求对比可知，这16组试验的陶粒吸水率全部合格，筒压强度的检测值也都达到对应密度等级的筒压强度要求，进一步通过直观分析和方差分析最优烧成制度。

(1)陶粒试验的筒压强度直观分析结果见表7，由表7的直观分析结果可知，极差C>D>A>B，影响陶粒筒压强度的因素(烧成制度参数)排名为：C烧成温度>D烧成时间>A预热温度>B预热时间。因为均值EC=19.532>ED=15.122>EB=13.64>EA=13.46，所以对于筒压强度的优方案为A2B3C1D1。筒压强度方差分析结果见表8，通过F检验判断差异显著性，由8可知，烧成温度对应的F比>F(临界值)，表明烧成温度的改变对陶粒的筒压强度有显著影响。所以决定陶粒筒压强度的最关键因素为烧成温度。随着烧成温度的升高，试样出现的液相量增加，熔体表面张力和黏度增加，使得陶粒膨胀效果较好，具有较大的筒压强度。

 

表8 筒压强度方差分析表

 

Table 8 Table of cylinder pressure strength variance analysis

  

因素偏差平方和自由度F比F(临界值)显著性A预热温度12.2630.0763.49B预热时间11.11930.0693.49C烧成温度571.89833.5573.49*D烧成时间47.84730.2983.49误差643.1212

(2)陶粒试验的堆积密度直观分析结果见表7，由表7可知，极差C>A>D>B，影响陶粒堆积密度的因素(烧成制度参数)排名为：C烧成温度>A预热温度>D烧成时间>B预热时间。因为均值EC=592.25<EA=820<EB=865.25<ED=873.5，所以对于堆积密度的优方案为A1B2C4D4。堆积密度方差分析结果见表9，通过F检验判断差异显著性，由表9可知，烧成温度对应的F比>F(临界值)，表明烧成温度的改变对陶粒的堆积密度有显著影响。

 

表9 堆积密度方差分析表

 

Table 9 Table of stacking density variance analysis

  

因素偏差平方和自由度F比F(临界值)显著性预热温度28466.530.1373.49预热时间3622.530.0173.49烧成温度79454933.8163.49*烧成时间6331.530.033.49误差83297012

(3)陶粒试验的吸水率直观分析结果见表7，由表7的直观分析结果可知，极差C>A>B>D，影响陶粒吸水率的因素(烧成制度参数)排名为：C烧成温度>A预热温度>B预热时间>D烧成时间。因为均值EC=0.738<EA=1.388<EB=1.39<ED=1.458，所以对于吸水率的优方案为A2B2C3D1。吸水率方差分析结果见表10，通过F检验判断差异显著性，由表10可知，烧成温度对应的F比>F(临界值)，表明烧成温度的改变对陶粒的吸水率有显著影响。

 

表10 吸水率方差分析表

 

Table 10 Table of water absorption

  

因素偏差平方和自由度F比F(临界值)显著性预烧温度1.40930.2013.49预烧时间0.34630.0493.49烧成温度25.92533.7033.49*烧成时间0.32230.0463.49误差2812

由以上正交试验可知，烧成温度是影响陶粒筒压强度、堆积密度和吸水率的最主要因素。但当烧结温度过高时，可能导致气体突破熔体形成连通孔隙，导致吸水率过高。因此综合筒压强度、堆积密度、吸水率的优方案，综合考虑，见表11，确定最优烧成制度为：预热温度800 ℃，预热时间20 min，烧成温度1 170 ℃，烧成时间15 min。

 

表11 最优方案对比

 

Table 11 Optimal scheme comparison

  

序号性能优方案1筒压强度A2B3C1D12堆积密度A1B2C4D43吸水率A2B2C3D14综合优方案A2B2C3D1即预热温度800℃,预热时间20min,烧成温度1170℃,烧成时间15min

3 结 论

(1)以铜尾矿为主要原料及一些辅助原料制备得到性能优良的陶粒，各项指标均超过《轻集料及其试验方法》(GB/T 17431—2010)的性能要求。陶粒试验配方为：铜尾矿50%、长石25%、白云石10%、废弃土15%，生球造粒黏结剂水玻璃用量为5%。

80例患者治愈75例,死亡5例,十二指肠漏5例,胃排空障碍5例,胸腔积液8例,切口感染2例,十二指肠漏患者中1例接受二次手术得到痊愈,剩余患者全部接受对症治疗得到痊愈。

(2)正交试验优化得到的最优烧成制度为：预热温度800 ℃，预热时间20 min，烧成温度1 170 ℃，烧成时间15 min。影响陶粒性能的最关键因素是烧成温度。

(3)堆积密度为874 kg/m3，对应密度等级为900；筒压强度达到7.5 MPa；吸水率为2.1%。筒压强度、吸水率均优于密度等级900产品的指标要求。

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