黃金尾礦作復(fù)合水泥混合材的試驗(yàn)研究

祝振奇 (亞泰集團(tuán)丹東交通水泥有限公司，遼寧 丹東 118010)

黃金尾礦是黃金選礦廠在提取黃金金礦后所排放的礦石廢料，黃金尾礦中含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等硅酸鹽制品的基礎(chǔ)物質(zhì)，另外尾礦粉中也含有較高的NaO、KaO，礦物成份以石英和長(zhǎng)石為主。試驗(yàn)表明，黃金尾礦粒度細(xì)且較均勻，具有較高的表面能和反應(yīng)活性，可用作水泥混合材，適量添加可以降低水泥生產(chǎn)成本，改善水泥性能[1-2]。

試驗(yàn)用黃金尾礦作復(fù)合硅酸鹽水泥混合材，與粉煤灰對(duì)調(diào)，對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，最后確定摻加黃金尾礦的復(fù)合硅酸鹽水泥的最佳配比方案。

1 原材料化學(xué)成分

試驗(yàn)?zāi)ブ?2.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥主要原材料的產(chǎn)地及化學(xué)成分見表1。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 活性試驗(yàn)

將黃金尾礦粉烘干后，粉磨至比表分別為310±10m2/kg，350±10m2/kg，390±10m2/kg，與P·Ⅰ型水泥按照30%:70%混勻后，按照“GBT12957-2005”標(biāo)準(zhǔn)做抗壓強(qiáng)度比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可以看出，隨著黃金尾礦粉比表面積增加，其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量有上升趨勢(shì)，其主要原因是黃金尾礦粉比表面積增加，導(dǎo)致混合后的水泥樣品比表面積隨之增加，需水量增大。凝結(jié)時(shí)間明顯縮短，且3d和28d強(qiáng)度也明顯增加，其主要原因也是因?yàn)楸缺砻娣e的增加，加快了水泥水化速度，另外，黃金尾礦粉富含具備潛在活性的可溶性SiO2、AL2O3，隨著黃金尾礦粉比表面積的增加，其微集料效應(yīng)得到了充分發(fā)揮；尾礦表面致密層被破壞，增加了活性硅、鋁的溶出，與硅酸鹽水泥熟料水化析出的Ca(OH)2、石膏中的CaSO4二次反應(yīng)生成溶解度較低的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等具有膠凝作用的礦物，起到增加水泥強(qiáng)度的作用[3]。

表1 各種原材料化學(xué)成分

表2 黃金尾礦粉不同比表面積抗壓比試驗(yàn)

表3 黃金尾礦代替粉煤灰試驗(yàn)配比

表4 黃金尾礦代替粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果

由活性試驗(yàn)可以看出，黃金尾礦粉具有一定潛在的活性，并隨著比表面積增加而增加。

2.2 使用黃金尾礦粉代替粉煤灰

將各種原料烘干后，經(jīng)破碎機(jī)破碎，按一定配比稱量，用Φ500mmX500mm標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小磨混合粉磨至比表面積350±10m2/kg，測(cè)試水泥性能。

黃金尾礦代替粉煤灰試驗(yàn)配比見表3。

黃金尾礦代替粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表3可以看出，用黃金尾礦替代粉煤灰，將黃金尾礦與粉煤灰對(duì)調(diào)，隨著黃金尾礦摻量由2%增加到10%，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量減少，凝結(jié)時(shí)間縮短，尤其是摻量大于4%以后，凝結(jié)時(shí)間縮短尤為明顯。其主要原因是因?yàn)殡S著尾礦粉的增加，粉煤灰的量逐漸減少，填充于水泥顆粒的空隙中粉煤灰細(xì)顆粒也隨之減少，水泥顆粒與水之間以及水泥顆粒相互之間的接觸面積增大，加快了水化反應(yīng)的速度[4]。

表5 配比優(yōu)化前后的水泥配比及各項(xiàng)性能對(duì)比

隨著黃金尾礦粉的增加，水泥抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都有不同幅度的下降，抗折強(qiáng)度下降趨勢(shì)較為平緩，抗壓強(qiáng)度下降趨勢(shì)較大。試驗(yàn)TF1—TF5 3d抗壓強(qiáng)度較TF0分別下降2.1%、7.0%、10.2%、11.2%、15.0%，28d抗壓強(qiáng)度分別下降-0.2%、4.8%、8.0%、15.5%、20.1%。 當(dāng)黃金尾礦粉摻量小于6%時(shí)，水泥3d抗壓強(qiáng)度下降幅度較28d抗壓強(qiáng)度下降幅度大，當(dāng)黃金尾礦粉摻量大于6%時(shí)，下降幅度則相反。水泥強(qiáng)度下降的主要原因是黃金尾礦粉的活性較粉煤灰活性?。黄浯?，黃金尾礦粉堿含量較大，由于黃金尾礦粉的增加導(dǎo)致水泥中堿含量的增加，堿含量的增加，對(duì)水泥的水化、硬化有一系列的影響：增加需水量、加速初期水化、加快凝結(jié)和結(jié)構(gòu)的形成、降低強(qiáng)度，特別是后期抗壓強(qiáng)度。為了減輕堿含量對(duì)水泥的影響，可以適當(dāng)提高石膏和礦渣的摻量[5]。

3 最佳配比方案

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，黃金尾礦粉代替部分粉煤灰生產(chǎn)32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥方案是可行的，黃金尾礦粉的摻量在6%。為了使水泥3d強(qiáng)度和28d強(qiáng)度能達(dá)到不摻加黃金尾礦的TF0試驗(yàn)的水平，可以采取以下措施：

1)將脫硫石膏摻加量由原來的3%增加到4%，增加硫酸鹽對(duì)水泥早期強(qiáng)度的激發(fā)作用。

2)將石灰石摻量由原來12%減少到9%，增加礦渣的摻量，以減少石灰石對(duì)水泥后期強(qiáng)度的影響，增加礦渣對(duì)后期強(qiáng)度的激發(fā)作用。

3)將比表面積控制值由原來的350±10m2/kg增加到370±10m2/kg。

表5為配比優(yōu)化前后的水泥配比及各項(xiàng)性能的小磨試驗(yàn)對(duì)比。

可以看出，雖然優(yōu)化后配比較優(yōu)化前強(qiáng)度仍偏低，但相差甚微，且滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

試驗(yàn)表明黃金尾礦的活性隨其比表面積的增加而增加；黃金尾礦用作水泥混合材，在復(fù)合水泥中可以代替6%的粉煤灰，且強(qiáng)度變化不大；用黃金尾礦代替粉煤灰可以使水泥需水量明顯降低。如果黃金尾礦可以在水泥生產(chǎn)中使用，會(huì)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]徐惠忠.黃金尾礦的工藝技術(shù)特性及其在建材中的應(yīng)用研究[J].非金屬礦，1997(03)：39-40.

[2]張國(guó)強(qiáng).黃金尾礦在水泥中的資源化利用研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.57-69.

[3]倪明江，焦有宙，駱仲泱等.金屬尾礦作水泥混合材活性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007 27(05)：868-872.

[4]于海洋，王玉江.粉煤灰對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012 22(04)：7-9.

[5]琉璃河水泥廠，南京化工學(xué)院.堿對(duì)水泥生產(chǎn)和性能的一些影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，19654(03)：175-183.