寬城鐵尾礦制造氯氧鎂復(fù)合瓦的研究

陸官雅，周小玉*，孟慶浪

(1. 天津理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 天津300384；

2. 北京航空航天大學(xué)物理科學(xué)與核能工程學(xué)院 北京100191)

寬城鐵尾礦制造氯氧鎂復(fù)合瓦的研究

陸官雅1，周小玉1*，孟慶浪2

(1. 天津理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 天津300384；

2. 北京航空航天大學(xué)物理科學(xué)與核能工程學(xué)院 北京100191)

以寬城鐵尾礦為骨料，以氯氧鎂水泥為凝膠，制造出復(fù)合瓦。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得出復(fù)合瓦的最佳配方是：60目的寬城鐵尾礦主料為70%，氯氧鎂水泥為30%，氯氧鎂的 MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的最佳混合比例是8∶1∶13；木屑添加量為2.5%，以0.2%～0.5%的草酸和硫酸亞鐵為添加劑，可以降低瓦片重量，提高復(fù)合瓦的強(qiáng)度和耐水性能。鐵尾礦復(fù)合瓦的研制不但可以減少鐵尾礦造成的環(huán)境污染，而且復(fù)合瓦性能優(yōu)異，是黏土瓦的理想換代產(chǎn)品。

氯氧鎂 復(fù)合瓦 鐵尾礦

0 引 言

我國(guó)是21世紀(jì)以來(lái)世界第一磚瓦生產(chǎn)大國(guó)，僅2013年1～2月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，我國(guó)的瓦產(chǎn)量就達(dá)到11.27億片。[1]近幾年，隨著相關(guān)環(huán)保政策的出臺(tái)，我國(guó)粘土燒結(jié)瓦的產(chǎn)量雖然逐年減少，但由于性價(jià)比等原因，我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)還在大量使用。菱鎂瓦以氯化鎂、氧化鎂為黏結(jié)劑，加石粉、木屑等為填料，經(jīng)軋制而成。由于菱鎂瓦各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)異，而且價(jià)格便宜，生產(chǎn)無(wú)污染，是黏土瓦的理想換代產(chǎn)品。

目前，國(guó)內(nèi)的鐵尾礦等工業(yè)礦渣廢棄物產(chǎn)量巨大，尾礦排入河道、溝谷、農(nóng)田，污染空氣、水土，破壞環(huán)境，甚至造成災(zāi)害。本研究的氯氧鎂復(fù)合瓦的填料采用寬城鐵尾礦，可以解決鐵尾礦顆粒較細(xì)、治理困難的難題，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、綠色生產(chǎn)。

1 提高氯氧鎂水泥的耐水性措施

氯氧鎂水泥由MgO和MgCl2經(jīng)過(guò)一系列的水解、水化和礦物化等物理化學(xué)過(guò)程，主要的水化產(chǎn)物是5MgO·MgCl2· 8H2O凝膠，它是水泥強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)相。[2-3]

用氯氧鎂水泥制造的瓦有很多優(yōu)點(diǎn)：①凝結(jié)硬化快且具有良好的機(jī)械強(qiáng)度；②弱堿性和低腐蝕性；③耐磨性好；④阻燃性優(yōu)良；⑤可鋸可釘；⑥不需要高溫鍛燒，還可添加礦山、建筑廢料和秸稈等作為填料，具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。但氯氧鎂水泥瓦的缺點(diǎn)是吸水、反鹵，并在這個(gè)過(guò)程中降低了強(qiáng)度，限制了使用場(chǎng)合。

許多研究表明，采取以下措施可以提高氯氧鎂水泥的耐水性：

1.1 提高M(jìn)gO的比例

在MgO和MgCl2的反應(yīng)過(guò)程中，因?yàn)镸gCl2有吸水特性，如出現(xiàn)未反應(yīng)完MgCl2存在，就會(huì)造成產(chǎn)品吸水反鹵，嚴(yán)重的降低產(chǎn)品的強(qiáng)度。但未反應(yīng)完的MgO在氯氧鎂水泥硬化體結(jié)構(gòu)中會(huì)穩(wěn)定存在，對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度有保護(hù)作用，因此在配料中適當(dāng)提高M(jìn)gO的比例。[24]

1.2 添加添加劑

摻入添加劑的目的是在反應(yīng)中生成穩(wěn)定的化合物，堵塞氯氧鎂水泥中的毛細(xì)通道，改善其吸水反鹵現(xiàn)象。添加劑可為草酸、聚乙烯醇和硫酸亞鐵等。[5]

2 氯氧比例實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

①氧化鎂：采用分析純，MgO含量大于98%；②氯化鎂：采用分析純，MgCl2·6H2O含量大于98%；③中堿玻璃纖維布，市售，寬度30cm；④鐵尾礦：取自寬城鐵礦區(qū)，成分如表1所示，使用60目篩子的過(guò)篩率為50%；⑤脫模劑。

表1 寬城鐵尾礦化學(xué)成分(%)Tab.1 Chemical components of Kuancheng iron ore tailings(%)

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

100KN微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、彎曲夾頭、壓縮試驗(yàn)夾頭、游標(biāo)卡尺、電子天平、燒杯、試樣模具(尺寸150mm×40mm×13mm)。

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

①鐵尾礦用60目的篩子過(guò)篩；②氧化鎂、氯化鎂和水按表2的比例，其重量占試件的30%，尾礦占重量的70%，以每個(gè)成分按500g進(jìn)行配料；③先將氧化鎂、氯化鎂混合，再混入鐵尾礦；④在模具內(nèi)噴涂脫模劑，放一半料后，在振動(dòng)機(jī)上震實(shí)，并鋪設(shè)玻璃纖維，再加預(yù)料，震實(shí)；⑤將成型后的試塊在室溫潮濕氣氛下養(yǎng)護(hù)28d；⑥將養(yǎng)護(hù)后的試件進(jìn)行抗壓、彎曲和稱重試驗(yàn)，并把養(yǎng)護(hù)好的試樣浸水10d，陰干3d后，再進(jìn)行抗壓、彎曲和稱重試驗(yàn)，得到試件的抗壓、抗折及浸水增重結(jié)果比較(見表3)。

表2 不同氯氧鎂比例的重量Tab.2Weights of magnesium oxychloride with different proportions

表3 不同氧化鎂比例試件的性能Tab.3 Performance of magnesium oxide test-pieces with different proportions

由表3可以看出，2號(hào)試件浸水前后的抗壓性能、抗折性能較高，其軟化系數(shù)比其余組分更接近1，浸水后增重量百分比最小，耐水性更好。說(shuō)明MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例為8∶1∶13是最理想的配比，也符合文獻(xiàn)關(guān)于MgO∶MgCl2·6H2O的比例在(7～12)∶1時(shí)氯氧鎂水泥耐水性好、強(qiáng)度高的結(jié)論，[2]說(shuō)明添加70%鐵尾礦的氯氧鎂水泥瓦在MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例為8∶1∶13時(shí)是最理想的配比。

3 增加添加劑實(shí)驗(yàn)

試塊的原料仍以70%的鐵尾礦作為填料，制作MgO∶MgCl2·6H2∶H2O的比例為8∶1∶13的試塊，并添加木屑、草酸、聚乙烯醇、硫酸亞鐵添加劑，其比例如表4所示。

表4 添加劑的成分和比例Tab.4 Components and proportions of additives

將養(yǎng)護(hù)28d不浸水與經(jīng)過(guò)浸水、陰干的試件進(jìn)行抗壓、彎曲和稱重試驗(yàn)，得到試件的抗壓、抗折及浸水增重結(jié)果比較，如表5所示。

表5 不同添加劑性能的實(shí)驗(yàn)Tab.5 Experimentresult of performances of different additives

由表5可以看出，使用不同的添加劑，試件的性能變化不同。其中添加草酸、硫酸亞鐵后，不浸水和浸水的試件的抗壓性都提高了15%以上，抗折強(qiáng)度也有一定改觀；添加木屑的試件，浸水后抗壓強(qiáng)度提高了10%，抗折強(qiáng)度提高了35%以上，說(shuō)明添加木屑不但可以減小瓦片的重量，還能提高強(qiáng)度和耐水性。但添加木屑在浸水后的強(qiáng)度比不浸水高，說(shuō)明木屑在混料前必須充分浸水再反應(yīng)，否則會(huì)造成強(qiáng)度極低；有機(jī)物聚乙烯醇對(duì)試件強(qiáng)度的提高影響不大。

4 結(jié) 語(yǔ)

以60目寬城鐵尾礦70%、氯氧鎂水泥為30%的比例制造復(fù)合瓦，其瓦片性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以減少鐵尾礦造成的環(huán)境污染，是黏土瓦的理想換代產(chǎn)品。寬城鐵尾礦為骨料，配制氯氧鎂水泥MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例為8∶1∶13時(shí)是最理想的配比，該配比下，復(fù)合瓦的耐水性好、強(qiáng)度高。添加木屑和秸稈可以減小復(fù)合瓦的重量，而且添加干木屑重量為2.5%(干料稱重)，不但不會(huì)降低復(fù)合瓦的力學(xué)性能指標(biāo)，還能使指標(biāo)有所提高。但添加木屑或秸稈，最好先將木屑淋水再生產(chǎn)，否則干木屑會(huì)影響形成完整膠體而造成復(fù)合瓦強(qiáng)度極低。添加0.2%～0.5%的草酸、硫酸亞鐵添加劑，可以提高復(fù)合瓦的強(qiáng)度和耐水性，又不會(huì)顯著增加成本。

［1］ 中國(guó)磚瓦工業(yè)協(xié)會(huì). 磚瓦行業(yè)2013年一季度經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析[J]. 磚瓦世界，2013(5)：4-5.

［2］ 晉萍，俞惠，呼克佑，等. 改善氯氧鎂噴射混凝土膠凝材料抗水性研究[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，1998，23(1)：102-106.

［3］ 張春楊，王顯利. MgO/MgCl2物質(zhì)的量比對(duì)鎂水泥基稻草板性能的影響[J]. 北華大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2014，15(2)：265-268.

［4］ 李秀法，余紅發(fā)，蔡玲. 抗水氯氧鎂水泥硬化機(jī)理研究[J]. 硅酸鹽通報(bào)廣西工學(xué)，1991(1)：10-14.

［5］ 段先志，程友亮. 氯氧鎂水泥返鹵成因及其改進(jìn)的研究[J]. 南昌職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院，2001(3)：11-15.

Study on Production of Magnesium Oxychloride Composite Tile Using Kuancheng Iron Ore Tailings

LU Guanya1，ZHOU Xiaoyu1*，MENG Qinglang2
(1．School of Materials Science & Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China；2．School of Physics and Nuclear Energy Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China)

Using Kuancheng iron ore tailings as aggregate base，magnesium oxychloride cement as gelling，the manufacturing of composite tile was studied in this paper．Experimental results showed that the best formula is 70% 60-mesh Kuancheng iron tailings，30% magnesium oxychloride cement，and the best proportion of magnesium oxychloride MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O is 8∶1∶13；the sawdust additive is 2.5%，and 0.2%～0.5% oxalic acid and ferrous sulfate were taken as additives to reduce tile weight and improve tile strength and water resistance．Iron ore tailing composite tiles can not only reduce environmental pollution，but also replace clay tiles due to their outstanding performance.

magnesium oxychloride；composite tile；iron ore tailings

X753

：A

：1006-8945(2015)08-0024-02

*

天津理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目資助(X2013020)。

2015-07-08