黃 貝，劉貴山，李劍鋒，熊培培，王志強(qiáng)

（1.大連工業(yè)大學(xué)材料系新能源材料研究所，遼寧省高校新材料與材料改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116034；2.大連尊遠(yuǎn)建材有限公司，遼寧 大連 116033）

利用鉬礦渣研制劈開(kāi)磚

黃 貝1，劉貴山1，李劍鋒2，熊培培1，王志強(qiáng)1

（1.大連工業(yè)大學(xué)材料系新能源材料研究所，遼寧省高校新材料與材料改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116034；2.大連尊遠(yuǎn)建材有限公司，遼寧 大連 116033）

以遼寧省喀左縣紫砂頁(yè)巖、陶土為主要原料，添加鉬礦渣制備劈開(kāi)磚。對(duì)樣品的吸水率，飽和系數(shù)，抗折強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試分析，研究結(jié)果表明：在1080 ℃下燒結(jié)制備劈開(kāi)磚，鉬礦渣的摻入量可達(dá)到30wt.%，其吸水率為5.03%，抗折強(qiáng)度為18.54 MPa，抗凍性和熱穩(wěn)定性都符合行業(yè)要求。

劈開(kāi)磚；紫砂土；鉬礦渣

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，劈開(kāi)磚作為新型外墻裝飾材料中的一種，由于其古樸典雅的色澤、耐酸堿、強(qiáng)度高、安全系數(shù)高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，如碼頭、停車(chē)場(chǎng)、廣場(chǎng)、車(chē)站、公園等休閑場(chǎng)所以及通道、人行道[1]。劈開(kāi)磚既可以被廣泛應(yīng)用于各種建筑物的內(nèi)外墻裝飾，也可以用于建筑物整體裝飾中的部分裝飾，同時(shí)也可用于裝飾景觀，使其具有立體效果，是一種理想的綠色生態(tài)建筑材料[2]。

礦渣是冶煉金屬礦產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，這些露天儲(chǔ)存的冶煉廢渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水體和大氣，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，造成明顯或潛在的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)[3]。目前我國(guó)因礦渣造成的直接污染土地面積已達(dá)7萬(wàn)公頃以上，間接污染土地面積67萬(wàn)公頃以上[4，5]。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的礦渣利用率已達(dá)60～80%，它們利用廢礦渣中某些組分開(kāi)發(fā)出一些高附加值產(chǎn)品，如功能陶瓷、復(fù)合陶瓷、鑄石等[6，7]。所以，冶煉廢渣的無(wú)害化、資源化處理是我國(guó)乃至世界各國(guó)十分重視的焦點(diǎn)。

由于礦渣具有潛在的水化活性，通過(guò)一定的活性激發(fā)處理，將其大量應(yīng)用于生產(chǎn)建材制品上是可行的[8]。隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，新型墻體材料的缺口很大，因此利用礦渣生產(chǎn)建筑用磚是一條很好的利用途徑。這些新型墻體材料都是以節(jié)能、節(jié)土、利廢為目的，從各地區(qū)相應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā)研制出來(lái)的。對(duì)鉬廢渣進(jìn)行綜合利用，既能夠提高自然資源的利用率，重復(fù)使用，緩解日益加重的環(huán)境污染，又能減緩對(duì)自然資源的過(guò)渡開(kāi)采，具有雙重環(huán)保的積極意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

本實(shí)驗(yàn)原料都是取自遼寧省喀左地區(qū)，其化學(xué)組成見(jiàn)表1，原料1#、2#、3#、4#分別為紫砂頁(yè)巖、紫玉陶土、青石、鉬礦渣。

1.2 配方設(shè)計(jì)

借鑒劈離磚生產(chǎn)的成熟經(jīng)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)制定了如下實(shí)驗(yàn)配方，見(jiàn)表2。

1.3 工藝過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)制備的工藝過(guò)程如下：將原料粉碎后，按實(shí)驗(yàn)配方將各種原料混合均勻，加入17～20%水，陳腐后，利用SY35液壓壓磚機(jī)壓制成150 mm×65.4 mm×8 mm的磚坯，將磚坯置于干燥箱中在105℃下干燥，放入電爐中進(jìn)行燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，燒結(jié)溫度分別為1060 ℃、1070 ℃、1080 ℃和1090 ℃。

1.4 性能測(cè)試

(1)按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3810.3測(cè)試劈開(kāi)磚吸水率和飽和系數(shù)；

(2)按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3810.4測(cè)試劈開(kāi)磚抗折強(qiáng)度；

(3)按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3810.9測(cè)試劈開(kāi)磚的熱穩(wěn)定性。

表1 原料的化學(xué)組成（wt.%）Tab.1 Chemical composition of raw materials (wt.%)

表2 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)Tab.2 Composition of samples

2 結(jié)果與討論

2.1 礦渣添加量對(duì)劈開(kāi)磚吸水率的影響

圖1是摻入不同量鉬礦渣對(duì)劈開(kāi)磚樣品吸水率的影響曲線。由圖1可知，隨著鉬礦渣摻入量的增加，劈開(kāi)磚樣品的吸水率逐漸變大，抗折強(qiáng)度降低。由上圖分析，當(dāng)鉬礦渣的摻入量為30wt.%，燒成溫度升高到1080 ℃時(shí)，樣品的吸水率達(dá)到行業(yè)要求(吸水率在3～6%之間)。當(dāng)鉬礦渣的摻入量為40wt.%時(shí)，即使再升高燒成溫度，樣品的吸水率仍然沒(méi)達(dá)到要求。雖然添加鉬礦渣產(chǎn)生的液相量增加了，但是燒結(jié)產(chǎn)生的液相基本是原位聚合，填充氣孔的液相只占少數(shù)，因?yàn)榕黧w的收縮率較小，所以坯體殘留大量的氣孔，增加其吸水率[9]。

2.2 礦渣添加量對(duì)劈開(kāi)磚抗折強(qiáng)度的影響

圖1 鉬礦渣摻雜量與樣品吸水率關(guān)系曲線圖Fig.1 Relationship linear graph of molybdenum slag and water absorption

圖2是摻不同量鉬礦渣劈開(kāi)磚樣品的抗折強(qiáng)度變化曲線。由圖可知，劈開(kāi)磚樣品的抗折強(qiáng)度隨著鉬礦渣量的增加而降低。這主要是由于鉬礦渣的SiO2和Al2O3很低，而CaO和MgO含量很高，當(dāng)添加大量的鉬礦渣時(shí)，過(guò)多的溶劑使燒結(jié)時(shí)玻璃相含量增加，降溫時(shí)，殘留應(yīng)力使坯體的裂紋增加，異常長(zhǎng)大的晶粒在承受壓應(yīng)力時(shí)不能很好地傳遞應(yīng)力，從而降低材料的強(qiáng)度，并且鉬礦渣屬于瘠性料，添加的越多，生坯的可塑性越低，氣孔率越大，生坯強(qiáng)度越低，干燥過(guò)程時(shí)容易在內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，燒成后抗折強(qiáng)度也越差[10]。所以隨著鉬礦渣添加量的增加，劈開(kāi)磚的抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

2.3 礦渣添加量對(duì)劈開(kāi)磚飽和系數(shù)的影響

圖2 鉬礦渣摻雜量與樣品抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線圖Fig.2 Relationship linear graph of molybdenum slag and bending strength

圖3 鉬礦渣摻雜量與樣品飽和系數(shù)關(guān)系曲線圖Fig.3 Relationship linear graph of molybdenum slag and saturation coefficient

圖3是摻入不同量鉬礦渣劈開(kāi)磚樣品的飽和系數(shù)曲線。摻入量分別為10wt.%、20wt.%、30wt.%、40wt.%，燒成溫度為1080 ℃，保溫60 min。由圖可知，摻入較少量鉬礦渣會(huì)降低劈開(kāi)的抗凍性，這主要是由于，鉬礦渣摻入后，壓制的磚坯孔隙率大，燒成后吸水率增加，抗凍性降低。但是隨著鉬礦渣的摻入量增加，劈開(kāi)磚樣品的飽和系數(shù)降低，說(shuō)明劈開(kāi)磚樣品的抗凍性又增加。從鉬礦渣的成分上分析，這主要是由于，鉬礦渣的SiO2和Al2O3很低，而CaO和MgO含量很高，鉬礦渣在燒結(jié)時(shí)比坯體其他組分形成更多的液相，能夠包裹更多的氣體，形成閉氣孔，使得閉氣孔在整個(gè)氣孔中的比例變大[11]，而CaO和MgO還會(huì)降低高溫形成液相的粘度，使得包裹氣體形成的氣泡有更大的孔徑，從而提高劈開(kāi)磚樣品的抗凍性。

2.4 礦渣添加量對(duì)劈開(kāi)磚熱震性的影響

表3是摻入不同量鉬礦渣劈開(kāi)磚樣品的抗熱震性結(jié)果。樣品的燒成溫度為1080 ℃，保溫60 min。由表可知，摻入鉬礦渣的量達(dá)到40wt.%時(shí)，樣品出現(xiàn)裂紋，抗熱震性差。從上面分析可知，隨著鉬礦渣摻入量的增加，樣品中的玻璃相增多，樣品在受熱急冷時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力可能更大，而且鉬礦渣摻入量越多，樣品的抗折強(qiáng)度也小，由此抵抗玻璃相產(chǎn)生的應(yīng)力的能力也越低，抗熱震性也越差。因此，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)所述，最終確定鉬礦渣的摻入量為30%，燒成溫度為1080 ℃。

表3 鉬礦渣摻雜量對(duì)樣品抗熱震性的影響Tab.3 Effect of molybdenum slag on the thermal stability of the sample

圖4 摻入不同粒徑鉬礦渣樣品的吸水率和抗折強(qiáng)度Fig.4 Water absorption and bending strength of samples with molybdenum slag of different particle sizes

圖5 A樣品的XRD圖譜Fig.5 XRD pattern of sample A

2.5 礦渣粒徑對(duì)劈開(kāi)磚性能的影響

圖4是摻入不同粒徑鉬礦渣劈開(kāi)磚樣品的吸水率和抗折強(qiáng)度曲線。分別摻入通過(guò)20、40、65、100目篩的鉬礦渣，摻入量為30wt.%，燒成溫度為1080 ℃，保溫60 min。從圖中可以看出，摻入鉬礦渣的粒徑越小，劈開(kāi)磚的吸水率越小，抗折強(qiáng)度越高，這是由于鉬礦渣顆粒越細(xì)，比表面積越大，表面能越大，表面化學(xué)活性越高，燒結(jié)程度也越高，而且顆粒越細(xì)，可塑性越強(qiáng)，壓制的磚坯越致密，燒結(jié)后氣孔率也越小，因此，吸水率也就越小，抗折強(qiáng)度也越高。

2.6 鉬礦渣劈開(kāi)磚的燒成分析

圖5、6分別是A配方和D配方燒成后的XRD圖譜。燒成溫度為1080 ℃，保溫時(shí)間60 min。由圖可知，沒(méi)有摻入鉬礦渣的樣品燒成后的晶相為石英和鈣長(zhǎng)石(CaAl2Si2O8)，伴有少量的輝石(Ca(Mg，Al)(Si，Al)2O6)晶相，而摻雜30%鉬礦渣的樣品燒成后，石英為主晶相，鈣長(zhǎng)石和輝石晶相的特征峰明顯增強(qiáng)，而且出現(xiàn)了新晶相赤鐵礦(Fe2O3)的特征峰，這些晶相構(gòu)成了樣品的骨架，賦予樣品強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)鉬礦渣組成分析可知，由于鉬礦渣中Si和Al含量較低，而Ca和Mg含量較高，而且還相對(duì)增加了Fe的含量，因此致使鈣長(zhǎng)石和輝石晶相的生成，以及新晶相赤鐵礦的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

利用喀左地區(qū)的鉬礦渣制備劈開(kāi)磚是可行的，鉬礦渣的摻入量最高可達(dá)30wt.%。在1080 ℃下燒成的鉬礦渣劈開(kāi)磚吸水率為5.03wt.%，抗折強(qiáng)度為18.54MPa，抗凍性和熱穩(wěn)定性都符合行業(yè)要求。燒成后樣品中的主要晶相為石英、鈣長(zhǎng)石、赤鐵礦以及輝石。

圖6 D樣品的XRD圖譜Fig.6 XRD pattern of sample D

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Preparing Split Brick with Molybdenum Slag

HUANG Be1, LIU Guishan1, LI Jianfeng2, XIONG Peipei1, WANG Zhiqiang1
(1. Key Laboratory of Liaoning Universities for New Materials and Material Modifcation, Institute of New Energy Material, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034 Liaoning, China; 2. Dalian Zunyuan Building Materials Co., Ltd., Dalian 116033 Liaoning, China)

Split bricks were prepared using purple stone and ceramic clay as main raw materials and molybdenum slag as an admixture. The water absorption, bending strength, saturation coeffcient, and thermal stability were measured. The main phase structure was characterized by X-ray diffraction (XRD). The result showed that the split bricks sintered at 1080 °C could have the maximal amount of molybdenum slag admixture of up to 30 percent, the waster absorption of 5.03 percent, the bending strength of 18.54 MPa, and the freeze-thaw resistance and thermal stability up to the industrial requirements.

split brick; purple stone; molybdenum slag

TQ174.9

A

1000-2278(2014)01-0037-04

2013-09-27。

2013-10-11。

黃貝(1988-),男，碩士研究生。

劉貴山(1970-)，男，副教授

Received date:2013-09-27. Revised date:2013-10-11.

Correspondent author:LIU Guishan(1970-),male,Associate Professor.

E-mail:gshanliu@dlpu.edu.cn