徐 浩陳 星程 穩(wěn)王宏偉吳 鵬沈衛(wèi)國

1. 葛洲壩老河口水泥有限公司，湖北 老河口 441800；2. 武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070；

3. 襄陽市公路管理局，湖北 襄陽 441000；4. 湖北楚晟科路橋技術開發(fā)有限公司，湖北 武漢 430070

釩渣作為水泥混合材的應用研究

徐 浩1,2陳 星2程 穩(wěn)1王宏偉3吳 鵬4沈衛(wèi)國2

1. 葛洲壩老河口水泥有限公司，湖北 老河口 441800；2. 武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070；

3. 襄陽市公路管理局，湖北 襄陽 441000；4. 湖北楚晟科路橋技術開發(fā)有限公司，湖北 武漢 430070

低品位石煤提釩工藝產(chǎn)生大量釩渣尾渣，傳統(tǒng)堆放處理方式不僅占用大量土地，且造成嚴重生態(tài)污染。實驗在水泥配料中加入釩渣替代當前比例的粉煤灰、混渣生產(chǎn)32.5等級水泥。研究表明：摻加釩渣可延長水泥凝結時間，對水泥抗壓強度影響較小，抗折強度有較小幅度下降，但均符合32.5等級水泥性能指標；釩渣作為水泥混合材可充分消納廢棄資源，減少環(huán)境污染；摻加釩渣每噸水泥可降低成本0.3元，工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)濟效益顯著。因此，釩渣作為水泥混合材具有良好的技術經(jīng)濟效益。

石煤提釩 釩渣 水泥混合材 技術經(jīng)濟效益

0 引言

我國石煤儲量豐富，石煤提釩工藝研究近年來得到飛速發(fā)展。然而石煤品味低導致石煤提釩工藝產(chǎn)生大量釩渣尾渣，若采用傳統(tǒng)堆放的處理方式，不僅占用土地資源，同時它的浸出液還存在一定的危害[1]，會影響當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，造成大量的社會負擔。釩渣資源開發(fā)再利用研究十分必要。釩渣中硅鋁含量豐富，且還有少量V2O5等其他物質，具有潛在的活性。余曼麗等[2]認為釩渣中雜質離子一方面可以改變液相性質，另一方面通過固溶作用影響熟料礦物熱穩(wěn)定性，基于此研究了釩渣中釩雜質對水泥熟料燒成及性能的影響；習應祥等[3]將釩渣用于道路基層材料，采用水泥和石灰土作為穩(wěn)定劑可激活釩渣潛在活性；張一敏[4]課題組采用偏高嶺土調節(jié)釩渣Si/Al比，運用堿性激發(fā)劑合成了具有一定強度的地聚合物材料；孟慶余[5]研究認為石灰可與釩渣中可溶性釩結合轉化為釩酸鈣而降低毒性。因此，激發(fā)釩渣活性、實現(xiàn)釩渣綠色應用具有一定的可行性。國內將釩渣直接用于水泥混合材的研究較少，本文在水泥生產(chǎn)中摻入少量的釩渣進行工業(yè)生產(chǎn)，初步探討釩渣的綠色生態(tài)化利用，研究摻加釩渣對水泥性能的影響，同時計算釩渣作為水泥混合材的技術經(jīng)濟效益。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）釩渣。釩渣廢渣來源于丹江口原某廠釩渣堆場，取樣并分析其化學成分，其結果見表1。

表1 釩渣化學分析 %

為進一步了解釩渣的物化性質，對釩渣還進行了活性試驗，結果見表2，釩渣28 d活性可達到71.0%。

（2） 水泥熟料。 實驗采用的熟料礦物組成如表3所示。

（3）水采用老河口市自來水。

1.2 試驗方法及配合比

查閱文獻并結合生產(chǎn)實踐，實驗在水泥配料中加于0%（A-0）、2%（A-1）、4%（A-2）、6%（A-3）釩渣替代當前比例的干粉煤灰，濕粉煤灰、混渣（火山灰∶鋼渣∶燒煤矸石=2∶1∶1），生產(chǎn)32.5等級水泥，其中混膏由天然石膏和磷石膏1∶1質量分數(shù)組成，釩渣作為水泥混合材配料如表4所示。水泥標準稠度用水量、凝結時間和安定性按照《GB/T1346-2001水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行檢驗。水泥膠砂強度的測定按照《GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行。

表2 釩渣活性試驗

表3 熟料礦物組成

表4 釩渣水泥配料

2 試驗結果與討論

2.1 釩渣的取代對凝結時間的影響

釩渣作為水泥混合材應用會延長水泥凝結時間，水泥初凝和終凝時間均隨釩渣摻量增加而延長，每增加2%釩渣可延長水泥凝結時間約20 min，見表5。在生產(chǎn)水泥用的緩凝材料石膏中就搭配有一定比例的磷石膏，釩渣中少量的V2O5與P2O5作用類似，在延緩水泥凝結的作用方面具有疊加效應，可延長水泥凝結時間[6]。此外，還應當嚴格控制釩渣摻量以滿足32.5水泥凝結時間性能指標。

表5 釩渣替代率對水泥凝結時間的影響

2.2 釩渣的取代對力學性能的影響

由圖1可知，不同摻量釩渣對水泥3 d和28 d抗壓強度影響較小，水泥3 d及28 d抗壓強度均符合強度等級為32.5水泥抗壓強度性能規(guī)定。由圖2可知，3 d抗折強度隨釩渣摻量提高先增加后降低，當釩渣摻量為4%時，3 d抗折強度最高可增加5%；28 d抗折強度隨釩渣摻量增加有所降低。摻加釩渣后水泥抗折強度符合強度等級為32.5水泥抗折強度性能規(guī)定。

圖1 釩渣摻量對抗壓強度的影響

圖2 釩渣摻量對抗折強度的影響

2.3 釩渣應用的技術經(jīng)濟效益分析

2014年10月至2015年9月葛洲壩老河口水泥有限公司將釩渣作為水泥混合材運用于水泥生產(chǎn)，共消納4.5萬t釩渣廢渣資源。釩渣廢渣應用減少了釩渣堆積過程中對水體、土壤的污染以及對土地資源的占用，且運用釩渣生產(chǎn)的水泥符合32.5級水泥各項性能指標，其噸成本下降0.3元，產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟技術和環(huán)境效益。

3 結束語

（1）隨著釩渣使用量增加，水泥凝結時間有一定程度增加，每增加2%，初凝時間和終凝時間會延長20 min左右。

（2）釩渣摻入量在0～6%時對水泥抗壓強度影響較小，隨著釩渣摻入量的增加，水泥抗折強度有所降低，但其力學性能均滿足強度等級為32.5水泥強度性能指標。

（3）釩渣作為水泥混合材在水泥工業(yè)中應用可充分利用廢棄資源，且可降低每噸水泥成本0.3元，具有良好的技術經(jīng)濟效益。

[1] 朱燕, 賀慧琴, 鄧方. 釩渣中釩的浸出特性[J]. 環(huán)境科學與技術, 2006, 29(12):16-17.

[2] 馬保國, 柯凱, 李相國, 等. V2O5摻雜對硅酸鹽水泥熟料燒成及礦物結構的影響[J]. 硅酸鹽學報, 2007, 35(5):588-592.

[3] 余曼麗, 范良浩, 胡永平. 釩渣摻雜對硅酸鹽水泥熟料燒成及性能的影響[J]. 建筑施工. 2007,29(6): 437-439.

[4] 孟慶余, 李偉男, 唐志前. 釩渣道路基層材料的實驗研究[J].武漢理工大學學報, 2007,29(9):91-94.

[5] 胡芳芳, 張一敏, 陳鐵軍. 激發(fā)劑對石煤提釩尾渣地聚合物性能與微觀結構的影響[J]. 非金屬礦, 2014,37(2):1-4.

[6] 馬先偉, 王培銘. P2O5對于高C3S水泥熟料燒成和水化性能的影響[J]. 材料科學與工程學報, 2010,28(1):26-30.

2016-05-25）

TQ172.717

B

1008-0473(2016)05-0001-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.05.001