許毓海，王明遠(yuǎn)＊，趙金三，蘇振華，羅忠濤

（1. 廣西中金嶺南礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來賓 546100；2. 中國建筑技術(shù)集團(tuán)第一工程分公司，北京 100013）

0 引言

隨著鉛鋅礦開采量的逐年提高，對環(huán)境的污染也日益加重。開展鉛鋅礦山固體廢棄物綜合利用與處置，實現(xiàn)鉛鋅礦山固體廢棄物的“減量化、無害化、資源化”，化害為利、變廢為寶，走資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路，是當(dāng)今重要的研究方向。針對礦山尾礦綜合利用的問題，國家發(fā)展改革委在《“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》和《大宗固體廢物利用方案》中明確提出要大力推進(jìn)尾礦伴生有用組分高效分離提取和高附加值利用、低成本生產(chǎn)建材以及膠凝回填利用，開展生態(tài)環(huán)境治理，推進(jìn)建設(shè)綠色礦山，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率[1,2]。本文研究了不同分選工藝鉛鋅尾砂制備混凝土的力學(xué)性能、后期耐久性、安全性，以及重金屬浸出率等，探明分選工藝對鉛鋅尾砂制備混凝土性能的影響規(guī)律。

1 試驗材料與方法

1.1 原材料

試驗中所用水泥為中國天瑞集團(tuán)鄭州水泥公司生產(chǎn)的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥（OPC）；粉煤灰為 F 類Ⅱ 級粉煤灰，鞏義市怡晟粉煤灰加工廠；S95 級礦渣微粉，焦作市丹陽水泥有限公司；鉛鋅尾砂來自盤龍鉛鋅礦，根據(jù)不同分選工藝取兩種，1 號尾砂為經(jīng)分選后的細(xì)尾砂，2 號尾砂為不經(jīng)分選的全尾砂，經(jīng) 15min 球磨磨制后，1 號尾砂比表面積為 737m2/kg，2 號尾砂比表面積為 356m2/kg；砂為機(jī)制砂和細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)分別為 2.8 和 1.0；石為 5～10mm、10～20mm 級配，壓碎指標(biāo)為 6.8%；減水劑為科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)聚羧酸類高性能減水劑，減水率為 25%；水為自來水。主要原材料分析見表 1 和表 2。

圖1 和圖 2 分別為 1、2 號鉛鋅尾砂的 XRD 測試結(jié)果。由圖 1、2 可見，1 號鉛鋅尾砂主要含有的物質(zhì)為CaMg(CO3)2，即白云石（白云石晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。晶形為菱面體，晶面常彎曲成馬鞍狀，聚片雙晶常見，多呈塊狀、粒狀集合體。純白云石為白色，因含其他元素和雜質(zhì)有時呈灰綠、灰黃、粉紅等色，玻璃光澤）；2 號鉛鋅尾砂中除 CaMg(CO3)2，還有部分SiO2。

表1 原料化學(xué)組成 %

表2 鉛鋅尾砂化學(xué)組成 %

表3 鉛鋅尾砂混凝土配合比 kg/m3

圖1 球磨 45min 1 號尾砂 XRD 圖譜

圖2 球磨 45min 2 號尾砂 XRD 圖譜

1.2 試驗方法

本次試驗以 C30、C40 混凝土配合比設(shè)計為主，具體配合比和流動性見表 3。

由表 3 可見，鉛鋅尾砂替代原有摻合料制備混凝土，1 號鉛鋅尾砂加入后 1C30-1、1C40-1，坍落度均有明顯降低，主要原因在于其細(xì)度較細(xì)，需水量增加明顯，影響混凝土流動性[3]。2 號鉛鋅尾砂加入后的2C30-1、2C30-2、2C40-1、2C40-2，其坍落度明顯改善，尤其采用尾砂替代礦粉的 2C30-2 和 2C40-2 配合比，其坍落度及流動性表現(xiàn)良好。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 混凝土力學(xué)性能

混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果見表 4 和圖 3。

表4 混凝土抗壓強(qiáng)度

圖3 各配合比試件不同齡期抗壓強(qiáng)度

圖3 為各齡期鉛鋅尾砂制備混凝土的抗壓強(qiáng)度，由數(shù)據(jù)可見，各齡期抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到規(guī)定要求的配合比為 1C30-1、2C30-1 以及 1C40-1、2C40-1，結(jié)合坍落度及和易性表現(xiàn)來看，能夠符合實際生產(chǎn)的為 2C30-1 及1C40-1、2C40-1，其尾砂摻量為 20%，且宜等量替代粉煤灰，與礦粉復(fù)摻效果更好。

2.2 混凝抗?jié)B透性

采用美國 ASTM C1202 規(guī)定的氯離子滲透快速測定方法，按照表 3 混凝土配合比配制圓柱體（Ф100mm×50mm），每組 3 個試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至 28d 齡期，在混凝土試件的軸向施加 60V 的直流電壓，試件的正、負(fù)極兩側(cè)分別放置濃度為 0.3% NaOH 和 3% NaCl 溶液，記錄 6h 內(nèi)通過試件的電量 Q值。利用通過混凝土的電量計算出擴(kuò)散系數(shù) Deff。

對普通混凝土：Deff=0.0103× 10-8Q0.84。計算結(jié)果見表 5。

表5 氯離子滲透快速測定結(jié)果

隨著混凝土強(qiáng)度等級的增加，其通過電量明顯降低，由 C30 的 985C 降低到 C40 的 876C，主要在于混凝土膠凝材料增加引起其硬化結(jié)構(gòu)密實度的提高，從而提高了其整體的抗?jié)B透性。并且發(fā)現(xiàn)采用多組分復(fù)合膠凝組分的試樣其抗 Cl-離子滲透性能略有下降，但仍滿足工程中鋼筋混凝土的應(yīng)用范圍，仍具有較高的耐久性。其抗?jié)B性能略有降低的主要原因在于鉛鋅尾砂活性較低，形成的混凝土結(jié)構(gòu)致密性不足[4]。

2.3 混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能

將養(yǎng)護(hù)齡期為 28d 的混凝土試塊浸泡于硫酸鈉溶液中，硫酸鈉的濃度為 5wt%，每 7d 更換一次溶液，模擬自然狀態(tài)下混凝土的侵蝕環(huán)境，通過觀察其外觀形貌變化，并測定其質(zhì)量損失來判斷混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

2.3.1 外觀變化

見圖 2。經(jīng)過 28d 的硫酸鈉溶液浸泡，各試件外觀無明顯變化，邊角清楚，無表皮脫落現(xiàn)象，說明其 28d齡期抗硫酸鹽侵蝕性能良好。

圖2 不同配合比混凝土硫酸鹽侵蝕 28d 后外觀

2.3.2 抗壓強(qiáng)度變化

結(jié)果詳見表 6，可見各混凝土試件養(yǎng)護(hù) 28d 后再被硫酸鹽侵蝕，侵蝕早期 14d 之前，隨著浸泡時間延長，各試件抗壓強(qiáng)度有所增長，主要在于早期硫酸鹽與混凝土試件水化釋放的氫氧化鈣反應(yīng)形成硫酸鈣附著于孔隙及毛細(xì)管道中，從而形成致密結(jié)構(gòu)。而在 28d 時，形成的硫酸鈣體積膨脹造成孔隙越來越大，新的硫酸鹽溶液進(jìn)一步侵入，從而導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度明顯下降，但下降幅度與空白樣基本一致，其中 1C40-1 和 2C40-1 表現(xiàn)較好。

表6 硫酸鹽侵蝕環(huán)境下試件各齡期強(qiáng)度變化

2.4 混凝土重金屬浸出毒性

混凝土重金屬含量結(jié)果見表 7。

表7 混凝土試件鉛鋅重金屬浸出毒性

由表 7 可見，混凝土鉛鋅重金屬浸出濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn) GB 5085.3—2007《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》，說明當(dāng)鉛鋅尾礦作為摻合料成型混凝土?xí)r，混凝土結(jié)構(gòu)對鉛鋅尾礦中的鉛鋅重金屬具有很好的固化作用，能起到固廢資源化和降低環(huán)境危害的雙重效果。

3 結(jié)論

分選工藝對鉛鋅尾砂特性較大，經(jīng)分選的鉛鋅尾砂同等磨細(xì)時間下其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全尾砂，鉛鋅尾砂粉的細(xì)度是影響其制備混凝土的力學(xué)性能及新拌混凝土流動性的主要因素。并且隨鉛鋅尾砂摻量的增加，水泥砂漿及混凝土的抗壓強(qiáng)度均逐漸降低。綜合考量各試件抗壓強(qiáng)度，氯離子滲透及抗硫酸鹽侵蝕等后期耐久性等，推薦 1 號鉛鋅尾砂摻量應(yīng)控制在 15% 以內(nèi)，因其拌和性能較差所以建議制備對流動性要求不高的預(yù)制構(gòu)件混凝土。2 號鉛鋅尾砂摻量應(yīng)控制在 20% 以內(nèi)，可用于制備普通混凝土。