徐 強(qiáng) 徐瑞鋒 何 舜
江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院(330001)
我國(guó)中部地區(qū)的有色金屬冶煉企業(yè)密集,每年產(chǎn)生的有色冶煉尾礦體量巨大,嚴(yán)重威脅了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和水源安全。目前,對(duì)于尾礦的研究已有許多成果[1-3],但都局限于尾礦的直接利用。江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司利用尾礦提取稀散有色金屬,但仍會(huì)產(chǎn)生二次尾渣。尾礦在提煉有色金屬過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化,二次尾渣的物化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和元素組成更加復(fù)雜。因此,對(duì)于二次尾渣的研究目前鮮有提及。徐強(qiáng)等[4]前期通過(guò)理論分析,指出尾渣可以用來(lái)煅燒水泥熟料。文章以尾渣替代鐵質(zhì)原料,探索其對(duì)水泥燒成的影響,以期實(shí)現(xiàn)尾渣的資源化和無(wú)害化處理,為綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支撐。
石灰石、頁(yè)巖、砂巖均取自九江德安萬(wàn)年青水泥廠(chǎng);尾渣取自江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司。各原料主要化學(xué)組成見(jiàn)表1。
表1 試驗(yàn)原材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
將試驗(yàn)原料分別在烘箱中充分干燥去除水分。將干燥的原料分別在試驗(yàn)?zāi)ブ星蚰?,直至樣品通過(guò)80 μm篩的篩余率為(10±1)%。按照表2和表3進(jìn)行配料,分別在1 350℃、1 400℃和1 450℃對(duì)其進(jìn)行煅燒得到水泥熟料,在熟料中加入5%的脫硫石膏,共同粉磨至比表面積為380 kg/m3后得到試驗(yàn)用水泥。
表2 不同KH條件下各試樣率值及配比
表3 不同SM條件下各試樣率值及配比
按照GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求,對(duì)尾渣進(jìn)行放射性檢測(cè)。生料的易燒性按照GB/T 26566—2011《水泥生料易燒性試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。水泥的力學(xué)性能按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。
建材與人們的生活息息相關(guān),甚至每天都會(huì)接觸到并身處其中,因此,尾渣用來(lái)煅燒水泥,不僅需要其基本性能符合煅燒水泥的要求,還需要其滿(mǎn)足相應(yīng)的安全要求。尾渣的放射性結(jié)果見(jiàn)表4,檢測(cè)結(jié)果符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,可以對(duì)尾渣進(jìn)行建材化利用。
表4 尾渣的放射性結(jié)果
由圖1可見(jiàn),隨著KH的增加,不同煅燒溫度下熟料的f-CaO含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在較低溫度下更為明顯。這是因?yàn)镵H增加,熟料中生成的C3S含量越高,而C3S的生成溫度很高,所以KH增加會(huì)使f-CaO升高;另一方面,C3S在1 250℃以下會(huì)發(fā)生分解,在急冷狀態(tài)下可以在常溫下穩(wěn)定存在,但當(dāng)煅燒目標(biāo)溫度越低,從煅燒的目標(biāo)溫度到1 250℃的急冷溫度區(qū)間越小,需要更快的急冷速度才能使C3S穩(wěn)定存在,對(duì)于較低溫度煅燒條件而言,室溫下冷卻可能達(dá)不到急冷要求,所以,煅燒溫度越低,熟料的使f-CaO越高。
圖1 不同溫度下KH對(duì)水泥易燒性的影響
由圖2可見(jiàn),隨著SM的增加,不同煅燒溫度下熟料的f-CaO含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。SM增大,則熟料中的硅酸鹽礦物增加,但Al2O3和Fe2O3等其可熔性氧化物含量降低,使燒成過(guò)程中的液相量減少,致使熟料煅燒困難[5]。煅燒溫度在1 450℃時(shí),熟料中的f-CaO含量都較低且隨著SM的增加f-CaO含量變化趨勢(shì)比較平穩(wěn),可能是因?yàn)殪褵郎囟容^高,煅燒過(guò)程中液相量充足,固相反應(yīng)比較充分。
圖2 不同溫度下SM對(duì)水泥易燒性的影響
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21372—2008《硅酸鹽水泥熟料》規(guī)定,熟料f-CaO含量須低于1.5%??紤]到節(jié)能以及水泥強(qiáng)度要求,選擇編號(hào)1(最高煅燒溫度1 350℃)以及編號(hào)3(最高煅燒溫度1 400℃)兩組進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。
表6 42.5強(qiáng)度等級(jí)水泥各齡期的強(qiáng)度要求
GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定的42.5強(qiáng)度等級(jí)水泥各齡期的膠砂強(qiáng)度要求見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn),樣品1和3的各齡期抗折強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)。但樣品3的抗壓強(qiáng)度均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求,這可能是由于樣品3的KH取值較低,導(dǎo)致熟料中生成的C3S和C2S較少。
表5 熟料磨制水泥的力學(xué)性能
1)尾礦提取稀散金屬后的尾渣放射性符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,可以用來(lái)煅燒水泥熟料。
2)KH和SM越高,熟料的f-CaO含量越高;生料煅燒溫度越高,熟料的f-CaO含量越低。
3)摻入尾渣后,樣品1各齡期的力學(xué)性能均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)P·I42.5強(qiáng)度等級(jí)要求。樣品3的抗折強(qiáng)度符合P·I42.5強(qiáng)度等級(jí)要求,但抗壓強(qiáng)度不符合P·I42.5強(qiáng)度等級(jí)要求。