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        成型條件對(duì)鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚性能的影響

        2022-02-17 12:32:06徐名特
        礦業(yè)工程 2022年1期
        關(guān)鍵詞:燒結(jié)磚吸水率尾礦

        黃 杰 王 星 徐名特

        (1.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院,湖南 長(zhǎng)沙 410011;

        0 引言

        鉬礦是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源,產(chǎn)量巨大,但平均品位較低,增大了分選難度,選別指標(biāo)較差。這就導(dǎo)致鉬尾礦中伴生的長(zhǎng)石、石英、白鎢礦等組分得不到高效利用,進(jìn)一步增大鉬尾礦的堆存量,帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題[1]。因此,如何對(duì)鉬尾礦資源進(jìn)行合理利用,不僅可以改善環(huán)境生態(tài)問(wèn)題,解決鉬尾礦的大量堆積,而且對(duì)于礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大[2]。通過(guò)合理利用此類(lèi)尾礦資源,達(dá)到環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益共贏的目的。

        粉煤灰是火力發(fā)電廠的粉煤燃燒后所產(chǎn)生的一種工業(yè)副產(chǎn)品,其主要成分是氧化鋁和二氧化硅[3],可用于制備建筑材料等,這在一定程度上為粉煤灰資源的高效開(kāi)發(fā)利用提供了有力保障[4]。因此,本論文在制備鉬尾礦燒結(jié)磚時(shí),添加了一定比例的粉煤灰,彌補(bǔ)了鉬尾礦中鋁含量相對(duì)較低的缺陷,優(yōu)化了鉬尾礦燒結(jié)磚的化學(xué)成分,進(jìn)一步提高了其各項(xiàng)性能。

        1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

        1.1 試驗(yàn)原料

        本試驗(yàn)所用鉬尾礦取自洛南某地,采用200目標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)其進(jìn)行篩分,以除去雜質(zhì)及大顆粒,然后置于105 ℃烘箱中烘干,儲(chǔ)存于密封袋中備用。試驗(yàn)所用粉煤灰自購(gòu)于河南某建材公司。鉬尾礦和粉煤灰的化學(xué)組成分析如表1所示。

        表1 原料的化學(xué)組成 質(zhì)量分?jǐn)?shù),%

        由表1可知,該鉬尾礦中SiO2含量較高,為72.96%,符合燒結(jié)磚制備的硅含量要求。Fe2O3含量較高,為10.85%,屬于高硅高鐵型鉬尾礦,過(guò)高的鐵含量會(huì)導(dǎo)致燒制的產(chǎn)品密度過(guò)大。Al2O3含量偏低,僅為4.05%,會(huì)影響燒結(jié)磚制備過(guò)程中低共熔體系的形成。因此,為了彌補(bǔ)該鉬尾礦高鐵低鋁這一缺陷,本試驗(yàn)采用鋁含量高而鐵含量較低的粉煤灰與鉬尾礦混合,達(dá)到優(yōu)化燒結(jié)磚化學(xué)成分的目的。同時(shí),該粉煤灰中還含有少量的K2O、Na2O等堿性金屬氧化物,可起到助融的作用。

        1.2 試驗(yàn)方法

        鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的燒制流程如下:

        (1)配料:采用200目標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)鉬尾礦進(jìn)行篩分,除去雜質(zhì)及大顆粒,然后置于105 ℃烘箱中烘干,稱取一定質(zhì)量,與粉煤灰按一定比例混合均勻后,再加入一定量的去離子水,攪拌均勻,陳化30 min。

        (2)成型干燥:將陳化好的混合料倒入模具內(nèi),利用壓片機(jī)壓制成型,得到濕磚坯。然后將其放入105 ℃烘箱中烘干10 h。

        (3)燒制:將烘干好的試樣置于馬弗爐中,1 050 ℃條件下燒制120 min,樣品隨爐冷卻后進(jìn)行性能測(cè)試。

        (4)性能測(cè)試:對(duì)所制備燒結(jié)磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度和燒失重測(cè)試,獲得最佳成型條件。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 粉煤灰摻量對(duì)燒結(jié)磚性能的影響

        由于該鉬尾礦中鋁含量偏低,鐵含量偏高,而鋁含量偏低會(huì)影響燒結(jié)磚制備過(guò)程中低共熔體系的形成,鐵含量偏高會(huì)導(dǎo)致燒制的產(chǎn)品密度過(guò)大。因此,在制備鉬尾礦燒結(jié)磚時(shí)加入一定量的粉煤灰,以優(yōu)化燒結(jié)磚化學(xué)成分,增強(qiáng)其各項(xiàng)性能指標(biāo)。

        將鉬尾礦與粉煤灰按不同質(zhì)量比進(jìn)行混合,在成型水分12%、成型壓力15 MPa,燒成溫度1 050 ℃、燒結(jié)時(shí)間120 min條件下,進(jìn)行鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的制備,并對(duì)所制備產(chǎn)品進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度和燒失重測(cè)試。

        2.1.1 抗壓強(qiáng)度

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 粉煤灰摻量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的影響

        從圖1中可以看出,隨著粉煤灰摻量的增加,鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),抗壓強(qiáng)度保持在14.32~22.78 MPa之間。當(dāng)粉煤灰摻量為5%時(shí),燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度最大,為22.78 MPa。當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí),燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度最低,僅為14.32 MPa??梢?jiàn),適量的粉煤灰摻入量可以提高鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度。

        2.1.2 吸水率

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行吸水率測(cè)試,其與粉煤灰摻量的關(guān)系如圖2所示,可見(jiàn),樣品的吸水率隨著粉煤灰摻量的不斷增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。不摻加粉煤灰時(shí),樣品的吸水率最大,為19.91%。而當(dāng)粉煤灰摻量為5%時(shí),燒結(jié)磚的吸水率降低,為15.56%,符合尾礦燒結(jié)磚的制備要求。

        圖2 粉煤灰摻量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

        2.1.3 體積密度

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行體積密度測(cè)試,得到體積密度與粉煤灰摻量的關(guān)系如圖3所示??梢?jiàn),鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的體積密度隨著粉煤灰摻量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì),體積密度在1.75~1.83 g/cm3之間,符合燒結(jié)磚體積密度的要求。在粉煤灰摻量為5%時(shí),燒結(jié)磚體積密度最大,為1.827 g/cm3。

        圖3 粉煤灰摻量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

        2.1.4 燒失重

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行燒失重測(cè)試,得到燒失重與粉煤灰摻量的關(guān)系如圖4所示??梢?jiàn),所制備樣品的燒失重隨著粉煤灰的摻量呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),最大燒失量為8.185%,符合制備燒結(jié)磚的要求。結(jié)合抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度這三項(xiàng)指標(biāo),同時(shí)考慮到對(duì)于鉬尾礦最大限度的使用,最終確定最佳的粉煤灰摻量為5%。此時(shí),鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的燒失重為8.125%。

        圖4 粉煤灰摻量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

        2.2 成型水分對(duì)燒結(jié)磚性能的影響

        適量的成型水分有助于顆粒充分混勻結(jié)合,增強(qiáng)混合料的可塑性,提高燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度。成型水分較低時(shí),影響混合顆粒的密實(shí)度,導(dǎo)致生磚坯的結(jié)構(gòu)松散,難以成型。成型水分較高時(shí),成型過(guò)程中生坯容易發(fā)生形變。另外,在干燥和燒制階段,過(guò)高的水量被蒸發(fā)掉后,造成磚體內(nèi)部形成較多孔隙,嚴(yán)重影響燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度。因此,適當(dāng)?shù)某尚退钟欣谔岣邿Y(jié)磚的性能。

        固定粉煤灰摻量5%,成型壓力15 MPa,燒成溫度1 050 ℃、燒結(jié)時(shí)間120 min,在成型水分分別為8%、10%、12%、14%、16%條件下,進(jìn)行鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的制備,并對(duì)所制備產(chǎn)品進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度和燒失重測(cè)試。

        2.2.1 抗壓強(qiáng)度

        成型水分對(duì)鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的影響如圖5所示。由圖5可以看出,在成型水分從8%增加至12%的過(guò)程中,鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì),且在成型水分為12%時(shí),其抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值,為24.82 MPa。當(dāng)成型水分為8%時(shí),抗壓強(qiáng)度僅為14.21 MPa,這是由于混合料密實(shí)度差,生坯的結(jié)構(gòu)松散,難以成型。當(dāng)成型水分為14%時(shí),鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度迅速下降,降至16.43 MPa。當(dāng)成型水分增加至16%時(shí),抗壓強(qiáng)度緩慢下降,為15.78 MPa。

        圖5 成型水分對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的影響

        2.2.2 吸水率

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行吸水率測(cè)試,得到成型水分與燒結(jié)磚吸水率的關(guān)系如圖6所示。從圖6可以看出,燒結(jié)磚吸水率隨著成型水分的增大而呈現(xiàn)不斷增大的趨勢(shì)。這是由于高的成型水分伴隨高的蒸發(fā)量,使得燒結(jié)磚坯體內(nèi)部空隙變大,導(dǎo)致吸水率逐漸增大。當(dāng)成型水分為8%時(shí),燒結(jié)磚吸水率最低,為13.25%;當(dāng)成型水分為16%時(shí),吸水率最大,為16.26%;當(dāng)成型水分為12%時(shí),吸水率為14.51%。

        圖6 成型水分對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

        2.2.3 體積密度

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行體積密度測(cè)試,得到燒結(jié)磚體積密度與成型水分的關(guān)系如圖7所示??梢?jiàn),鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的體積密度隨著成型水分的增加呈下降趨勢(shì)。因?yàn)槌尚退衷礁?,燒制過(guò)程的蒸發(fā)量越大,致使燒結(jié)磚內(nèi)部空隙增加,體積密度減小。當(dāng)成型水分為8%時(shí),體積密度最大,為1.92 g/cm3;成型水分為16%時(shí),燒結(jié)磚體積密度最小,為1.76 g/cm3;當(dāng)成型水分為12%時(shí),燒結(jié)磚體積密度1.83 g/cm3。均符合燒結(jié)磚的密度要求。

        圖7 成型水分對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

        2.2.4 燒失重

        對(duì)所制備鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行燒失重測(cè)試,得到燒失重與成型水分的關(guān)系如圖8所示。可見(jiàn),所制備樣品的燒失重隨著成型水分的增加呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),最大燒失量為8.82%。這是由于高溫?zé)七^(guò)程中,磚坯內(nèi)部產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象,成型水分含量越高,蒸發(fā)量越大,導(dǎo)致坯體內(nèi)部空隙也越大,使得燒結(jié)磚的燒失重也逐漸增大。當(dāng)成型水分為12%時(shí),鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的燒失重為7.81%。

        圖8 成型水分對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

        綜合考慮抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度、燒失重這四項(xiàng)指標(biāo),最終確定最佳的成型水分為12%。

        3 結(jié)語(yǔ)

        (1)該鉬尾礦SiO2含量為72.96%,F(xiàn)e2O3含量為10.85%,屬于高硅高鐵型鉬尾礦,符合燒結(jié)磚制備的硅含量要求。摻加一定量的粉煤灰,可在一定程度上優(yōu)化燒結(jié)磚的化學(xué)成分,提高鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的各項(xiàng)性能。

        (2)采用該鉬尾礦,并摻加一定量粉煤灰,在成型壓力15 MPa,燒成溫度1 050 ℃、燒結(jié)時(shí)間120 min條件下,進(jìn)行燒結(jié)磚的制備,得到最佳的成型條件為:粉煤灰摻量5%,成型水分12%。

        (3)最佳成型條件下所得鉬尾礦粉煤灰燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度為24.82 MPa,吸水率為14.51%,體積密度為1.83 g/cm3,燒失重為7.81%,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足普通燒結(jié)磚的要求,可在一定程度上為鉬尾礦及粉煤灰的綜合利用提供借鑒意義。

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