黃 杰 王 崴 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；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源保護(hù)與利用研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

燒結(jié)磚是以粘土、頁(yè)巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經(jīng)過(guò)成型、高溫?zé)乒に囍频?，可用于砌筑承重或者非承重墻體[1-2]。我國(guó)鉬尾礦堆存量巨大，占用大量土地資源的同時(shí)，還對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響[3-4]。因此，采用鉬尾礦代替粘土、頁(yè)巖等原料制備燒結(jié)磚，可在一定程度上緩解鉬尾礦大量堆存帶來(lái)的一系列問(wèn)題，同時(shí)也消耗了大量的鉬尾礦資源，為其高效綜合利用提供了理論借鑒[5-7]。

粉煤灰是燃煤電廠排出的主要成分為SiO2和Al2O3的一種固體廢棄物，包含結(jié)晶相和玻璃相。將粉煤灰作為輔料，摻入鉬尾礦中制備燒結(jié)磚，可進(jìn)一步優(yōu)化燒結(jié)磚的化學(xué)成分，增強(qiáng)其各項(xiàng)性能指標(biāo)[8-10]。論文以鉬尾礦為主要原料，摻入一定量粉煤灰制備鉬尾礦燒結(jié)磚，不僅可以改善鉬尾礦燒結(jié)磚的化學(xué)組分，還可消耗一定量的粉煤灰，達(dá)到資源綜合利用的目的，對(duì)提高粉煤灰的附加值具有重要意義。

1 試驗(yàn)原料和方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)采用的鉬尾礦取自某地尾礦庫(kù)，篩分得到-74 μm顆粒，烘干后貯存?zhèn)溆?。粉煤灰自?gòu)于某建材公司，原料化學(xué)組成見表1。

由表1可知，該鉬尾礦中SiO2含量為72.96%，F(xiàn)e2O3含量為10.85%，Al2O3含量為4.05%，對(duì)于制備燒結(jié)磚來(lái)說(shuō)，該鉬尾礦的鐵含量較高而鋁含量較低。鐵含量高導(dǎo)致燒結(jié)磚密度增大，鋁含量低導(dǎo)致難以形成低共熔體系。基于此，在制備鉬尾礦燒結(jié)磚時(shí)，加入了5 %的粉煤灰，進(jìn)一步優(yōu)化燒結(jié)磚的化學(xué)組分。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以鉬尾礦為主要原料，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的粉煤灰作為輔料，制備燒結(jié)磚。原料經(jīng)預(yù)處理、混勻后，加入12%的去離子水進(jìn)行成型，干燥后在一定條件下進(jìn)行燒制，最后對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試。該燒結(jié)磚的制備流程見圖1。

對(duì)燒制所得鉬尾礦燒結(jié)磚依次進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度和燒失重測(cè)試，抗壓強(qiáng)度測(cè)試采用YAW-3000型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)，每組測(cè)試5塊樣品，求平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 燒成溫度對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚性能的影響

燒成溫度是鉬尾礦燒結(jié)磚制備過(guò)程中的一個(gè)重要因素，直接影響產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。因此，探索適宜的燒成溫度十分重要。

固定粉煤灰摻量為5 %，成型水分為12 %，成型壓力為15 MPa，保溫時(shí)間為120 min，在燒成溫度分別為900、950、1000、1 050、1 100 ℃條件下進(jìn)行鉬尾礦燒結(jié)磚的制備，研究燒成溫度對(duì)鉬礦尾礦燒結(jié)磚性能的影響。

2.1.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，獲得抗壓強(qiáng)度隨燒成溫度的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖2所示。可見，隨著燒成溫度的不斷升高，鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，燒成溫度為1 100 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，為28.84 MPa。燒成溫度為1 050 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度為23.06 MPa。可見，提高燒成溫度有利于提高鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度。但是過(guò)高的燒成溫度會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)磚表面不平整，并且出現(xiàn)破裂情況，這是由于溫度過(guò)高出現(xiàn)了產(chǎn)品過(guò)燒現(xiàn)象。

2.1.2 吸水率

鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率測(cè)試結(jié)果見圖3，可見，隨著燒成溫度的不斷升高，燒結(jié)磚的吸水率逐漸減小。燒成溫度為900 ℃時(shí)，燒結(jié)磚的吸水率最大，為19.28%。而當(dāng)燒成溫度為1 100 ℃時(shí)，樣品的吸水率降低，為12.35%，均滿足尾礦制備燒結(jié)磚的產(chǎn)品要求。

圖3 燒成溫度對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

2.1.3 體積密度

對(duì)所燒制的鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行體積密度測(cè)試，獲得體積密度隨燒成溫度的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖4所示?？梢?，在900～1 050 ℃溫度段內(nèi)，隨著燒結(jié)溫度的不斷上升，鉬尾礦燒結(jié)磚的體積密度呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，保持在1.62～1.87 g/cm3之間。而當(dāng)燒成溫度由1 050 ℃升高至1 100 ℃時(shí)，產(chǎn)品體積密度迅速增大，達(dá)到2.13 g/cm3，超過(guò)了燒結(jié)磚的體積密度標(biāo)準(zhǔn)限度，因此，燒成溫度應(yīng)控制在1 100 ℃以內(nèi)，以保證產(chǎn)品體積密度符合要求。

圖4 燒成溫度對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

2.1.4 燒失重

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行燒失重測(cè)試，獲得燒失重隨燒成溫度的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖5所示?？梢姡f尾礦燒結(jié)磚的燒失重隨著燒成溫度的增大呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，這是由于燒制過(guò)程中，過(guò)高的燒成溫度使得磚內(nèi)產(chǎn)生了一些液相物質(zhì)，這些物質(zhì)堵塞了磚塊表面和內(nèi)部的某些孔隙。最大燒失重為8.75%，符合燒結(jié)磚產(chǎn)品質(zhì)量要求。

圖5 燒成溫度對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

綜上，結(jié)合鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度以及燒失重這四項(xiàng)指標(biāo)，確定適宜的燒成溫度為1 050 ℃。

2.2 保溫時(shí)間對(duì)燒結(jié)磚性能的影響

在粉煤灰摻量5%、成型水分12%、成型壓力15 MPa、燒成溫度1 050 ℃條件下，探究保溫時(shí)間與鉬礦尾礦燒結(jié)磚性能之間的關(guān)系?？疾毂貢r(shí)間分別為80、100、120、140、150 min時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，獲得抗壓強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的變化趨勢(shì)，結(jié)果見圖6。可見，在保溫時(shí)間從80 min增加到140 min過(guò)程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)；當(dāng)保溫時(shí)間為140 min時(shí)，燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度為25.34 MPa；當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)至150 min時(shí)，抗壓強(qiáng)度僅增大了0.12 MPa，為25.46 MPa。

圖6 保溫時(shí)間對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度的影響

2.2.2 吸水率

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行吸水率測(cè)試，獲得吸水率隨保溫時(shí)間的變化趨勢(shì)，結(jié)果見圖7。可見，隨著保溫時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，燒結(jié)磚的吸水率呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。這是由于過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間使得燒結(jié)磚坯體內(nèi)部空隙不斷被液相填充，更加密實(shí)，導(dǎo)致吸水率不斷減小。當(dāng)保溫時(shí)間為80 min時(shí)，燒結(jié)磚的吸水率最高，為17.48%；當(dāng)保溫時(shí)間為150 min時(shí)，吸水率最低，為12.14%。

圖7 保溫時(shí)間對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

2.2.3 體積密度

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行體積密度測(cè)試，獲得體積密度隨保溫時(shí)間的變化趨勢(shì)，結(jié)果見圖8。可見，鉬尾礦燒結(jié)磚的體積密度隨著保溫時(shí)間的不斷延長(zhǎng)而呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。因?yàn)楸貢r(shí)間越長(zhǎng)，燒制過(guò)程產(chǎn)生的液相會(huì)不斷填充燒結(jié)磚內(nèi)部的空隙，導(dǎo)致密實(shí)度增加，體積密度增大。當(dāng)保溫時(shí)間為150 min時(shí)，燒結(jié)磚體積密度最大，為1.97 g/cm3；當(dāng)保溫時(shí)間為80 min時(shí)，體積密度最小，為1.67 g/cm3，均符合普通燒結(jié)磚的體積密度要求。

圖8 保溫時(shí)間對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

2.2.4 燒失重

對(duì)所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行燒失重測(cè)試，獲得燒失重隨保溫時(shí)間的變化趨勢(shì)，結(jié)果見圖9?？梢姡貢r(shí)間從80 min增加到120 min的過(guò)程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重呈緩慢下降趨勢(shì)，在保溫時(shí)間為120 min時(shí)最低，僅為8.51%。當(dāng)保溫時(shí)間從120 min增加到150 min的過(guò)程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重呈快速上升趨勢(shì)，最大燒失量為9.35%。均符合普通燒結(jié)磚的燒失重要求。

圖9 保溫時(shí)間對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

綜上，結(jié)合鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度、吸水率、體積密度以及燒失重這4項(xiàng)指標(biāo)，確定適宜的保溫時(shí)間為120 min。

3 結(jié)語(yǔ)

1)以該鉬尾礦為主要原料，摻加5%粉煤灰為輔料，在成型壓力15 MPa，成型水分12%條件下制備鉬尾礦燒結(jié)磚，獲得最佳燒結(jié)制度為燒成溫度1 050 ℃，燒結(jié)時(shí)間120 min。

2)在最佳燒結(jié)制度條件下，鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度為25.34 MPa，吸水率為13.06%，體積密度為1.81 g/cm3，燒失重為8.51%，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。