尾礦微粉膠砂性能試驗(yàn)研究

崔秀琴，張會(huì)芝，田爾布

（三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004）

尾礦微粉膠砂性能試驗(yàn)研究

崔秀琴，張會(huì)芝，田爾布

（三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004）

尾礦微粉是將尾礦通過球磨機(jī)研磨一定時(shí)間而制成的，以福建省某尾礦為樣本，采用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，磨制比表面積450～500m2/kg的尾礦微粉，檢測(cè)試樣含水率、MB值和燒失、浸毒性、放射性、理化性能等，對(duì)尾礦微粉用作水泥中摻合料進(jìn)行膠砂試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：該尾礦微粉符合作為水泥摻合料的各項(xiàng)指標(biāo)要求，可為制作水泥砂漿、混凝土等提供摻和料，最佳摻入量小于30%，既可減少尾礦對(duì)環(huán)境的損害，防止污染，保護(hù)環(huán)境，又開辟了降低成本生產(chǎn)建材的新途徑。

尾礦微粉；理化性能；摻和料；膠砂性能

尾礦是選礦廠將礦石磨細(xì)選取有用組分后排放的固體廢棄物，尾礦是我國(guó)目前產(chǎn)出量最大、堆存量最多的工業(yè)固體廢棄物，隨著礦產(chǎn)品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，其價(jià)格的不斷攀升，礦產(chǎn)資源消耗量的大幅度增長(zhǎng)，尾礦的排放量隨之逐年增加，其對(duì)社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的危害越來越大，加大尾礦綜合利用是當(dāng)務(wù)之急。

目前尾礦主要用作生產(chǎn)低層次建材、加氣混凝土砌塊等建筑材料、充填礦山采空區(qū)等，但這些途徑有的因?yàn)槟芎母?、成本高，有的因?yàn)榛厥章实?、附加值低等因素，綜合利用的規(guī)模普遍較小，產(chǎn)業(yè)化水平較低，不利于大宗尾礦的整體綜合利用［1-4］。

尾礦微粉是將尾礦通過球磨機(jī)研磨一定時(shí)間而制成的，各地尾礦成分復(fù)雜，能否利用還需要經(jīng)過一系列的檢測(cè)。以福建省某尾礦為樣本，采用實(shí)驗(yàn)小磨進(jìn)行粉磨，磨制比表面積450～500 m2/kg的尾礦微粉，檢測(cè)試樣含水率、MB值和燒失、浸毒性、放射性、理化性能等，對(duì)尾礦微粉用作水泥中混合材進(jìn)行試驗(yàn)。研究利用尾礦微粉作為水泥摻合料，為制作水泥砂漿、普通混凝土等提供摻和料，既可減少尾礦對(duì)環(huán)境的損害，防止污染，保護(hù)環(huán)境，又開辟了降低成本生產(chǎn)建材的新途徑。

1　樣品制備

1.1原始樣品及編號(hào)

從福建省某尾礦庫(kù)取得尾礦樣品。為使樣品具有代表性，在該尾礦庫(kù)分別取三個(gè)不同點(diǎn)的樣本，樣品編號(hào)及初始指標(biāo)詳見表1。

表1　樣品編號(hào)及初始指標(biāo)

YB-Ⅲ樣品為尾礦庫(kù)尾部取樣，長(zhǎng)期雨水夾帶淤泥沉積，導(dǎo)致其外觀形狀成泥狀，含水率、MB值較高。

1.2驗(yàn)證試驗(yàn)樣品制備

各尾礦樣品經(jīng)烘干等處理后制備5 kg待研磨樣品，其水分≤1.5%，采用Φ500×500實(shí)驗(yàn)小磨進(jìn)行粉磨，確定磨制一定比表面積（450～500 m2/kg），對(duì)3個(gè)尾礦樣品采取添加1.5‰專用礦物功能性材料制備對(duì)應(yīng)尾礦微粉樣品，使其比表面積能滿足試驗(yàn)要求。并進(jìn)行含水率、MB值和燒失量檢測(cè)。具體情況詳見表2。

表2　尾礦微粉樣品研磨時(shí)間與比表面積的關(guān)系

由于3個(gè)不同取樣點(diǎn)所研磨制備的尾礦微粉樣品MB值有所不同，為了滿足標(biāo)準(zhǔn)控制及今后實(shí)際生產(chǎn)需要，根據(jù)不同取樣點(diǎn)研磨制備的尾礦微粉樣品所檢測(cè)的MB值按一定比例復(fù)配，制成該尾礦庫(kù)的綜合驗(yàn)證試驗(yàn)樣品—尾礦微粉，其復(fù)配比例及MB值結(jié)果情況詳見表3。

表3　尾礦微粉綜合樣本的配制

2　尾礦微粉理化性能試驗(yàn)檢測(cè)

為全面了解尾礦微粉各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)尾礦微粉綜合樣進(jìn)行重金屬含量、密度、比表面積、放射性、浸毒性等檢測(cè)。

2.1重金屬含量

采用原子熒光分光光度法、無火焰原子吸收分光光度法對(duì)尾礦微粉綜合樣重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果及所采用的檢驗(yàn)方法見表4。

表4　尾礦微粉綜合樣重金屬含量

2.2密度、比表面積和篩余

密度檢驗(yàn)方法依據(jù)GB/T208-1994《水泥密度測(cè)定方法》；比表面積檢驗(yàn)方法依據(jù)GB/T8074-2008《水泥比表面積測(cè)定方法（勃氏法）》；篩余檢驗(yàn)方法依據(jù)GB/T1345-2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法 篩析法》中負(fù)壓篩析法。檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5　尾礦微粉綜合樣密度、比表面積、篩余

2.3放射性

尾礦微粉放射性檢驗(yàn)方法依據(jù)GB6566-2010《建筑材料放射性核素含量》，內(nèi)照射指數(shù)Ir≤1.0，實(shí)測(cè)Ir=0.5，外照射指數(shù)Iy≤1.0，實(shí)測(cè)Iy=0.4。檢測(cè)表明，尾礦微粉放射性檢測(cè)結(jié)果合格，

2.4尾礦微粉浸毒性

對(duì)尾礦微粉綜合樣進(jìn)行浸毒性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果詳見表6。

表6　尾礦微粉浸毒性檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明，尾礦微粉浸毒性均滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5尾礦微粉理化性能檢測(cè)結(jié)果

對(duì)尾礦微粉綜合樣進(jìn)行檢測(cè)的理化性能匯總，其結(jié)果詳見表7。

檢測(cè)結(jié)果表明，尾礦微粉用作水泥活性混合材，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（Q/XCKJ 001-2013），并符合拌制混凝土和砂漿用尾礦微粉的Ⅰ級(jí)要求。

表7　尾礦微粉理化性能檢測(cè)結(jié)果

3　尾礦微粉用于水泥中混合材試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)用原材料

（1）尾礦微粉

在該尾礦庫(kù)3個(gè)取樣點(diǎn)所取尾礦分別添加專用礦物功能性材料，不同取樣點(diǎn)研磨制備的尾礦微粉樣品所檢測(cè)的MB值，按YB-Ⅰ（45%）、YB-Ⅱ（45%）、YB-Ⅲ（10%）的比例進(jìn)行復(fù)配，制成該尾礦庫(kù)的綜合驗(yàn)證試驗(yàn)樣品—尾礦微粉。

（2）水泥

試驗(yàn)用水泥為三明金牛水泥有限公司生產(chǎn)的PO425水泥，主要成分詳見表8。

表8　水泥化學(xué)成分

（3）砂子

按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)砂、中級(jí)砂。

3.2尾礦微粉用作水泥混合材活性及強(qiáng)度試驗(yàn)

將尾礦微粉綜合樣按摻量0、10%、20%、30%取代水泥用量進(jìn)行試驗(yàn)。檢測(cè)樣品等量取代水泥后水泥凈漿和膠砂的標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度和強(qiáng)度比，具體結(jié)果詳見表9。

表9　尾礦微粉作為水泥混合材時(shí)水泥性能檢測(cè)結(jié)果

3.3試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1尾礦微粉的摻入量對(duì)膠砂凝結(jié)時(shí)間的影響

膠砂凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)要求初凝≥1h，終凝≤8h，以上各種膠砂的初凝間都大于 1h，終凝時(shí)間都小于8 h。由表8可知，尾礦微粉的摻入增加使膠砂凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，其原因是尾礦微粉摻入量越大，水泥漿體的濃度就越低，水化速度越慢，導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)［5-6］。尾礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂凝結(jié)時(shí)間滿足規(guī)范要求。

3.3.2尾礦微粉的摻入量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響

有表8可知，隨著尾礦微粉取代水泥用量的增加，膠砂3、7、28 d抗折強(qiáng)度都減小，尾礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂3d抗折強(qiáng)度分別為0摻入的92.9%、83.3%、76.2%，礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂7 d抗折強(qiáng)度分別為0摻入的87.3%、85.5%、76.4%，礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂28 d抗折強(qiáng)度分別為0摻入的101.4%、92.9%、78.5%。原因是隨著尾礦粉摻量的增加，摻入量過大會(huì)造成水泥熟料顆粒不能有效地構(gòu)成膠結(jié)體系，導(dǎo)致大摻量尾礦膠凝材料硬化漿體結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙率逐漸變大，大孔數(shù)量增多，最終導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度降低較快［7-9］。尾礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂3、7、28 d抗折強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

3.3.3尾礦微粉的摻入量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

有表8可知，隨著尾礦微粉取代水泥用量的增加，膠砂3、7、28 d抗壓強(qiáng)度都減小，尾礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂3 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的87.9%、77.0%、59.9%，礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂7 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的88.7%、83.0%、74.5%，礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂28 d抗壓強(qiáng)度分別為0摻入的97.9%、91.9%、73.4%。尾礦微粉摻入量10%、20%、30%膠砂3、7、28 d抗壓強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。

4　結(jié)語(yǔ)

在該尾礦庫(kù)3個(gè)取樣點(diǎn)所取尾礦分別添加專用礦物功能性材料，不同取樣點(diǎn)研磨制備的尾礦微粉樣品所檢測(cè)的MB值，按YB-Ⅰ（45%）、YB-Ⅱ（45%）、YB-Ⅲ（10%）的比例進(jìn)行復(fù)配，制成該尾礦庫(kù)的綜合驗(yàn)證試驗(yàn)樣品—尾礦微粉。試驗(yàn)結(jié)果證明，該尾礦微粉MB值和燒失、浸毒性、放射性、理化性能指標(biāo)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)尾礦微粉用作水泥中混合材進(jìn)行膠砂性能試驗(yàn)表明，尾礦微粉取代水泥用量小于10%，對(duì)各項(xiàng)性能影響較小，尾礦微粉取代水泥用量小于30%，膠砂標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間及3、7、28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度符合規(guī)范要求。因此，該尾礦微粉可以為水泥砂漿、普通混凝土等提供摻和料，其最佳摻入量為20%～30%，既可減少尾礦對(duì)環(huán)境的損害，防止污染，保護(hù)環(huán)境，又開辟了降低成本生產(chǎn)建材的新途徑。

［1］賴才書，胡顯智，字富庭.我國(guó)礦山尾礦資源綜合利用現(xiàn)狀及對(duì)策［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2011（4）：11-14.

［2］楊國(guó)華，郭建文，王建華.尾礦綜合利用現(xiàn)狀調(diào)查及其意義［J］.礦業(yè)工程，2010（1）：184-186.

［3］張如筠.我國(guó)尾礦綜合利用現(xiàn)狀及展望［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（22）：31-32.

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（責(zé)任編輯：朱聯(lián)九）

Experimental Study on Property Mortar of Tailings Powder

CUI Xiu-qin，ZHANG Hui-zhi，TIAN Er-bu
（School of Architecture and Engineering，Sanming University，Sanming 365004，China）

Tailings powder was made by ball mill to grind tailings. Taking a tailing in Fujian province as the sample， the specific surface area is between 450 and 500m2/kg. The sample was tested with moisture content， MB value and ignition loss，leaching toxicity， radioactive and physicochemical properties， etc.， which was taken as cement mixture carrying out cement mortar experiment. The experimental results showed that the tailings powder meet the requirements of the indicators as cement admixture， and can be cement mortar and concrete admixture， however， the optimum adding amount is less than 30%. Tailings powder as cement mortar and concrete admixture can reduce the damage to the environment of tailings， prevent pollution， protect the environment， and has opened up a new way to reduce the cost in the production of building materials.

tailings powder； physicochemical properties； admixture； mortar property

TD926.4

A

1673-4343（2016）04-0091-05

10.14098/j.cn35-1288/z.2016.04.015

2016-03-08

三明學(xué)院科研基金項(xiàng)目（B201302/G）；福建省科技引導(dǎo)性項(xiàng)目（2016Y0074）

崔秀琴，女，河南新鄉(xiāng)人，教授。主要研究方向：混凝土與砌體結(jié)構(gòu)。