摻雜商洛鉬尾礦制備免燒磚的研究

李春，王恩峰，崔樂，崔孝煒，狄燕青，周春生

（1.商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，陜西商洛 726000；2.商洛學(xué)院陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛 726000）

摻雜商洛鉬尾礦制備免燒磚的研究

李春1，2，王恩峰1，崔樂2，崔孝煒1，2，狄燕青1，2，周春生1，2

（1.商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，陜西商洛 726000；2.商洛學(xué)院陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛 726000）

以商洛鉬尾礦為試驗(yàn)礦樣、以水泥為膠凝材料進(jìn)行制作尾礦磚的研究。通過水泥、鉬尾礦和減水劑的混合，經(jīng)攪拌、振動(dòng)后制備免燒磚，研究鉬尾礦添加量對免燒磚性能的影響，并分析尾礦對免燒磚性能影響的機(jī)理。結(jié)果表明：隨著鉬尾礦添加量的增大，免燒磚的力學(xué)性能下降，當(dāng)鉬尾礦添加量在80%以下時(shí)，所制得的免燒磚抗折和抗壓強(qiáng)度均在3.86、11.65 MPa以上。不同尾礦添加量所制備免燒磚的密度均在2.3 g/cm3左右。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，免燒磚的力學(xué)性能提高，養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)到了28 d強(qiáng)度的80%以上。

鉬尾礦；免燒磚；抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國家對土地和自然資源的保護(hù)及節(jié)能減排越來越重視，生產(chǎn)免燒磚等新型墻體材料得到很大的重視。20世紀(jì)80年代初期，我國開始免燒磚的研究，近年來，工業(yè)廢渣免燒磚在我國發(fā)展很快，已成為重要的新型墻體材料之一。李愛民利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)免燒免蒸磚的技術(shù)獲得專利[1]；尹洪峰、何挺樹等[2-5]利用鐵尾礦研究了鐵尾礦免燒磚的制備工藝，已取得了較大的進(jìn)展；國內(nèi)另一些學(xué)者專家也試圖采用其它一些工業(yè)廢棄物制備免燒磚，均取得不同程度的成績[6-8]。然而，到目前為止，關(guān)于采用鉬尾礦制備免燒磚的研究幾乎未見報(bào)道。因此，為了降低由于尾礦堆積所帶來的危害，本項(xiàng)目以商洛市豐富的尾礦資源為基礎(chǔ)，將商洛市大量堆存的鉬尾礦添加到水泥中制備低水泥量、高性能免燒磚。旨在充分利用尾礦資源，使其變廢為寶。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

鉬尾礦：來自商洛市洛南縣九龍礦業(yè)公司，其主要礦物成分為石英，還含有少量的正長石、金云母、黃鐵礦、金紅石、滑石、閃石和方解石等，其化學(xué)成分見表1。

表1 鉬尾礦的主要化學(xué)成分%

水泥：秦嶺P·Q32.5R水泥，由商洛市某水泥廠提供，化學(xué)成分見表2。

表2 水泥的主要化學(xué)成分%

減水劑：以羧酸類接枝聚合物為主體的PC減水劑，減水率高于20%，摻量占膠凝材料質(zhì)量的0.4%。

水：自來水。

1.2 試樣制備及性能測試

首先進(jìn)行配料，鉬尾礦按占總固體粉料質(zhì)量的50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%進(jìn)行計(jì)量，將計(jì)量好的鉬尾礦、水泥進(jìn)行混合，并用水泥膠砂攪拌機(jī)干混2 min，再加入適量的水濕混2 min，然后加入減水劑，混合均勻。將混合均勻的原料倒入規(guī)格為160 mm×40 mm×40 mm的不銹鋼模具中成型，成型后在溫度為（20±1）℃，濕度不低于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，1 d后拆模，然后將試塊在養(yǎng)護(hù)箱中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到3 d、7 d和28 d后用萬能試驗(yàn)機(jī)和抗折試驗(yàn)機(jī)測其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鉬尾礦添加量對免燒磚抗折強(qiáng)度的影響

圖1為尾礦添加量對免燒磚抗折強(qiáng)度的影響，圖2為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下免燒磚抗折強(qiáng)度的增量。

圖1 尾礦添加量對免燒磚抗折強(qiáng)度的影響

圖2 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下免燒磚抗折強(qiáng)度的增量

從圖1可以看出，隨著鉬尾礦添加量的增加，免燒磚的抗折強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢。從圖2可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，抗折強(qiáng)度隨之提高，而且隨著鉬尾礦添加量的增多，免燒磚抗折強(qiáng)度提高的趨勢增大。3 d與7 d抗折強(qiáng)度差值比7 d與28 d抗折強(qiáng)度差值大得多，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到7 d時(shí)，不同鉬尾礦添加量所制得的免燒磚的抗折強(qiáng)度均達(dá)到28 d抗折強(qiáng)度的90%以上。

2.2 鉬尾礦添加量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響

圖3為尾礦添加量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響，圖4為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下免燒磚抗壓強(qiáng)度的增量。

圖3 尾礦添加量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下免燒磚抗壓強(qiáng)度的增量

從圖3可以看出，隨著鉬尾礦添加量的增加，免燒磚的抗壓強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢。從圖4可以看出，隨著鉬尾礦添加量的增加，抗壓強(qiáng)度的提高比率增大。3 d與7 d抗壓強(qiáng)度差值比7 d與28 d抗壓強(qiáng)度差值大得多，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到7 d時(shí)，不同鉬尾礦添加量下所制得的免燒磚抗壓強(qiáng)度均達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度的80%以上。

通過以上分析，僅從免燒磚的力學(xué)性能考慮，當(dāng)鉬尾礦添加量為50%時(shí)，可制得滿足MU30標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為50%～60%時(shí)，可制得滿足MU25標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為60%～70%時(shí)，可制得滿足MU20標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為70%～75%時(shí)，可制得滿足MU15標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為75%～80%時(shí)，可制得滿足MU10標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚。

2.3 鉬尾礦添加量對免燒磚密度的影響

將所制得的免燒磚養(yǎng)護(hù)28 d，經(jīng)烘干并打磨后，采用電子秤和游標(biāo)卡尺測量并計(jì)算其密度，結(jié)果如表3所示。

表3 尾礦添加量對免燒磚密度的影響

從表3可以看出，隨著鉬尾礦添加量的增加，免燒磚的密度總體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。從總體來看，各個(gè)免燒磚的密度相差不是很大，基本都在0.05～0.25 g/cm3。60%尾礦摻量的免燒磚密度最大，但從免燒磚質(zhì)量要輕一些來看，65%尾礦摻量的免燒磚密度還能滿足性能要求。

2.4 尾礦免燒磚的強(qiáng)化機(jī)理

（1）物理機(jī)械作用

生產(chǎn)免燒磚時(shí)，利用水泥膠砂攪拌機(jī)使試樣物料完全混勻，使試樣內(nèi)部顆粒間接觸緊密，依靠顆粒的分子間范德華力產(chǎn)生了粘結(jié)性，使得試樣的密度增大，這有利于添加劑對試樣物料活性的激發(fā)和物料之間的反應(yīng)，保證了試樣顆粒間的物理化學(xué)作用能夠高效進(jìn)行，這為免燒磚在磚坯振動(dòng)成型過程中獲得初期強(qiáng)度起到了重要作用。

（2）水化反應(yīng)

免燒磚的早期強(qiáng)度主要由膠凝材料（如水泥等）的水化產(chǎn)物提供，免燒磚試樣的物料（如尾礦渣、煤矸石、煤渣等）中，都含有大量活性氧化鋁和活性氧化硅等，其在添加劑的作用下與Ca（OH）2發(fā)生水化反應(yīng)，生成了水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。在反應(yīng)過程中，形成的CSH和CAH將尾礦顆粒包裹起來，形成骨架結(jié)構(gòu)，從而使得免燒磚獲得一定的力學(xué)性能。然而，當(dāng)尾礦添加量過多時(shí)，在制備免燒磚過程中的膠凝材料減少，使得形成的骨架結(jié)構(gòu)也相應(yīng)降低，從而使得免燒磚的力學(xué)性能降低。在養(yǎng)護(hù)過程中，上述反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，其反應(yīng)越充分，因此，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，其力學(xué)性能增大。

3 結(jié)論

（1）隨著鉬尾礦添加量的增大，免燒磚的力學(xué)性能下降，當(dāng)鉬尾礦添加量為50%時(shí)，可制得滿足MU30標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為50%～60%時(shí)，可制得滿足MU25標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為60%～70%時(shí)，可制得滿足MU20標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為70%～75%時(shí)，可制得滿足MU15標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚；當(dāng)鉬尾礦添加量為75%～80%時(shí)，可制得滿足MU10標(biāo)準(zhǔn)的免燒磚。當(dāng)鉬尾礦添加量在80%以下時(shí)，所制得的免燒磚抗折和抗壓強(qiáng)度均在3.86、11.65 MPa以上。

（2）隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，其免燒磚的力學(xué)性能提高，養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度的80%以上。

（3）免燒磚制備過程中發(fā)生水化反應(yīng)，形成的CSH和CAH將尾礦顆粒包裹起來，形成骨架結(jié)構(gòu)，從而使得免燒磚獲得一定的力學(xué)性能。

[1]焦占東.刑用工業(yè)廢渣生產(chǎn)新型墻材工藝研究[J].世界有色金屬，1999（10）：9-11.

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Preparation of unfired brick by molybdenum tailings of Shangluo

LI Chun1，2，WANG Enfeng1，CUI Le2，CUI Xiaowei1，2，DI Yanqing1，2，ZHOU Chunsheng1，2
（1.Department of Chemistry and Chemical Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，China；2.Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources，Shangluo University，Shangluo 726000，China）

Using molybdenum tailings in Shangluo as a core sample and the cement as gelled material，the unfired brick is prepared by mixing molybdenum tailings,cement and accelerating admixture，and then stirring and vibration.The effects of molybdenum tailings content，the mechanism of molybdenum tailings to the unfired brick were analyzed.Results show that with the addition of molybdenum tailings increased，the mechanical properties of the unfired brick was decreased.When the addition of molybdenum tailings is below 80%，the flexural strength and comprehensive strength of prepared unfired brick are respectively 3.86，11.65 MPa.When the unfired bricks are prepared at different addition of molybdenum tailings，the density of brick is 2.3 g/cm3.With curving time prolonging，the mechanical properties of unfired brick is increased.When the curving time is 7 d，its mechanical properties attains to 80%of 28 d strength.

molybdenum tailings，unfired brick，compressive strength，flexural strength

TU522.1

A

1001-702X（2016）07-0090-03

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃（地方重大專項(xiàng)）（2012KTDZ02-02-01）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2014JM2055）；陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2247）；陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（2014SKY-WK013）

2015-10-19；

2016-03-01

李春，男，1986年生，陜西商州人，碩士，講師，主要從事尾礦資源綜合利用方面的研究工作。