煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒制備及其性能

周鵬飛，羅立群，涂序

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢，430070；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430070)

煉銅尾渣是指火法煉銅過(guò)程中產(chǎn)生的含鐵、硅、鋁和鈣等物質(zhì)的廢渣，常見(jiàn)的煉銅尾渣是一種不純的鐵硅酸鹽玻璃，含有少量的銅和硫化銅雜質(zhì)。煉銅尾渣的典型組成如下：總鐵TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～40%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%，CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%，Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.1%[1]。煉銅尾渣中有回收價(jià)值的金屬主要有銅、鐵等，回收銅的主要工藝包括火法貧化[2]、浮選貧化和濕法浸出[3?5]，回收鐵的主要工藝包括直接磁選技術(shù)、磁化焙燒?磁選技術(shù)和直接還原?磁選技術(shù)。典型煉銅尾渣含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%，其鐵相主要以鐵橄欖石和磁鐵礦的形式，二者共生緊密，嵌布粒度細(xì)小，若直接磁選，則回收率較低，磁化焙燒?磁選技術(shù)或者直接還原?磁選技術(shù)可以獲得較高回收率，但成本較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[6]。除了銅、鐵和硅之外，煉銅尾渣中還含有鉛、鋅、金、銀、鈷和鎳等有價(jià)金屬，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。由于火法煉銅每生產(chǎn)1 t金屬銅能產(chǎn)渣2.2 t，目前煉銅尾渣年排放量達(dá)1 400 萬(wàn)t 以上，如何實(shí)現(xiàn)煉銅尾渣的高效資源化利用與減排變得日益迫切。

除回收各類(lèi)有價(jià)金屬外，利用煉銅尾渣良好的物理化學(xué)性質(zhì)以及力學(xué)特性，還可以生產(chǎn)水泥、填料、道渣、磨料、骨料、屋面粒渣、玻璃和瓦等產(chǎn)品。例如，由于煉銅尾渣中含有一定量的氧化鈣、活性二氧化硅、活性氧化鋁等活性體而具有膠凝活性[7]，通過(guò)一定的化學(xué)或機(jī)械方式激發(fā)其活性，煉銅尾渣可以被用作水泥活性材料，與普通硅酸鹽水泥相比，含有不同形態(tài)煉銅尾渣的水泥、砂漿或者混凝土具有良好性能，沒(méi)有明顯瑕疵。煉銅尾渣也因?yàn)榫哂辛己玫奈锢砗土W(xué)特性而被廣泛用于混凝土骨料[8?9]、路面鋪裝材料等領(lǐng)域。和普通混凝土相比，煉銅尾渣骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等關(guān)鍵性能沒(méi)有明顯差別[10]。另外，煉銅尾渣還可用作生產(chǎn)陶瓷用品[11]、有色玻璃[12]和壓載材料等的原料。

針對(duì)湖泊、河、海水域的底泥，世界各國(guó)主要采用疏浚和挖掘等手段進(jìn)行治理，疏浚和挖掘清淤時(shí)產(chǎn)生大量淤泥，疏浚后的底泥含水率高，往往還含有大量有毒重金屬和有機(jī)污染物，若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致二次污染，甚至擴(kuò)散污染源，如何處置這些淤泥已成為難以回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[13]。因底泥性質(zhì)與土壤接近，富含礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等，具有較高利用價(jià)值，若將底泥無(wú)害化處理后進(jìn)行資源化利用，既可保護(hù)環(huán)境，又可節(jié)約資源。利用湖泊底泥制備建筑用磚、輕質(zhì)骨料、膠結(jié)材料等建筑材料是實(shí)現(xiàn)湖泊底泥資源化利用的重要途徑之一[14?15]，例如王發(fā)洲等[16?17]以湖泊底泥為主要原材料制備出堆積密度約為500 kg/m3的輕質(zhì)陶粒。

陶粒原料多以黏土和頁(yè)巖為主，其中黏土大部分取自于耕地，頁(yè)巖多需要開(kāi)山取石，兩者都不符合可持續(xù)發(fā)展理念，以黏土燒制陶粒國(guó)家已明令禁止，而頁(yè)巖陶粒也將因保護(hù)資源和環(huán)境而面臨淘汰。因此，尋找頁(yè)巖的代替品并實(shí)現(xiàn)多源固廢的資源化利用顯得至關(guān)重要，將湖泊底泥和煉銅尾渣制備陶粒，實(shí)現(xiàn)煉銅尾渣、湖泊底泥的無(wú)害化利用，可為煉銅尾渣和湖泊底泥的資源化提供一種新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣及特性

1.1.1 試樣與制備

實(shí)驗(yàn)所采用煉銅尾渣為某有色金屬公司火法煉銅過(guò)程中的爐渣，經(jīng)過(guò)磨礦?浮選提銅之后的浮選尾礦外觀呈淺灰綠色至灰黑色，物料粒度低于0.045 mm 的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為82%，密度約為3 860 kg/m3。樣品經(jīng)過(guò)混勻后置于105 ℃烘箱中干燥，然后裝袋備用。

實(shí)驗(yàn)所用湖泊底泥采自湖北省黃石地區(qū)某湖泊，經(jīng)靜置沉淀后，去除上清液，將其置于室內(nèi)陰涼處風(fēng)干，再置于烘箱中于105 ℃下干燥，干燥后用對(duì)輥式破碎機(jī)碾壓至粒度低于2.0 mm，混勻、裝袋備用，湖泊底泥密度為1 090 kg/m3。

1.1.2 試樣的基本特性

煉銅尾渣與湖泊底泥主要化學(xué)成分以及常見(jiàn)有毒元素分析結(jié)果如表1和表2所示，其XRD分析如圖1所示。

圖1 煉銅尾渣和湖泊底泥XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of copper slag tailing and lake sediment

由表1和表2可知：煉銅尾渣中SiO2，Al2O3和Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為37.37%，6.59%和38.86%，MgO 與CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為8.17%，K2O 與Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為3.14%，也含有部分重金屬以及有毒元素如鋅、鉻、鉛、銅和砷等。湖泊底泥的主要化學(xué)成分為SiO2，Al2O3和Fe2O3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為52.30%，14.41%和6.89%；此外含有一定量的Ca，Mg，K 和Na；重金屬以及有毒元素以鋅、鉻、銅、鉛和砷等為主。

表1 主要化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mass fraction of main chemical components %

表2 常見(jiàn)有毒元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Mass fraction of common toxic elements 10?6

由圖1可知：煉銅尾渣XRD 峰出現(xiàn)包峰，說(shuō)明礦樣中含有大量非晶態(tài)礦物，結(jié)晶態(tài)礦物主要為鐵橄欖石(Fe2SiO4)以及鐵?鎂橄欖石，其他礦物的衍射峰不明顯。湖泊底泥中主要礦物成分為石英和方解石，其中石英在高溫下性質(zhì)穩(wěn)定，而方解石高溫下易分解產(chǎn)生氣體。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將晾干、混勻后的湖泊底泥碾碎并用篩孔為0.3 mm 的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行閉路篩分，最終獲得粒度低于0.3 mm的混勻試樣。將混合料(煉銅尾渣與湖泊底泥混合)與水按質(zhì)量比為2：1配成混合濕料，造球得到復(fù)合陶粒生料，將生料置于烘箱中，在105 ℃下干燥3～4 h，放入馬弗爐中經(jīng)預(yù)熱、焙燒工序后，閉爐冷卻2.5 h即得陶粒成品。

1.3 陶粒性能測(cè)試與表征

依據(jù)GB/T 17431.2—2010“輕集料及其試驗(yàn)方法”，對(duì)制備而成的復(fù)合陶粒進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、表觀密度和1 h吸水率性能測(cè)試，其中陶粒的平均抗壓強(qiáng)度指標(biāo)使用承壓筒法測(cè)定。采用JEM—7500F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察不同燒成溫度試樣的斷面微觀形貌。

2 復(fù)合陶粒性能的影響因素

2.1 煉銅尾渣添加量

陶粒的表觀密度、機(jī)械強(qiáng)度和1 h吸水率是陶粒最重要的性能指標(biāo)。選用煉銅尾渣與湖泊底泥的配比分別為0：100，5：100，10：100，15：100，25：100 以及35：100 的陶粒生料制備出復(fù)合陶粒生料，然后在500 ℃下預(yù)熱15 min，接著在1 140 ℃下焙燒12 min，冷卻后得到陶粒成品，再對(duì)陶粒成品進(jìn)行測(cè)試，煉銅尾渣添加量對(duì)陶粒性能的影響如圖2(a)所示。

由圖2(a)可知：隨著煉銅尾渣添加量增加，陶粒表觀密度越來(lái)越低，當(dāng)添加量超過(guò)15%時(shí)，表觀密度不再隨煉銅尾渣添加量增加而明顯變化。當(dāng)不加煉銅尾渣時(shí)，陶粒表觀密度為1 834 kg/m3，當(dāng)煉銅尾渣添加量為15%時(shí)，復(fù)合陶粒的表觀密度為844 kg/m3，表觀密度下降幅度達(dá)55%；當(dāng)煉銅尾渣添加量為35%時(shí)，復(fù)合陶粒的表觀密度為781 kg/m3，與煉銅尾渣添加量為15%時(shí)的表觀密度相比，不僅表觀密度下降7%，而且仍可以消納大量煉銅尾渣。

圖2 不同因素對(duì)煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒性能的影響Fig.2 Effects of different factors on properties of copper slag tailings?lake sediment composite ceramsite

添加煉銅尾渣后的湖泊底泥復(fù)合陶粒中，可見(jiàn)復(fù)合陶粒內(nèi)核出現(xiàn)劇烈膨脹且釉質(zhì)化，陶粒外層呈現(xiàn)一個(gè)沒(méi)有釉質(zhì)化且不參與膨脹的殼層。

2.2 預(yù)熱溫度

通常，生坯陶粒預(yù)熱過(guò)程可以減少生料球的炸裂、調(diào)節(jié)生料在焙燒過(guò)程中的產(chǎn)氣量、優(yōu)化焙燒過(guò)程的軟化膨脹性能。為獲得陶粒優(yōu)良性能，選用煉銅尾渣與湖泊底泥質(zhì)量配比為10：100 的陶粒生料，然后分別在300，400，500，600和700 ℃下預(yù)熱15 min，接著在1 140 ℃下焙燒12 min，冷卻后得到復(fù)合陶粒成品，再對(duì)陶粒成品進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，預(yù)熱溫度對(duì)復(fù)合陶粒性能的影響見(jiàn)圖2(b)。

由圖2(b)可知：隨著預(yù)熱溫度提高，復(fù)合陶粒的表觀密度、單顆陶?？箟簭?qiáng)度和1 h吸水率不斷提高。當(dāng)預(yù)熱溫度由300 ℃升至700 ℃時(shí)，表觀密度上升16%，單顆陶?？箟簭?qiáng)度提升130%。復(fù)合陶粒1 h吸水率不斷升高，這可能是陶粒外部的不膨脹殼層隨著預(yù)熱溫度升高而厚度增加的結(jié)果。

2.3 焙燒溫度

陶粒的焙燒制度是實(shí)現(xiàn)陶粒發(fā)泡膨脹和獲取產(chǎn)品性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選用煉銅尾渣與湖泊底泥質(zhì)量配比為10：100制得陶粒生料，在500 ℃下預(yù)熱15 min，接著分別在1 080，1 100，1 120，1 140，1 160，1 180，1 200 和1 220 ℃下焙燒12 min，冷卻后得到陶粒成品，焙燒溫度對(duì)復(fù)合陶粒性能的影響見(jiàn)圖2(c)。

由圖2(c)可知：隨著焙燒溫度升高，煉銅尾渣與湖泊底泥陶?？箟簭?qiáng)度的變化趨勢(shì)和表觀密度基本一致。復(fù)合陶粒的表觀密度由1 080 ℃時(shí)的1 376 kg/m3降低至1 220 ℃時(shí)的665 kg/m3；而復(fù)合陶粒的抗壓強(qiáng)度由1 080 ℃時(shí)的3.05 MPa 降低至1 220 ℃時(shí)的0.82 MPa。隨著焙燒溫度升高，煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒內(nèi)部發(fā)生膨脹的核心越來(lái)越大，甚至漲破外部殼層而溢出，而外部不發(fā)生膨脹的未釉質(zhì)化殼體越來(lái)越薄。即在高溫下，煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒內(nèi)部和外部發(fā)生了不同的物理化學(xué)反應(yīng)，且內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)導(dǎo)致銅渣?湖泥復(fù)合陶粒膨脹。

由圖2(c)可知：隨著焙燒溫度升高，復(fù)合陶粒的吸水率不斷降低，這是因?yàn)殡S著焙燒溫度不斷升高，陶粒液化程度和釉質(zhì)化程度不斷升高。

3 復(fù)合陶粒燒制過(guò)程的重金屬揮發(fā)和成品浸出特性

環(huán)境影響是固體廢棄物處置時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，利用湖泊底泥和煉銅尾渣制備焙燒陶粒過(guò)程中，高溫焙燒會(huì)破壞有毒有機(jī)物、病毒和細(xì)菌等，而重金屬會(huì)被固化或者部分揮發(fā)，有必要研究重金屬在高溫過(guò)程中的變化及其對(duì)環(huán)境的影響。由于焙燒陶粒主要作為建筑材料和水環(huán)境材料使用，不可避免地處在酸性、堿性或有水的環(huán)境中，故必須考察陶粒成品中重金屬的存在形式及重金屬浸出特性。

選用煉銅尾渣和湖泊底泥質(zhì)量配比分別為0：100 和10：100 制得的陶粒生料，在500 ℃時(shí)預(yù)熱15 min，然后，分別在1 100，1 140 和1 180 ℃下焙燒12 min，冷卻后得到陶粒成品。

1)將復(fù)合陶粒成品及生料粉磨并進(jìn)行X 射線熒光分析，檢測(cè)其中的Cu，Pb，Zn，Ni和Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

2)參照文獻(xiàn)[18?19]，采用電感耦合等離子體光譜儀檢測(cè)陶粒成品及生料浸出液中的Cu，Pb，Zn，Ni和Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分析在不同焙燒溫度情況下重金屬的揮發(fā)性和浸出毒性。重金屬揮發(fā)率由式(1)計(jì)算。不同焙燒溫度下陶粒重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)和揮發(fā)率如表3所示，浸出量如表4所示。

其中：R為重金屬的揮發(fā)率；C1為原料(燒失后)中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，10?6；Ig為原料中的燒失量，%；C2為成品中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，10?6。

由表3可知：在不同焙燒溫度下，湖泊底泥陶粒和煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒中各種重金屬的揮發(fā)率主要為10%～15%，兩者之間沒(méi)有明顯差別。添加煉銅尾渣后，雖然增加了復(fù)合陶粒中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，重金屬的揮發(fā)量明顯增加，但揮發(fā)率沒(méi)有明顯變化，這可能是與陶粒的焙燒時(shí)間較短、焙燒溫度變化范圍較小有關(guān)。羅暉[20]研究了焙燒陶粒和燒結(jié)磚的重金屬揮發(fā)特性，發(fā)現(xiàn)陶粒在高溫焙燒下重金屬揮發(fā)量不會(huì)因?yàn)楸簾郎囟鹊淖兓黠@變化，而燒結(jié)磚的重金屬揮發(fā)量隨著焙燒溫度升高而明顯增加，并認(rèn)為這種區(qū)別由燒成方式造成。通常，燒結(jié)磚以緩慢升溫至焙燒溫度的方式燒成，且在燒成溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫，整個(gè)過(guò)程須持續(xù)4～5 h；而陶粒多為快燒，燒制過(guò)程時(shí)間較短，即快速升溫至焙燒溫度并在焙燒溫度下保溫一段時(shí)間，然后開(kāi)始冷卻，整個(gè)過(guò)程一般僅30 min左右。

實(shí)驗(yàn)室制備陶粒一般采用低溫預(yù)熱和高溫焙燒的兩段式快速燒制法，因此，焙燒陶粒的重金屬揮發(fā)量不會(huì)因?yàn)楸簾郎囟茸兓黠@變化。由表3可知：即便是熔沸點(diǎn)較低、相對(duì)易揮發(fā)的Pb和Zn，其揮發(fā)率并沒(méi)有明顯高于Cu，Cr和Ni的揮發(fā)率，這可能是因?yàn)镻b和Zn等重金屬都被嚴(yán)密束縛在焙燒陶粒內(nèi)部，且陶粒具有一定粒度，重金屬氣相從陶粒內(nèi)部向外揮發(fā)，焙燒過(guò)程中需要克服較大阻力；同時(shí)，焙燒陶粒在焙燒時(shí)，特別是在陶粒發(fā)生熔融時(shí)，重金屬會(huì)與硅鋁酸鹽礦物反應(yīng)而被晶格束縛，故而焙燒陶粒能夠有效地抑制重金屬揮發(fā)。

表3 不同焙燒溫度下陶粒中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)和揮發(fā)率Table 3 Heavy metal mass fraction and volatilization rate of ceramsite at different sintering temperatures

表4所示為不同焙燒溫度下陶粒中重金屬浸出量。由表4可知：焙燒陶粒的重金屬浸出量非常小，低于國(guó)標(biāo)限定值。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)高溫?zé)贫傻谋簾樟＞哂兄旅芙Y(jié)構(gòu)，重金屬會(huì)有效地取代硅酸鹽結(jié)構(gòu)中的Ca2+和A13+而進(jìn)入硅酸鹽網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；在陶粒冷卻后，這些重金屬離子會(huì)以晶格離子或者間隙離子的形式存在于硅酸鹽網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，其被浸出晶格的阻力大幅增加[21]。另外，重金屬離子浸出量并沒(méi)有隨著焙燒溫度提高而顯現(xiàn)出明顯變化，這是因?yàn)楫?dāng)陶粒焙燒溫度超過(guò)1 100 ℃時(shí)，陶粒內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)較大程度熔融，對(duì)重金屬有較強(qiáng)的固化作用，重金屬離子可以較容易進(jìn)入硅鋁酸鹽晶格，被牢固地束縛在晶格中，故而很難被浸出[22]。

表4 不同焙燒溫度下陶粒中重金屬浸出量Table 4 Leaching of heavy metals from ceramsite at different sintering temperatures mg/L

4 煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒微觀形貌及膨脹機(jī)理

焙燒陶粒微觀形貌是分析膨脹機(jī)理的最直觀指標(biāo)。為探究煉銅尾渣?湖泊底泥陶粒膨脹機(jī)理，以煉銅尾渣與湖泊底泥質(zhì)量配比為10：100 制得陶粒生料，在500 ℃下預(yù)熱15 min，分別在1 080，1 140 和1 220 ℃下焙燒12 min，冷卻后得到陶粒成品，對(duì)復(fù)合陶粒成品的截?cái)嗝孢M(jìn)行SEM 測(cè)試分析的結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：隨著焙燒溫度升高，煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒內(nèi)部孔洞逐漸增大，在1 080 ℃時(shí)，陶粒中的孔洞較少，內(nèi)部主要為雜亂生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)明顯液相產(chǎn)生；在1 140 ℃時(shí)，陶粒內(nèi)部雜亂生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)消失，液相增多，開(kāi)始出現(xiàn)較大孔洞，孔壁較厚且粗糙；在1 220 ℃時(shí)，陶粒內(nèi)部孔洞變得更密集，孔壁中出現(xiàn)大量小孔，陶粒骨架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)穿透，但相較于1 140 ℃，較大孔洞的孔徑并沒(méi)有明顯變化。這是因?yàn)楫?dāng)焙燒溫度較高時(shí)，陶粒內(nèi)部過(guò)度熔融，熔融液相黏性下降，無(wú)法維持更大的孔洞結(jié)構(gòu)，當(dāng)液相黏性下降時(shí)，熔融液相無(wú)法保留更多氣體，氣泡難以繼續(xù)生長(zhǎng)，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)大量小孔；同時(shí)，由于大量氣體持續(xù)流動(dòng)和逸出，陶粒內(nèi)部孔的連通度增加，表現(xiàn)出“連通孔”現(xiàn)象。

圖3 不同焙燒溫度下煉銅尾渣?湖泊底泥陶粒的SEM圖Fig.3 SEM pictures of ceramsite on copper smelting tailings and lake bottom mud at different roasting temperatures

陶粒生料在高溫下發(fā)生助熔、共熔作用，坯料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鳡顟B(tài)，此時(shí)陶粒內(nèi)部若有氣體產(chǎn)生，將會(huì)吹動(dòng)陶粒中的熔融液相，這些液相若具有合適的黏度，能夠在陶粒內(nèi)滯留一定量的氣體，則陶粒內(nèi)部形成孔穴而表現(xiàn)出膨脹[21?22]。煉銅尾渣中含有一定量磁鐵礦(Fe3O4)，當(dāng)預(yù)熱后煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒被置于焙燒環(huán)境時(shí)，陶粒由外而內(nèi)逐步升溫，陶粒中尤其是陶粒外層中的炭質(zhì)迅速氧化為氣體，而陶粒內(nèi)部的炭質(zhì)因?yàn)樘樟?nèi)部溫度較低及其內(nèi)部的密閉性而無(wú)法完全氧化，同時(shí)陶粒外層中的磁鐵礦(Fe3O4)在高溫下被氧化成赤鐵礦(Fe2O3)，反應(yīng)方程如式(2)所示：

陶粒內(nèi)部磁鐵礦(Fe3O4)則與未完全氧化氣化的炭質(zhì)反應(yīng)生產(chǎn)氧化亞鐵(FeO)，反應(yīng)方程如式(3)和式(4)所示：

與其他價(jià)態(tài)的鐵相比，陶粒內(nèi)部反應(yīng)生成的氧化亞鐵(FeO)具有強(qiáng)助熔作用，這是因?yàn)樵谌墼w系中，F(xiàn)eO的存在會(huì)破壞Si—O鍵，使橋鍵氧離子(O0)數(shù)量下降，形成非橋氧，使自由氧離子(O2?)數(shù)量上升，降低SiO2的聚合度和結(jié)構(gòu)連續(xù)性，促使SiO2的熔融溫度降低，導(dǎo)致其熔體的黏性降低而易于膨脹[10,23?24]。因此，在高溫下復(fù)合陶粒內(nèi)部磁鐵礦與炭質(zhì)反應(yīng)生成氣體和氧化亞鐵，因亞鐵離子具有良好的助熔作用，促使陶粒內(nèi)核熔融生成液相，此時(shí)反應(yīng)生成的氣體因熔融液相包裹而形成氣泡，致使復(fù)合陶粒發(fā)生膨脹。

5 結(jié)論

1)以煉銅尾渣、湖泊底泥為原料制備輕質(zhì)復(fù)合陶粒具有可行性，添加煉銅尾渣有利于湖泊底泥復(fù)合陶粒充分膨脹，這證實(shí)了煉銅尾渣是一種良好的陶粒膨脹劑，且具有較好的助熔作用。

2)在煉銅尾渣與湖泊底泥質(zhì)量比為10：100，以500 ℃預(yù)熱15 min，在1 140 ℃時(shí)焙燒12 min的制備工藝參數(shù)下，最終制得表面光滑、內(nèi)部孔隙發(fā)育、膨脹良好的煉銅尾渣?湖泊底泥復(fù)合陶粒制品，其表觀密度為936 kg/m3、抗壓強(qiáng)度為1.74 MPa、1 h吸水率為14.9%，產(chǎn)品具有良好的綜合性能。

3)復(fù)合陶粒對(duì)原料中的重金屬具有較好的固化效果，在500 ℃下預(yù)熱15 min，分別以1 100，1 140 和1 180 ℃下焙燒12 min 所制得復(fù)合陶粒成品中Cu，Pb，Zn，Ni 和Cr 等元素的浸出率很低，陶粒產(chǎn)品重金屬的浸出率遠(yuǎn)小于國(guó)標(biāo)限定值，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。