燒結(jié)制度對鉬尾礦燒結(jié)磚性能的影響

黃 杰 王 崴 王 星 徐名特

(1.長沙有色冶金設計研究院，湖南 長沙 410011；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源保護與利用研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

燒結(jié)磚是以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經(jīng)過成型、高溫燒制工藝制得，可用于砌筑承重或者非承重墻體[1-2]。我國鉬尾礦堆存量巨大，占用大量土地資源的同時，還對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響[3-4]。因此，采用鉬尾礦代替粘土、頁巖等原料制備燒結(jié)磚，可在一定程度上緩解鉬尾礦大量堆存帶來的一系列問題，同時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，可進一步優(yōu)化燒結(jié)磚的化學成分，增強其各項性能指標[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)磚的化學組分，還可消耗一定量的粉煤灰，達到資源綜合利用的目的，對提高粉煤灰的附加值具有重要意義。

1 試驗原料和方法

1.1 試驗原料

試驗采用的鉬尾礦取自某地尾礦庫，篩分得到-74 μm顆粒，烘干后貯存?zhèn)溆谩７勖夯易再徲谀辰ú墓?，原料化學組成見表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%，對于制備燒結(jié)磚來說，該鉬尾礦的鐵含量較高而鋁含量較低。鐵含量高導致燒結(jié)磚密度增大，鋁含量低導致難以形成低共熔體系?；诖?，在制備鉬尾礦燒結(jié)磚時，加入了5 %的粉煤灰，進一步優(yōu)化燒結(jié)磚的化學組分。

1.2 試驗方法

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

對燒制所得鉬尾礦燒結(jié)磚依次進行抗壓強度、吸水率、體積密度和燒失重測試，抗壓強度測試采用YAW-3000型微機控制電液伺服壓力試驗機，每組測試5塊樣品，求平均值。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 燒成溫度對鉬尾礦燒結(jié)磚性能的影響

燒成溫度是鉬尾礦燒結(jié)磚制備過程中的一個重要因素，直接影響產(chǎn)品的各項性能指標。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，保溫時間為120 min，在燒成溫度分別為900、950、1000、1 050、1 100 ℃條件下進行鉬尾礦燒結(jié)磚的制備，研究燒成溫度對鉬礦尾礦燒結(jié)磚性能的影響。

2.1.1 抗壓強度

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行抗壓強度測試，獲得抗壓強度隨燒成溫度的變化趨勢，結(jié)果如圖2所示?？梢?，隨著燒成溫度的不斷升高，鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，燒成溫度為1 100 ℃時，抗壓強度達到最大，為28.84 MPa。燒成溫度為1 050 ℃時，抗壓強度為23.06 MPa?？梢?，提高燒成溫度有利于提高鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強度。但是過高的燒成溫度會導致燒結(jié)磚表面不平整，并且出現(xiàn)破裂情況，這是由于溫度過高出現(xiàn)了產(chǎn)品過燒現(xiàn)象。

2.1.2 吸水率

鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率測試結(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，燒結(jié)磚的吸水率最大，為19.28%。而當燒成溫度為1 100 ℃時，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 燒成溫度對鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

2.1.3 體積密度

對所燒制的鉬尾礦燒結(jié)磚進行體積密度測試，獲得體積密度隨燒成溫度的變化趨勢，結(jié)果如圖4所示。可見，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)緩慢增長的趨勢，保持在1.62～1.87 g/cm3之間。而當燒成溫度由1 050 ℃升高至1 100 ℃時，產(chǎn)品體積密度迅速增大，達到2.13 g/cm3，超過了燒結(jié)磚的體積密度標準限度，因此，燒成溫度應控制在1 100 ℃以內(nèi)，以保證產(chǎn)品體積密度符合要求。

圖4 燒成溫度對鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

2.1.4 燒失重

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行燒失重測試，獲得燒失重隨燒成溫度的變化趨勢，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，這是由于燒制過程中，過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)磚的抗壓強度、吸水率、體積密度以及燒失重這四項指標，確定適宜的燒成溫度為1 050 ℃。

2.2 保溫時間對燒結(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，探究保溫時間與鉬礦尾礦燒結(jié)磚性能之間的關系。考察保溫時間分別為80、100、120、140、150 min時，鉬尾礦燒結(jié)磚的各項性能指標。

2.2.1 抗壓強度

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行抗壓強度測試，獲得抗壓強度隨保溫時間的變化趨勢，結(jié)果見圖6?？梢?，在保溫時間從80 min增加到140 min過程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強度呈上升趨勢；當保溫時間為140 min時，燒結(jié)磚抗壓強度為25.34 MPa；當保溫時間延長至150 min時，抗壓強度僅增大了0.12 MPa，為25.46 MPa。

圖6 保溫時間對鉬尾礦燒結(jié)磚抗壓強度的影響

2.2.2 吸水率

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行吸水率測試，獲得吸水率隨保溫時間的變化趨勢，結(jié)果見圖7?？梢姡S著保溫時間的不斷延長，燒結(jié)磚的吸水率呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。這是由于過長的保溫時間使得燒結(jié)磚坯體內(nèi)部空隙不斷被液相填充，更加密實，導致吸水率不斷減小。當保溫時間為80 min時，燒結(jié)磚的吸水率最高，為17.48%；當保溫時間為150 min時，吸水率最低，為12.14%。

圖7 保溫時間對鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

2.2.3 體積密度

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行體積密度測試，獲得體積密度隨保溫時間的變化趨勢，結(jié)果見圖8?？梢?，鉬尾礦燒結(jié)磚的體積密度隨著保溫時間的不斷延長而呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。因為保溫時間越長，燒制過程產(chǎn)生的液相會不斷填充燒結(jié)磚內(nèi)部的空隙，導致密實度增加，體積密度增大。當保溫時間為150 min時，燒結(jié)磚體積密度最大，為1.97 g/cm3；當保溫時間為80 min時，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 保溫時間對鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

2.2.4 燒失重

對所燒制鉬尾礦燒結(jié)磚進行燒失重測試，獲得燒失重隨保溫時間的變化趨勢，結(jié)果見圖9?？梢?，保溫時間從80 min增加到120 min的過程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重呈緩慢下降趨勢，在保溫時間為120 min時最低，僅為8.51%。當保溫時間從120 min增加到150 min的過程中，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重呈快速上升趨勢，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 保溫時間對鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

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

3 結(jié)語

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%，各項指標均滿足普通燒結(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。