粉煤灰加入量對(duì)鉬尾礦制備燒結(jié)磚性能的影響

王聞單，王 想，趙紅星，文 婭，胡航嘉

(1.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215151)

0 引言

粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，其主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等氧化物。由于粉煤灰密度小，粒度細(xì)，導(dǎo)致處理時(shí)容易產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，污染環(huán)境，同時(shí)粉煤灰的大量堆存占用土地資源，影響生態(tài)環(huán)境[1-2]。因此，采用粉煤灰作為輔料，與鉬尾礦聯(lián)合使用制備鉬尾礦燒結(jié)磚，以此來解決粉煤灰的堆存問題，為其高效利用提供理論借鑒。粉煤灰中的Al2O3等成分還可彌補(bǔ)鉬尾礦中相應(yīng)氧化物含量較低等缺陷，達(dá)到優(yōu)化燒結(jié)磚性能的目的，進(jìn)而增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等[3-5]。

燒結(jié)磚是以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經(jīng)成型、高溫?zé)乒に囍频?，根?jù)使用原料的不同可以分為燒結(jié)粘土磚、燒結(jié)粉煤灰磚和燒結(jié)頁巖磚等[6-7]。本文以鉬尾礦為主要原料，外摻一定量粉煤灰作為鉬尾礦中Al2O3等氧化物的補(bǔ)充，制備粉煤灰燒結(jié)磚，探究粉煤灰外摻量對(duì)燒結(jié)磚性能的影響，為鉬尾礦及該類粉煤灰資源的綜合利用提供思路。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)所用的鉬尾礦取自洛南某尾礦庫，經(jīng)0.074 mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分、剔除大顆粒后，105 ℃烘干，貯存?zhèn)溆?；粉煤灰?gòu)買于鄭州某建材公司。兩種原料的化學(xué)成分分析結(jié)果分別見表1、表2。

表1 鉬尾礦化學(xué)成分 %

表2 粉煤灰化學(xué)成分 %

由表1可見，該鉬尾礦中SiO2的含量為76.45%，可促進(jìn)燒結(jié)磚骨架的形成，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。Fe2O3、Al2O3和CaO的含量分別為4.36%、4.04%和2.87%，Al2O3有助于高溫時(shí)燒結(jié)磚內(nèi)部莫來石相的生成，以提高燒結(jié)磚的強(qiáng)度[8]。由表2可見，該粉煤灰中SiO2含量為58.23%，Al2O3和Fe2O3的含量分別為24.31%、6.39%，可彌補(bǔ)鉬尾礦中鋁含量、鐵含量的不足，優(yōu)化燒結(jié)磚成分。

試驗(yàn)所用設(shè)備包括：NBD-M1500型馬弗爐、YAW-3000型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試驗(yàn)步驟

將鉬尾礦與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粉煤灰混合均勻，加入12%的去離子水陳化30 min，放入10 mm×10 mm×50 mm的模具中壓制成型，將得到的濕磚坯放入105 ℃烘箱中烘干10 h。最后，設(shè)定燒結(jié)溫度為1 050 ℃ ，保溫時(shí)間為120 min，燒結(jié)后得到燒結(jié)磚樣品，探究粉煤灰添加量對(duì)燒結(jié)磚性能的影響。試驗(yàn)流程圖見圖1。

圖1 試驗(yàn)流程圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 機(jī)械性能分析

對(duì)不同粉煤灰添加量條件下制備的鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行抗壓、抗折強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見圖2。

圖2 粉煤灰添加量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚機(jī)械性能的影響

由圖2可見，隨著粉煤灰添加量的增大，鉬尾礦燒結(jié)磚的機(jī)械性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)粉煤灰添加量達(dá)到6%時(shí)，機(jī)械性能最優(yōu)。此時(shí)，其抗壓強(qiáng)度為25.87 MPa，抗折強(qiáng)度為12.85 MPa。當(dāng)粉煤灰添加量超過6%時(shí)，機(jī)械性能呈逐漸下降趨勢(shì)。分析認(rèn)為隨著粉煤灰添加量的增大，燒結(jié)磚中的鋁含量、鐵含量逐漸增大，有助于提高燒結(jié)磚的機(jī)械性能，抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)粉煤灰添加量達(dá)到某一極限值時(shí)，燒結(jié)磚內(nèi)部有微裂紋產(chǎn)生，從而影響其機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致抗壓、抗折強(qiáng)度的下降[9]。

2.2 體積密度分析

圖3為不同粉煤灰添加量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響，可以看出，隨著粉煤灰添加量的不斷增大，鉬尾礦燒結(jié)磚的體積密度呈先上升后趨于平緩趨勢(shì)。這是由于粉煤灰添加量較低時(shí)，燒結(jié)磚成分中的鋁含量不足，不能形成致密結(jié)構(gòu)，體積密度較小。當(dāng)粉煤灰添加量達(dá)到6%時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度最大，為1.83 g/cm3。此時(shí)，燒結(jié)磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，而進(jìn)一步增加粉煤灰的添加量，燒結(jié)磚內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的缺陷，使得其體積密度出現(xiàn)略微下降[10]。

圖3 粉煤灰添加量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚體積密度的影響

2.3 吸水率分析

對(duì)不同粉煤灰添加量條件下制備的鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行吸水率分析，結(jié)果見圖4。由圖中可以看到，隨著粉煤灰添加量的增大，燒結(jié)磚的吸水率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰添加量為6%時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率最低，為13.65%。當(dāng)粉煤灰添加量小于6%時(shí)，燒結(jié)磚的吸水率逐漸減小，分析認(rèn)為，適當(dāng)?shù)姆勖夯壹尤肓坑兄诟纳茻Y(jié)磚的化學(xué)組分，提高鋁含量，使其結(jié)構(gòu)更加致密。當(dāng)粉煤灰添加量大于6%時(shí)，高的粉煤灰添加量使得燒結(jié)磚坯體內(nèi)部產(chǎn)生更多空隙，引起吸水率的增大。

圖4 粉煤灰添加量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚吸水率的影響

2.4 燒失重分析

對(duì)不同粉煤灰添加量條件下燒制的鉬尾礦燒結(jié)磚進(jìn)行燒失重分析，結(jié)果見圖5。

圖5 粉煤灰添加量對(duì)鉬尾礦燒結(jié)磚燒失重的影響

由圖5可見，當(dāng)粉煤灰添加量從2%提高到10%時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重呈先下降后上升的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰的添加量為6%時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重最小，為8.17%。隨著粉煤灰添加量的增加，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重逐漸增大，當(dāng)粉煤灰的添加量為10%時(shí)，鉬尾礦燒結(jié)磚的燒失重最大，為8.24%。均符合燒結(jié)磚的性能要求。由此可見，適宜的粉煤灰添加量有助于改善燒結(jié)磚的各項(xiàng)性能指標(biāo)。最佳粉煤灰添加量為6%，在此條件下制備的燒結(jié)磚各項(xiàng)性能最佳。

3 結(jié)語

1)以洛南某鉬尾礦為主要原料，加入一定量的粉煤灰為輔料，制備鉬尾礦燒結(jié)磚。燒結(jié)溫度為1 050 ℃ ，保溫時(shí)間為120 min，粉煤灰的最佳添加量為6%。此條件下制備的鉬尾礦燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度為25.87 MPa，抗折強(qiáng)度為12.85 MPa，體積密度為1.83 g/cm3，吸水率為13.65%，燒失重為8.17%，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了建筑用磚的標(biāo)準(zhǔn)。

2)隨著粉煤灰添加量的逐漸增大，燒結(jié)磚中的鋁含量、鐵含量逐漸增大，有助于提高燒結(jié)磚的性能指標(biāo)，當(dāng)粉煤灰添加量達(dá)到某一極限值時(shí)，燒結(jié)磚內(nèi)部有微裂紋產(chǎn)生，從而使其各項(xiàng)性能受到一定影響。

3)以鉬尾礦為原料，添加粉煤灰制備燒結(jié)磚，不僅可以提高燒結(jié)磚的各項(xiàng)使用性能，還可為鉬尾礦及粉煤灰資源的高效利用提供新思路、新途徑。