鉛鋅尾礦作為混凝土摻合料的制備研究

吳堅，朱孝華

（1. 無錫市湖濱建設(shè)工程監(jiān)測站，江蘇 無錫 214000；2. 無錫綠城房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇 無錫 214000）

鉛鋅尾礦作為混凝土摻合料的制備研究

吳堅1，朱孝華2

（1. 無錫市湖濱建設(shè)工程監(jiān)測站，江蘇 無錫 214000；2. 無錫綠城房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇 無錫 214000）

本文將鉛鋅尾礦、石屑和統(tǒng)灰按照 3∶3∶4 的質(zhì)量比，混合粉磨至比表面積為 450m2/kg 左右，得到鉛鋅尾礦復(fù)合粉，其需水量比為 98%，28d 活性指數(shù)為 71%。將此種鉛鋅尾礦復(fù)合粉應(yīng)用于混凝土中，混凝土的工作性能和力學(xué)性能都與蘇州望電 Ⅱ 級灰相當(dāng)。

鉛鋅尾礦；混凝土；摻合料

0 前言

近年來，冶金工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了尾礦的大量排放，占用了大量農(nóng)田，其中的重金屬等溶出物還會污染環(huán)境。尾礦的綜合利用，已成為各礦山資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的重要課題之一。而隨著建筑市場的日漸繁榮，水泥混凝土行業(yè)所用骨料資源日趨短缺，許多尾礦被當(dāng)作細(xì)集料應(yīng)用于混凝土中[1-3]。

在諸多尾礦中，鉛鋅尾礦由于礦砂的粒度細(xì)（細(xì)度模數(shù)0.4 左右），含水率高（粘度大，下料困難），難以作為細(xì)集料應(yīng)用于混凝土中[3]。而另一方面，鉛鋅尾礦的主要化學(xué)成分為二氧化硅，其次為氧化鈣和氧化鎂，與普通粉煤灰相似，可考慮將其與其他混合材共同粉磨作為混凝土的摻合料使用。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）鉛鋅尾礦：山東某礦區(qū)，細(xì)度模數(shù) 0.4，含水率15%；（2）入磨石屑：5～10mm碎石，含粉量 5%，CaO 含量49.8%；（3）粉煤灰 1：蘇州望電統(tǒng)灰，45μm 方孔篩篩余59%，燒失量 1.5%；（4）粉煤灰 2：蘇州望電Ⅱ級灰，45μm方孔篩篩余18%，燒失量 1.5%；（5）水泥：金峰 P·O42.5水泥，3d 水泥強度為 28.3MPa；28d 水泥強度為 49.5MPa；（6）礦粉：蘇州馬嘉礦粉，比表面積 403m2/kg，28d 活性指數(shù) 99%；（7）粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.5%；（8）細(xì)骨料：中粗砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量 1.7%；（9）水：市政自來水；（10）減水劑：蘇州弗克 RX-1 型聚羧酸高性能減水劑，減水率 25%。

1.2 試驗方法

在實際生產(chǎn)中，由于鉛鋅尾礦存在著粘度大、下料困難的特點，因而在下料前與石屑按一定比例混合，使單位物料中的含水率降低，同時降低物料的粘度，使下料變得較為順暢。為了提升產(chǎn)品的性能，在入磨物料中還加入了顆粒較粗的等外粉煤灰（即統(tǒng)灰）。

混凝土試驗以 C30 商品混凝土配比為檢驗標(biāo)準(zhǔn)，具體配合比見表 1。測試均按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》及其他相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 物料粉磨試驗

將鉛鋅尾礦、入磨石屑及統(tǒng)灰分別烘干并在試驗?zāi)ブ蟹勰?15min 及 20min 后測試各物料的比表面積。試驗結(jié)果如表2 所示。

表2 各原料在不同粉磨時間下的比表面積

由表 2 試驗數(shù)據(jù)可知，鉛鋅尾礦的易磨性介于粉煤灰及石屑之間，且各物料之間的易磨性差異差距不大，共同粉磨時，單一物料的過粉磨現(xiàn)象不會過于嚴(yán)重。由于鉛鋅尾礦和石屑在入磨前使用裝載機按體積比機械摻合，兩者的物料比例穩(wěn)定性較差，適當(dāng)提高粉煤灰的比例可以緩解這種穩(wěn)定性對最終產(chǎn)品性能造成的影響。經(jīng)過數(shù)次大磨試驗，確定鉛鋅尾礦、石屑和統(tǒng)灰的比例為 3∶3∶4，下文將該復(fù)合粉稱為“鉛鋅尾礦粉”。

2.2 不同細(xì)度鉛鋅尾礦粉的需水量比及活性指數(shù)

將鉛鋅尾礦、石屑和統(tǒng)灰按 3∶3∶4 的質(zhì)量比例在試驗?zāi)ブ蟹勰ブ敛煌谋缺砻娣e，測試產(chǎn)品的需水量比及活性指數(shù)，并與蘇州望電 Ⅱ 級灰的性能指標(biāo)相比，確定合適的粉磨細(xì)度。

表3 不同細(xì)度鉛鋅尾礦粉的需水量比及活性指數(shù)

由表 3 試驗結(jié)果可知，當(dāng)入磨物料的粉磨時間為 15min時，鉛鋅尾礦粉的需水量比和活性指數(shù)都與蘇州望電 Ⅱ 級灰的性能指標(biāo)接近。當(dāng)粉磨時間繼續(xù)增加時，產(chǎn)品的活性指數(shù)有一定的提高，但需水量比上升較快，當(dāng)需水量比較高的粉料在混凝土中使用時，會影響其工作性能，此外，達(dá)到較高的細(xì)度需要消耗較多的能量，且設(shè)備的磨損較大，臺時產(chǎn)量較低。綜合考慮，確定鉛鋅尾礦粉的比表面積在 450m2/kg 左

右。此時，產(chǎn)品的性能較好，生產(chǎn)成本較低。

2.3 鉛鋅尾礦粉在混凝土中的應(yīng)用

在 C30 商品混凝土中分別摻入鉛鋅尾礦粉和Ⅱ級粉煤灰，測試混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力學(xué)性能，考察鉛鋅尾礦粉和 Ⅱ 級粉煤灰的性能差別。具體結(jié)果如表 4 所示。

由表 4 試驗結(jié)果可知，在 C30 商品混凝土中應(yīng)用鉛鋅尾礦粉和 Ⅱ 級粉煤灰在性能上沒有明顯差異，工作性能和力學(xué)性能都相當(dāng)接近。這是由于無論是鉛鋅尾礦粉或是粉煤灰，在 28d 以前都沒有發(fā)生明顯的水化，在混凝土中重點是起著微集料的作用，使混凝土更加密實，同時顆粒較為圓潤的表面可以改善混凝土的工作性能，鉛鋅尾礦粉中的石灰質(zhì)成分在早期還有著一定的促進(jìn)水化的作用。與 Ⅱ 級粉煤灰相比，鉛鋅尾礦粉的制備成本更低，來源更為廣泛，同時可以大批量處理環(huán)境負(fù)荷較大的工業(yè)固體廢棄物，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表4 混凝土摻合料在混凝土中的應(yīng)用

3 結(jié)論

將鉛鋅尾礦、石屑和統(tǒng)灰按照 3∶3∶4 的質(zhì)量比，混合粉磨至比表面積為 450m2/kg 左右，得到鉛鋅尾礦復(fù)合粉的需水量比為 98%，28d 活性指數(shù)為 71%。

將此種鉛鋅尾礦復(fù)合粉應(yīng)用于混凝土中，混凝土的工作性能和力學(xué)性能都與蘇州望電 Ⅱ 級灰相當(dāng)，說明此種鉛鋅尾礦復(fù)合粉有著良好的應(yīng)用前景。

[1] 盧紅．國內(nèi)鉛鋅尾礦回收為建筑材料的應(yīng)用概況[J]．福建建材. 2013(9)：19-20.

[2] 李方賢，陳友治，龍世宗．用鉛鋅尾礦生產(chǎn)加氣混凝土的試驗研究 [J]．西南交通大學(xué)學(xué)報，2008,43(6)：810-815.

[3] 何增沁，郭錫智，李維仁，等．超細(xì)尾礦砂混凝土的研究[J]．大連大學(xué)學(xué)報，1992(3)：101-104.

［通訊地址］江蘇省無錫市大丁佳苑 22-903（214000）

吳堅（1983-）男，助理工程師，從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。