堿激發(fā)碳酸鍶廢渣膠凝材料

張宏良+王里奧+李曉帆

摘要：本文以碳酸鍶廢渣為研究對(duì)象，采用NaOH、水玻璃、碳酸鉀三種堿激發(fā)劑，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定最優(yōu)組合激發(fā)劑的添加量。研究表明：碳酸鉀、水玻璃、NaOH的添加量分別為5%、8%、2%時(shí)，碳酸鍶廢渣的激發(fā)效果最佳。

關(guān)鍵詞：堿激發(fā)；碳酸鍶廢渣；膠凝材料；凈漿強(qiáng)度

1引言

碳酸鍶在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)碳酸鍶會(huì)產(chǎn)生2 5t廢渣，這些廢渣不僅會(huì)占用大量土地，造成環(huán)境污染，同時(shí)存在安全隱患，一定程度上也會(huì)阻礙礦區(qū)的生產(chǎn)和交通。國(guó)內(nèi)外針對(duì)碳酸鍶廢渣的綜合利用方式主要有：從廢渣中回收氯化鍶和硝酸鍶、制備高純碳酸鍶、用鍶廢渣鋪路、用鍶廢渣做水泥材料、改善生產(chǎn)工藝減少鍶尾礦廢渣的排放量等。用碳酸鍶廢渣做水泥膠結(jié)材料是目前鍶渣的主要研究方向。有學(xué)者提出，碳酸鍶廢渣是一種堿性水淬渣，含有高含量的SiO，、AIO和CaO，可以作為一種無(wú)機(jī)結(jié)合料，或者為其他結(jié)合料（水泥、石灰等）提供很好的凝結(jié)環(huán)境。但是作為水泥膠結(jié)材料，碳酸鍶廢渣存在活性不夠、強(qiáng)度較低等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足作為水泥膠結(jié)材料使用的要求，因此本文嘗試添加一定量的堿激發(fā)劑來(lái)提高碳酸鍶廢渣的活性。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1原材料

本文以碳酸鍶廢渣為原料，采用NaOH、水玻璃、碳酸鉀三種堿激發(fā)劑對(duì)其進(jìn)行改性，采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，測(cè)試改性后碳酸鍶廢渣的凈漿強(qiáng)度，確定三種激發(fā)劑在組合情況下的最佳改性參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)材料：（1）碳酸鍶廢渣，成分見(jiàn)表l；（2）NaOH；（3）水玻璃（4）碳酸鉀。由表1可以看出，碳酸鍶廢渣中CaO、SiO2：、A1。等含量之和超過(guò)30%，說(shuō)明該廢渣具備一定的活性。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

采用NaOH、水玻璃、碳酸鉀作為激發(fā)劑，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，在不同激發(fā)劑及添加量情況下，對(duì)碳酸鍶廢渣和堿激發(fā)劑的混合物進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后加純水混合，水灰比為0.25-0.30，然后倒入20mm×20m m×20m m模具中，在室溫下養(yǎng)護(hù)ld后脫模。脫模后室溫下加水繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，7d后測(cè)定碳酸鍶廢渣膠凝材料的凈漿強(qiáng)度。

2.3實(shí)驗(yàn)配比方案

影響堿激發(fā)膠凝材料性能的因素有很多，堿激發(fā)劑種類、用量就是兩個(gè)比較重要的影響因子。本文通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)各影響因子的顯著性，同時(shí)確定了三種激發(fā)劑的最佳添加量。見(jiàn)表2，本文選取的N aO H三個(gè)水平分別為2%、4%、6%，水玻璃的三個(gè)水平分別為5%、10%、l 5%，碳酸鉀的三個(gè)水平分別為6%、8%、10%。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

測(cè)得各實(shí)驗(yàn)組試件的7d凈漿強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表2。采用軟件SPSS對(duì)三種激發(fā)劑的激發(fā)效果進(jìn)行顯著性分析，選取顯著性水平0.05，分析結(jié)果如下：NaOH、碳酸鉀、水玻璃的顯著性結(jié)果分別為O.30 5、0.003、0.004。由此可見(jiàn)，碳酸鉀和水玻璃對(duì)碳酸鍶廢渣的激發(fā)效果較為顯著，NaOH的激發(fā)效果不明顯。通過(guò)計(jì)算三種激發(fā)劑在不同添加水平下的碳酸鍶廢渣的凈漿強(qiáng)度的平均值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaOH的添加量為6%時(shí)，凈漿強(qiáng)度平均值達(dá)到最大1.47MPa：碳酸鉀的添加量為8%時(shí)，凈漿強(qiáng)度平均值達(dá)到最大1.98MPa：水玻璃的添加量為5%時(shí)，凈漿強(qiáng)度平均值達(dá)到最大1.93MPa。結(jié)合前文顯著性分析，由于NaOH對(duì)碳酸鍶廢渣的改性效果不明顯，因此，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮，本文認(rèn)為，當(dāng)水玻璃、碳酸鉀、NaOH的添加量分別為5%、8%、2%時(shí)，使得碳酸鍶廢渣的凈漿強(qiáng)度達(dá)到最大，此時(shí)，組合激發(fā)劑的激發(fā)效果最佳。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳酸鉀對(duì)碳酸鍶廢渣的改性效果要優(yōu)于水玻璃和NaOH。同時(shí)，當(dāng)碳酸鉀、水玻璃和NaOH的摻入量分別為5%、8%、2%時(shí)，可以使碳酸鍶廢渣的7d凈漿強(qiáng)度達(dá)到最大值，此時(shí)，激發(fā)效果最好。