鎢尾礦基復合摻合料激發改性劑的設計

江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

1 背景

中國是世界上最大的鎢儲藏國，已探明的鎢儲量約為180 萬t，主要分布在江西（黑鎢礦為主）、湖南（白鎢礦為主）。鎢礦原礦品位一般較低［1］，為0.1%～ 0.7%，導致選礦過程中產生大量尾礦，約占原礦90%以上。全省鎢尾礦的年排放量約690 萬噸［2-3］，其中贛南地區的排出量就達90%以上，大部分未被有效利用，將其置于地表，占用大量土地資源，給環境保護造成巨大壓力。因此把這些鎢尾礦資源化有著重要的現實意義［4-5］。

2 原材料的特性

江西省某鎢尾礦的主要成分分析結果見表1，SEM 形貌分析見圖1。

表1 鎢尾礦化學成分結果 %

從表1 中可見，鎢尾礦主要成分為硅、鋁的氧化物（83.17%二氧化硅、7.50%三氧化二鋁），此兩種氧化物占質量比為90%以上，并含有鈣、鎂、鐵，與傳統建筑材料較為相似。

鎢尾礦的顆粒粒徑處于微米級別，顆粒外形呈不規則狀，可見有納米級別的小孔分布于顆粒表面。

石灰石碎屑的主要成分為CaCO3（96.18%）和MgO（1.78%）。

圖1 鎢尾礦的SEM 形貌特征

3 試驗材料及方法

3.1 試驗材料

復合摻合料：水泥、鎢尾礦、石灰石碎屑、粉煤灰、礦渣粉。

試劑：三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇單異丙醇胺

3.2 試驗方法

將鎢尾礦、石灰石碎屑、激發改性材料按一定的配比，用行星式球磨機在轉速為500r/min 的條件下，共同粉磨6min，然后加入粉煤灰、礦渣粉均化后得到混凝土用鎢尾礦基復合摻合料。

參照 JG/T 486-2015 的標準對復合摻合料的活性指數進行評價。具體的方法為：將攪拌好的膠砂加入40mm×40mm×160mm試模，在振實臺上振實；將試體1 d后拆模，浸入水中，在溫度為20 ℃、濕度為95%的環境中養護；試體養護至28d，按 GB/T 17671 規定分別測定對比膠砂和試驗膠砂的抗壓強度。活性指數按下式計算:

式中:H28為活性指數，單位為%;R 為試驗膠砂 28d 抗壓強度，單位為MPa;R0 為對比膠砂 28d 抗壓強度，單位為MPa。

水泥膠砂具體制備工藝包括:配料-攪拌-裝模-振實-靜置-脫模-養護-測試。

4 鎢尾礦基復合摻合料

4.1 鎢尾礦基復合摻合料組分的設計

將鎢尾礦：石灰石碎屑按比例配好，加入改性激發劑粉磨后，為改善其工作性能和活性指數，加入粉煤灰及礦渣粉。具體比例為鎢尾礦：石灰石碎屑：粉煤灰：礦渣粉為7:1:1:1。

4.2 改性激發劑組分的設計

選用三乙醇胺、三異丙醇胺、二乙醇單異丙醇胺三種醇胺類物質，按三階單純型格子點設計，具體配方見表2 和圖2。

表2 改性激發劑成分組合 %

圖2 改性激發劑組分的單純型格子點設計圖

4.3 試驗結果及分析

鎢尾礦基復合摻合料的物理性能和膠砂活性指數結果見表3 和圖3-圖5。

表3 復合摻合料的物理性能和膠砂活性指數結果 %

圖3 不同改性激發劑復合摻合料的細度結果

圖4 不同改性激發劑復合摻合料的流動度比結果

圖5 不同改性激發劑復合摻合料的活性指數結果

由圖3 和圖4 可見，在摻加改性激發劑的復合摻合料，粉磨6min 情況下細度、流動度比、活性指數較未摻加改性激發劑均有不同程度的改善。而細度、流動度比在使用不同的改性激發劑情況下，區別不大。這說明醇胺類物質對鎢尾礦與石屑的粉磨有一定的助磨效果，并且對復合摻合料也有強度激發作用。

4.4 活性指數單純型格子點回歸方程的建立與結果

單純形格子點設計的回歸方程為三元二次方程，即：

式中：b1、b2、b3、b12、b13、b23為回歸系數；

將活性指數試驗結果y 帶入公式，得到六元一次方程組，解得

對該式再進行規劃求解得：z1=31%，z2=24%，z3=45%時，指標值y 取得最大值85%。因此，改性激發劑的三組分最佳比例應該是三乙醇胺：三異丙醇胺：二乙醇單異丙醇胺為31:24:45。

5 結語

（1）鎢尾礦的主要成分為硅和鋁的氧化物，二者含量高達90%以上，與傳統建筑材料成分極為相近，通過粉磨改性可以用于混凝土中替換粉煤灰或礦渣粉。

（2）醇胺類物質對鎢尾礦和石屑復合摻合料有很好的助磨效果和強度激發作用。不摻改性劑時，細度（45μm 篩余量）為25.8%，活性指數71%。摻加改性劑后，細度平均降低3.5%，活性指數平均提高6%。

（3）通過單純形格子點法設計改性劑，可以確定改性激發劑的三組分最佳比例應該是三乙醇胺：三異丙醇胺：二乙醇單異丙醇胺為31:24:45，此時的理論活性指數最高，為85%。