鎢尾礦基復合摻合料的制備及其性能研究

江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

1 研究背景

鎢礦品位一般較低，為0.1%～0.7%，這使得其在開采及選礦過程中會產生大量尾礦［1］。而目前鎢尾礦的綜合利用率較低，只能堆積在尾礦壩內。鎢尾礦的大量堆積，在占用大量的土地資源的同時，還污染當地的生態環境。利用鎢尾礦制備建筑材料是提高鎢尾礦利用率的有效方式。研究表明鎢尾礦可以代替黏土作為硅質材料制備水泥熟料［2］，也可以作為摻和料直接用于水泥基材料中［3］。

朱剛雄［4］，王海選用CaO 作激發劑改善水泥膠砂的活性，使得鎢尾礦復合摻和料的活性指數達到67.65%。司加保［5］，李琳等通過正交實驗成功制備出活性指數達到88.58%的鎢尾礦復合摻和料。彭康［3］也將鎢尾礦通過合適的激活方式制備出性能優良的復合摻和料。但目前現有的研究多以復合摻和料的力學性能為研究重點，而對復合摻和料的工作性的研究較少，而工作性比對復合摻和料的性能又有著重要的影響。因此本文采用正交試驗的方法研究了球磨時間，鎢尾礦摻量、改性劑摻量對鎢復合摻合料抗壓強度比及膠砂流動度比的影響，從而確定復合摻和料最優的制備工藝，制備出了性能優異鎢尾礦復合摻和料。

2 研究內容：

2.1 試驗原料：

鎢尾礦：實驗所選用的江西贛州某礦廠尾礦壩內，經篩分后取粒徑大小在0～2.36mm 范圍內進行試驗，其主要成分是二氧化硅和三氧化二鋁；石屑：由贛州某公司提供，經篩分后取粒徑大小在2.36～5mm范圍內進行試驗；改性劑：企業自制，由三乙醇胺、三異丙醇安、二乙醇單異丙醇胺按一定比例配置而成；水泥：海螺牌 P·II 52.5 水泥。

2.2 試驗方案

本文以球磨時間、鎢尾礦摻量、改性劑的摻量為三因素，設計三因素三水平的正交試驗制備復合摻和料，隨后測定各組摻和料的比表面積，并與基準水泥按質量比3:7 混合后參照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的石灰石粉》測定其膠砂的流動度比及膠砂試塊7d、28d 抗壓強度比。根據試驗結果分析各因素對復合摻和料性能的影響規律，從而確定復合摻合料的最優的配比及球磨時間。試驗設計及試驗配合比見表1、表2。

表2 正交試驗配比

2.3 樣品制備

復合摻和料由鎢尾礦、石屑及改性劑按表三中的配比加入行星式球磨機中球磨混料相應的時間而的。

2.4 性能表征

（1）比表面積：復合摻和料的比表面積參照GB/T8074《水泥比表面積測定方法 勃氏法》測定比表面積衡量。

（2）水泥膠砂流動度比：參照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的石灰石粉》測定。

（3）水泥膠砂試件抗壓強度比：參照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的石灰石粉》測定。

3 結果與討論

3.1 試驗結果

測定每組復合摻和料的比表面積、膠砂流動度比、和膠砂試件的7d，28d 抗壓強度比，結果見表3。

表3 正交試驗結果

3.2 比表面積及膠砂流動度比分析

由表四可知，三因素對復合摻和料比表面積及膠砂流動度比的影響程度均為：球磨時間＞鎢尾礦與石屑的質量比＞改性劑摻量。其中球磨時間對比表面積及膠砂流動度比的影響較大，將球磨時間從6min增加至8min和10min，復合摻和料的比表面積平均值分別增加了21.1%和40.9%，膠砂流動度比則分別降低了3%和7.9%；鎢尾礦摻量由50%增加至70%和90%，比表面積分別低了3.8%和7.4%，膠砂流動度比分別降幅1%和3%，改性劑摻量從0 分別提高至0.08%和0.16%，比表面積分別增加2.4%和5%，膠砂流動度比分別增加了0%和1%。

表4 比表面積及膠砂流動度比分析

3.3 力學性能分析

由表五可知，改性劑摻量和鎢尾礦摻量是決定材料7d、28d 抗壓強度的主要因素，但均未產生顯著影響。復合摻合料的7d、28d 抗壓強度比均隨改性劑摻量增加而提高，隨鎢尾礦摻量的增加而降低。改性劑摻量從0%提高至0.08%和0.16%，試塊的7d 抗壓強度比分別增長了1.4%和4.3%；鎢尾礦摻量由50%增加至70%和90%，試塊的7d 抗壓強度比分別下降了2.7%和4.1%；球磨時間從6min提升至8min和10min，材料的7d 抗壓強度比均為71%，增長幅度為0%。在28d 時：改性劑摻量從0%提高至0.08%和0.16%，試塊的28d 抗壓強度比分別增長了2.7%和4%；鎢尾礦摻量由50%增加至70%和90%，試塊的28d 抗壓強度比分別下降了1.3%和3.8%；球磨時間從6min提升至8min和10min，材料的28d抗壓強度比分別增長了0%和2.6%。

結合各因素對復合摻和料比表面積，膠砂流動度比，7d、28d 抗壓強度比的影響規律，鎢尾礦復合摻和料最優的配比為鎢尾礦摻量50%，石屑摻量50%，改性劑摻量0.16%，最佳的球磨時間為6min。經測定此時復合摻和料的比表面積為585.2kg/m2，膠砂流動度比為103%，7d 抗壓強度比為76%，28d 抗壓強度比為82%。

表5 力學性能分析

4 結論

（1）球磨時間對鎢尾礦復合摻和料的比表面積、膠砂流動度比影響最大，球磨時間越長材料的比表面積越大，膠砂流動度比也相應降低；但其對復合摻和料7d、28d 抗壓強度比影響程度不大。

（2）改性劑和鎢尾礦的摻量對復合摻和料的比表面積、膠砂流動度比影響程度不大，但卻是影響復合摻和料7d、28d 抗壓強度比的主要因素。復合摻合料的7d、28d 抗壓強度比均隨改性劑摻量增加而提高，隨鎢尾礦摻量的增加而降低。

（3）復合摻和料的最優配合比為鎢尾礦摻量50%，石屑摻量50%，改性劑摻量0.16%，此時復合摻和料的比表面積為585.2m2/kg，膠砂流動度比為103%，7d 抗壓強度比為76%，28d 抗壓強度比為82%。