有色冶煉固廢提取稀散金屬后的尾渣對水泥易燒性及熟料的影響

徐 強(qiáng) 徐瑞鋒 何 舜

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院（330001）

0 引言

我國中部地區(qū)的有色金屬冶煉企業(yè)密集，每年產(chǎn)生的有色冶煉尾礦體量巨大，嚴(yán)重威脅了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和水源安全。目前，對于尾礦的研究已有許多成果[1-3]，但都局限于尾礦的直接利用。江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司利用尾礦提取稀散有色金屬，但仍會產(chǎn)生二次尾渣。尾礦在提煉有色金屬過程中會發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，二次尾渣的物化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和元素組成更加復(fù)雜。因此，對于二次尾渣的研究目前鮮有提及。徐強(qiáng)等[4]前期通過理論分析，指出尾渣可以用來煅燒水泥熟料。文章以尾渣替代鐵質(zhì)原料，探索其對水泥燒成的影響，以期實現(xiàn)尾渣的資源化和無害化處理，為綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

石灰石、頁巖、砂巖均取自九江德安萬年青水泥廠；尾渣取自江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司。各原料主要化學(xué)組成見表1。

表1 試驗原材料的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）

1.2 試驗方法

將試驗原料分別在烘箱中充分干燥去除水分。將干燥的原料分別在試驗?zāi)ブ星蚰ィ敝翗悠吠ㄟ^80 μm篩的篩余率為（10±1）%。按照表2和表3進(jìn)行配料，分別在1 350℃、1 400℃和1 450℃對其進(jìn)行煅燒得到水泥熟料，在熟料中加入5%的脫硫石膏，共同粉磨至比表面積為380 kg/m3后得到試驗用水泥。

表2 不同KH條件下各試樣率值及配比

表3 不同SM條件下各試樣率值及配比

按照GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求，對尾渣進(jìn)行放射性檢測。生料的易燒性按照GB/T 26566—2011《水泥生料易燒性試驗方法》進(jìn)行試驗檢測。水泥的力學(xué)性能按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法（ISO法）》進(jìn)行試驗檢測。

2 試驗結(jié)果分析與討論

2.1 尾渣的放射性

建材與人們的生活息息相關(guān)，甚至每天都會接觸到并身處其中，因此，尾渣用來煅燒水泥，不僅需要其基本性能符合煅燒水泥的要求，還需要其滿足相應(yīng)的安全要求。尾渣的放射性結(jié)果見表4，檢測結(jié)果符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》國家標(biāo)準(zhǔn)要求，可以對尾渣進(jìn)行建材化利用。

表4 尾渣的放射性結(jié)果

2.2 尾渣對生料易燒性的影響

由圖1可見，隨著KH的增加，不同煅燒溫度下熟料的f-CaO含量均呈現(xiàn)上升趨勢，在較低溫度下更為明顯。這是因為KH增加，熟料中生成的C3S含量越高，而C3S的生成溫度很高，所以KH增加會使f-CaO升高；另一方面，C3S在1 250℃以下會發(fā)生分解，在急冷狀態(tài)下可以在常溫下穩(wěn)定存在，但當(dāng)煅燒目標(biāo)溫度越低，從煅燒的目標(biāo)溫度到1 250℃的急冷溫度區(qū)間越小，需要更快的急冷速度才能使C3S穩(wěn)定存在，對于較低溫度煅燒條件而言，室溫下冷卻可能達(dá)不到急冷要求，所以，煅燒溫度越低，熟料的使f-CaO越高。

圖1 不同溫度下KH對水泥易燒性的影響

由圖2可見，隨著SM的增加，不同煅燒溫度下熟料的f-CaO含量均呈現(xiàn)上升趨勢。SM增大，則熟料中的硅酸鹽礦物增加，但Al2O3和Fe2O3等其可熔性氧化物含量降低，使燒成過程中的液相量減少，致使熟料煅燒困難[5]。煅燒溫度在1 450℃時，熟料中的f-CaO含量都較低且隨著SM的增加f-CaO含量變化趨勢比較平穩(wěn)，可能是因為煅燒溫度較高，煅燒過程中液相量充足，固相反應(yīng)比較充分。

圖2 不同溫度下SM對水泥易燒性的影響

2.3 水泥膠砂強(qiáng)度

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21372—2008《硅酸鹽水泥熟料》規(guī)定，熟料f-CaO含量須低于1.5%。考慮到節(jié)能以及水泥強(qiáng)度要求，選擇編號1（最高煅燒溫度1 350℃）以及編號3（最高煅燒溫度1 400℃）兩組進(jìn)行力學(xué)性能試驗。

表6 42.5強(qiáng)度等級水泥各齡期的強(qiáng)度要求

GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定的42.5強(qiáng)度等級水泥各齡期的膠砂強(qiáng)度要求見表5。由表5可見，樣品1和3的各齡期抗折強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)。但樣品3的抗壓強(qiáng)度均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，這可能是由于樣品3的KH取值較低，導(dǎo)致熟料中生成的C3S和C2S較少。

表5 熟料磨制水泥的力學(xué)性能

3 結(jié)論

1）尾礦提取稀散金屬后的尾渣放射性符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》國家標(biāo)準(zhǔn)要求，可以用來煅燒水泥熟料。

2）KH和SM越高，熟料的f-CaO含量越高；生料煅燒溫度越高，熟料的f-CaO含量越低。

3）摻入尾渣后，樣品1各齡期的力學(xué)性能均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)P·I42.5強(qiáng)度等級要求。樣品3的抗折強(qiáng)度符合P·I42.5強(qiáng)度等級要求，但抗壓強(qiáng)度不符合P·I42.5強(qiáng)度等級要求。