鉛鋅尾礦作為混凝土摻合料的制備研究

吳堅，朱孝華

（1. 無錫市湖濱建設工程監測站，江蘇 無錫 214000；2. 無錫綠城房地產開發有限公司，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. 無錫市湖濱建設工程監測站，江蘇 無錫 214000；2. 無錫綠城房地產開發有限公司，江蘇 無錫 214000）

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

鉛鋅尾礦；混凝土；摻合料

0 前言

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

在諸多尾礦中，鉛鋅尾礦由于礦砂的粒度細（細度模數0.4 左右），含水率高（粘度大，下料困難），難以作為細集料應用于混凝土中[3]。而另一方面，鉛鋅尾礦的主要化學成分為二氧化硅，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，細度模數 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 99%；（7）粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.5%；（8）細骨料：中粗砂，細度模數 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（即統灰）。

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

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 物料粉磨試驗

將鉛鋅尾礦、入磨石屑及統灰分別烘干并在試驗磨中粉磨 15min 及 20min 后測試各物料的比表面積。試驗結果如表2 所示。

表2 各原料在不同粉磨時間下的比表面積

由表 2 試驗數據可知，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象不會過于嚴重。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，兩者的物料比例穩定性較差，適當提高粉煤灰的比例可以緩解這種穩定性對最終產品性能造成的影響。經過數次大磨試驗，確定鉛鋅尾礦、石屑和統灰的比例為 3∶3∶4，下文將該復合粉稱為“鉛鋅尾礦粉”。

2.2 不同細度鉛鋅尾礦粉的需水量比及活性指數

將鉛鋅尾礦、石屑和統灰按 3∶3∶4 的質量比例在試驗磨中粉磨至不同的比表面積，測試產品的需水量比及活性指數，并與蘇州望電 Ⅱ 級灰的性能指標相比，確定合適的粉磨細度。

表3 不同細度鉛鋅尾礦粉的需水量比及活性指數

由表 3 試驗結果可知，當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都與蘇州望電 Ⅱ 級灰的性能指標接近。當粉磨時間繼續增加時，產品的活性指數有一定的提高，但需水量比上升較快，當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，達到較高的細度需要消耗較多的能量，且設備的磨損較大，臺時產量較低。綜合考慮，確定鉛鋅尾礦粉的比表面積在 450m2/kg 左

右。此時，產品的性能較好，生產成本較低。

2.3 鉛鋅尾礦粉在混凝土中的應用

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性能，考察鉛鋅尾礦粉和 Ⅱ 級粉煤灰的性能差別。具體結果如表 4 所示。

由表 4 試驗結果可知，在 C30 商品混凝土中應用鉛鋅尾礦粉和 Ⅱ 級粉煤灰在性能上沒有明顯差異，工作性能和力學性能都相當接近。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成分在早期還有著一定的促進水化的作用。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境負荷較大的工業固體廢棄物，具有良好的社會效益和經濟效益。

表4 混凝土摻合料在混凝土中的應用

3 結論

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

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

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

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

[3] 何增沁，郭錫智，李維仁，等．超細尾礦砂混凝土的研究[J]．大連大學學報，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與研究。