鎢尾礦基復(fù)合摻合料的制備及其性能研究

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)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(chǎn)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(nèi)。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(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)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(zhì)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(fā)劑改善水泥膠砂的活性，使得鎢尾礦復(fù)合摻和料的活性指數(shù)達(dá)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(shù)達(dá)到88.58%的鎢尾礦復(fù)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(yōu)良的復(fù)合摻和料。但目前現(xiàn)有的研究多以復(fù)合摻和料的力學(xué)性能為研究重點，而對復(fù)合摻和料的工作性的研究較少，而工作性比對復(fù)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(fù)合摻合料抗壓強(qiáng)度比及膠砂流動度比的影響，從而確定復(fù)合摻和料最優(yōu)的制備工藝，制備出了性能優(yōu)異鎢尾礦復(fù)合摻和料。

2 研究內(nèi)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(nèi)，經(jīng)篩分后取粒徑大小在0～2.36mm 范圍內(nèi)進(jìn)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(jīng)篩分后取粒徑大小在2.36～5mm范圍內(nèi)進(jìn)行試驗；改性劑：企業(yè)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(shè)計三因素三水平的正交試驗制備復(fù)合摻和料，隨后測定各組摻和料的比表面積，并與基準(zhǔn)水泥按質(zhì)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(qiáng)度比。根據(jù)試驗結(jié)果分析各因素對復(fù)合摻和料性能的影響規(guī)律，從而確定復(fù)合摻合料的最優(yōu)的配比及球磨時間。試驗設(shè)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(fù)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(jī)中球磨混料相應(yīng)的時間而的。

2.4 性能表征

（1）比表面積：復(fù)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(qiáng)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(jié)果與討論

3.1 試驗結(jié)果

測定每組復(fù)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(qiáng)度比，結(jié)果見表3。

表3 正交試驗結(jié)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(fù)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(zhì)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(fù)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(xué)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(qiáng)度的主要因素，但均未產(chǎn)生顯著影響。復(fù)合摻合料的7d、28d 抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度比分別增長了0%和2.6%。

結(jié)合各因素對復(fù)合摻和料比表面積，膠砂流動度比，7d、28d 抗壓強(qiáng)度比的影響規(guī)律，鎢尾礦復(fù)合摻和料最優(yōu)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(jīng)測定此時復(fù)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(qiáng)度比為76%，28d 抗壓強(qiáng)度比為82%。

表5 力學(xué)性能分析

4 結(jié)論

（1）球磨時間對鎢尾礦復(fù)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(yīng)降低；但其對復(fù)合摻和料7d、28d 抗壓強(qiáng)度比影響程度不大。

（2）改性劑和鎢尾礦的摻量對復(fù)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(fù)合摻和料7d、28d 抗壓強(qiáng)度比的主要因素。復(fù)合摻合料的7d、28d 抗壓強(qiáng)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(fù)合摻和料的最優(yōu)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(fù)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(qiáng)度比為76%，28d 抗壓強(qiáng)度比為82%。