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 徐瑞鋒 何 舜

江西省建筑材料工業科學研究設計院（330001）

0 引言

我國中部地區的有色金屬冶煉企業密集，每年產生的有色冶煉尾礦體量巨大，嚴重威脅了當地的環境和水源安全。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，但仍會產生二次尾渣。尾礦在提煉有色金屬過程中會發生一系列物理化學變化，二次尾渣的物化性質、結構和元素組成更加復雜。因此，對于二次尾渣的研究目前鮮有提及。徐強等[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原料，探索其對水泥燒成的影響，以期實現尾渣的資源化和無害化處理，為綠色發展和生態文明建設提供技術支撐。

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。各原料主要化學組成見表1。

表1 試驗原材料的化學組成質量分數（%）

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磨中球磨，直至樣品通過80 μm篩的篩余率為（10±1）%。按照表2和表3進行配料，分別在1 350℃、1 400℃和1 450℃對其進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》進行試驗檢測。水泥的力學性能按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行試驗檢測。

2 試驗結果分析與討論

2.1 尾渣的放射性

建材與人們的生活息息相關，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，還需要其滿足相應的安全要求。尾渣的放射性結果見表4，檢測結果符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》國家標準要求，可以對尾渣進行建材化利用。

表4 尾渣的放射性結果

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℃以下會發生分解，在急冷狀態下可以在常溫下穩定存在，但當煅燒目標溫度越低，從煅燒的目標溫度到1 250℃的急冷溫度區間越小，需要更快的急冷速度才能使C3S穩定存在，對于較低溫度煅燒條件而言，室溫下冷卻可能達不到急冷要求，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，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 水泥膠砂強度

國家標準GB/T 21372—2008《硅酸鹽水泥熟料》規定，熟料f-CaO含量須低于1.5%。考慮到節能以及水泥強度要求，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℃）兩組進行力學性能試驗。

表6 42.5強度等級水泥各齡期的強度要求

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

表5 熟料磨制水泥的力學性能

3 結論

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》國家標準要求，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各齡期的力學性能均符合相應標準P·I42.5強度等級要求。樣品3的抗折強度符合P·I42.5強度等級要求，但抗壓強度不符合P·I42.5強度等級要求。