铅锌尾矿作为混凝土掺合料的制备研究

2015-12-19吴坚朱孝华

商品混凝土 2015年8期

关键词：石屑铅锌需水量

吴坚，朱孝华

（1. 无锡市湖滨建设工程监测站，江苏无锡 214000；2. 无锡绿城房地产开发有限公司，江苏无锡 214000）

铅锌尾矿作为混凝土掺合料的制备研究

吴坚1，朱孝华2

（1. 无锡市湖滨建设工程监测站，江苏无锡 214000；2. 无锡绿城房地产开发有限公司，江苏无锡 214000）

本文将铅锌尾矿、石屑和统灰按照 3∶3∶4 的质量比，混合粉磨至比表面积为 450m2/kg 左右，得到铅锌尾矿复合粉，其需水量比为 98%，28d 活性指数为 71%。将此种铅锌尾矿复合粉应用于混凝土中，混凝土的工作性能和力学性能都与苏州望电 Ⅱ 级灰相当。

铅锌尾矿；混凝土；掺合料

0 前言

近年来，冶金工业的迅速发展导致了尾矿的大量排放，占用了大量农田，其中的重金属等溶出物还会污染环境。尾矿的综合利用，已成为各矿山资源综合利用和环境保护的重要课题之一。而随着建筑市场的日渐繁荣，水泥混凝土行业所用骨料资源日趋短缺，许多尾矿被当作细集料应用于混凝土中[1-3]。

在诸多尾矿中，铅锌尾矿由于矿砂的粒度细（细度模数0.4 左右），含水率高（粘度大，下料困难），难以作为细集料应用于混凝土中[3]。而另一方面，铅锌尾矿的主要化学成分为二氧化硅，其次为氧化钙和氧化镁，与普通粉煤灰相似，可考虑将其与其他混合材共同粉磨作为混凝土的掺合料使用。

1 试验

1.1 试验原料

（1）铅锌尾矿：山东某矿区，细度模数 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：苏州望电统灰，45μm 方孔筛筛余59%，烧失量 1.5%；（4）粉煤灰 2：苏州望电Ⅱ级灰，45μm方孔筛筛余18%，烧失量 1.5%；（5）水泥：金峰 P·O42.5水泥，3d 水泥强度为 28.3MPa；28d 水泥强度为 49.5MPa；（6）矿粉：苏州马嘉矿粉，比表面积 403m2/kg，28d 活性指数 99%；（7）粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.5%；（8）细骨料：中粗砂，细度模数 2.7，含泥量 1.7%；（9）水：市政自来水；（10）减水剂：苏州弗克 RX-1 型聚羧酸高性能减水剂，减水率 25%。

1.2 试验方法

在实际生产中，由于铅锌尾矿存在着粘度大、下料困难的特点，因而在下料前与石屑按一定比例混合，使单位物料中的含水率降低，同时降低物料的粘度，使下料变得较为顺畅。为了提升产品的性能，在入磨物料中还加入了颗粒较粗的等外粉煤灰（即统灰）。

混凝土试验以 C30 商品混凝土配比为检验标准，具体配合比见表 1。测试均按照国家标准 GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》及其他相关规定执行。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果与讨论

2.1 物料粉磨试验

将铅锌尾矿、入磨石屑及统灰分别烘干并在试验磨中粉磨 15min 及 20min 后测试各物料的比表面积。试验结果如表2 所示。

表2 各原料在不同粉磨时间下的比表面积

由表 2 试验数据可知，铅锌尾矿的易磨性介于粉煤灰及石屑之间，且各物料之间的易磨性差异差距不大，共同粉磨时，单一物料的过粉磨现象不会过于严重。由于铅锌尾矿和石屑在入磨前使用装载机按体积比机械掺合，两者的物料比例稳定性较差，适当提高粉煤灰的比例可以缓解这种稳定性对最终产品性能造成的影响。经过数次大磨试验，确定铅锌尾矿、石屑和统灰的比例为 3∶3∶4，下文将该复合粉称为“铅锌尾矿粉”。

2.2 不同细度铅锌尾矿粉的需水量比及活性指数

将铅锌尾矿、石屑和统灰按 3∶3∶4 的质量比例在试验磨中粉磨至不同的比表面积，测试产品的需水量比及活性指数，并与苏州望电 Ⅱ 级灰的性能指标相比，确定合适的粉磨细度。

表3 不同细度铅锌尾矿粉的需水量比及活性指数

由表 3 试验结果可知，当入磨物料的粉磨时间为 15min时，铅锌尾矿粉的需水量比和活性指数都与苏州望电 Ⅱ 级灰的性能指标接近。当粉磨时间继续增加时，产品的活性指数有一定的提高，但需水量比上升较快，当需水量比较高的粉料在混凝土中使用时，会影响其工作性能，此外，达到较高的细度需要消耗较多的能量，且设备的磨损较大，台时产量较低。综合考虑，确定铅锌尾矿粉的比表面积在 450m2/kg 左

右。此时，产品的性能较好，生产成本较低。

2.3 铅锌尾矿粉在混凝土中的应用

在 C30 商品混凝土中分别掺入铅锌尾矿粉和Ⅱ级粉煤灰，测试混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力学性能，考察铅锌尾矿粉和 Ⅱ 级粉煤灰的性能差别。具体结果如表 4 所示。

由表 4 试验结果可知，在 C30 商品混凝土中应用铅锌尾矿粉和 Ⅱ 级粉煤灰在性能上没有明显差异，工作性能和力学性能都相当接近。这是由于无论是铅锌尾矿粉或是粉煤灰，在 28d 以前都没有发生明显的水化，在混凝土中重点是起着微集料的作用，使混凝土更加密实，同时颗粒较为圆润的表面可以改善混凝土的工作性能，铅锌尾矿粉中的石灰质成分在早期还有着一定的促进水化的作用。与 Ⅱ 级粉煤灰相比，铅锌尾矿粉的制备成本更低，来源更为广泛，同时可以大批量处理环境负荷较大的工业固体废弃物，具有良好的社会效益和经济效益。