有色冶炼固废提取稀散金属后的尾渣对水泥易烧性及熟料的影响

徐 强 徐瑞锋 何 舜

江西省建筑材料工业科学研究设计院（330001）

0 引言

我国中部地区的有色金属冶炼企业密集，每年产生的有色冶炼尾矿体量巨大，严重威胁了当地的环境和水源安全。目前，对于尾矿的研究已有许多成果[1-3]，但都局限于尾矿的直接利用。江西华赣瑞林稀贵金属科技有限公司利用尾矿提取稀散有色金属，但仍会产生二次尾渣。尾矿在提炼有色金属过程中会发生一系列物理化学变化，二次尾渣的物化性质、结构和元素组成更加复杂。因此，对于二次尾渣的研究目前鲜有提及。徐强等[4]前期通过理论分析，指出尾渣可以用来煅烧水泥熟料。文章以尾渣替代铁质原料，探索其对水泥烧成的影响，以期实现尾渣的资源化和无害化处理，为绿色发展和生态文明建设提供技术支撑。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

石灰石、页岩、砂岩均取自九江德安万年青水泥厂；尾渣取自江西华赣瑞林稀贵金属科技有限公司。各原料主要化学组成见表1。

表1 试验原材料的化学组成质量分数（%）

1.2 试验方法

将试验原料分别在烘箱中充分干燥去除水分。将干燥的原料分别在试验磨中球磨，直至样品通过80 μm筛的筛余率为（10±1）%。按照表2和表3进行配料，分别在1 350℃、1 400℃和1 450℃对其进行煅烧得到水泥熟料，在熟料中加入5%的脱硫石膏，共同粉磨至比表面积为380 kg/m3后得到试验用水泥。

表2 不同KH条件下各试样率值及配比

表3 不同SM条件下各试样率值及配比

按照GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求，对尾渣进行放射性检测。生料的易烧性按照GB/T 26566—2011《水泥生料易烧性试验方法》进行试验检测。水泥的力学性能按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行试验检测。

2 试验结果分析与讨论

2.1 尾渣的放射性

建材与人们的生活息息相关，甚至每天都会接触到并身处其中，因此，尾渣用来煅烧水泥，不仅需要其基本性能符合煅烧水泥的要求，还需要其满足相应的安全要求。尾渣的放射性结果见表4，检测结果符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》国家标准要求，可以对尾渣进行建材化利用。

表4 尾渣的放射性结果

2.2 尾渣对生料易烧性的影响

由图1可见，随着KH的增加，不同煅烧温度下熟料的f-CaO含量均呈现上升趋势，在较低温度下更为明显。这是因为KH增加，熟料中生成的C3S含量越高，而C3S的生成温度很高，所以KH增加会使f-CaO升高；另一方面，C3S在1 250℃以下会发生分解，在急冷状态下可以在常温下稳定存在，但当煅烧目标温度越低，从煅烧的目标温度到1 250℃的急冷温度区间越小，需要更快的急冷速度才能使C3S稳定存在，对于较低温度煅烧条件而言，室温下冷却可能达不到急冷要求，所以，煅烧温度越低，熟料的使f-CaO越高。

图1 不同温度下KH对水泥易烧性的影响

由图2可见，随着SM的增加，不同煅烧温度下熟料的f-CaO含量均呈现上升趋势。SM增大，则熟料中的硅酸盐矿物增加，但Al2O3和Fe2O3等其可熔性氧化物含量降低，使烧成过程中的液相量减少，致使熟料煅烧困难[5]。煅烧温度在1 450℃时，熟料中的f-CaO含量都较低且随着SM的增加f-CaO含量变化趋势比较平稳，可能是因为煅烧温度较高，煅烧过程中液相量充足，固相反应比较充分。

图2 不同温度下SM对水泥易烧性的影响

2.3 水泥胶砂强度

国家标准GB/T 21372—2008《硅酸盐水泥熟料》规定，熟料f-CaO含量须低于1.5%。考虑到节能以及水泥强度要求，选择编号1（最高煅烧温度1 350℃）以及编号3（最高煅烧温度1 400℃）两组进行力学性能试验。

表6 42.5强度等级水泥各龄期的强度要求

GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》规定的42.5强度等级水泥各龄期的胶砂强度要求见表5。由表5可见，样品1和3的各龄期抗折强度均符合标准。但样品3的抗压强度均达不到标准要求，这可能是由于样品3的KH取值较低，导致熟料中生成的C3S和C2S较少。

表5 熟料磨制水泥的力学性能

3 结论

1）尾矿提取稀散金属后的尾渣放射性符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》国家标准要求，可以用来煅烧水泥熟料。

2）KH和SM越高，熟料的f-CaO含量越高；生料煅烧温度越高，熟料的f-CaO含量越低。

3）掺入尾渣后，样品1各龄期的力学性能均符合相应标准P·I42.5强度等级要求。样品3的抗折强度符合P·I42.5强度等级要求，但抗压强度不符合P·I42.5强度等级要求。