铅锌尾矿-冶炼渣复合胶凝材料的制备及性能研究

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铅锌尾渣是铅锌工业冶炼过程中产生的工业固废,包括铅锌尾矿及铅锌冶炼渣,随意堆弃会对环境造成污染,同时给企业和政府增加处理成本。铅锌尾渣通过合理处置,可发挥明显的经济效益和环境效益。本文通过机械球磨制得铅锌尾矿和铅锌冶炼渣固废微粉,以微粉和水泥为主要原料,制备复合胶凝材料,对其主要性能进行测试,并通过XRD、SEM、压汞实验等手段,对复合胶凝材料进行微观表征,取得如下研究结论:铅锌尾渣化学及矿物成分分析表明其拌水能够表现出一定的胶凝活性,放射性测试和重金属元素含量测试均符合国家标准,通过对铅锌尾矿及冶炼渣进行易磨性试验,铅锌尾矿球磨时间9min以上,比表面积达到700m2/kg以上、冶炼渣球磨时间90min以上,比表面积为500m2/kg以上时能较好发挥活性,单独使用球磨机进行粉磨效果较好,综合分析其能够作为水泥混合材和混凝土掺合料使用。铅锌尾矿掺量不宜过高,掺量不高于10%的情况下能够配置P·O32.5级水泥,掺量为8%时能够发挥较好活性,此时28d胶砂抗压强度为39.1MPa;单掺冶炼渣胶砂强度随着冶炼渣掺量的增大而降低,掺量在不超过30%的情况下,能够配置P·C42.5级水泥,掺量为20%时28d胶砂抗压强度达到48.7MPa;复掺时胶砂强度与铅锌尾矿-冶炼渣复合比例有关,铅锌尾矿所占比例越大,胶砂强度越低。通过XRD测试表明单掺和复掺所制备的复合胶凝材料7d和28d水化产物矿物组成种类基本一致,均为C-S-H凝胶、Ca(OH)2、AFt等,SEM表明掺入铅锌冶炼渣水化产物生成量较高、晶型较好。压汞实验表明铅锌尾矿能减小胶砂体系孔隙率,但会使胶砂最可几孔径范围增大且使平均孔径增大。在孔径分布方面,会减少无害孔和少害孔比例,增大有害孔比例,但能减少多害孔比例;单掺冶炼渣时,最可几孔径会随着掺入量的增大变小;铅锌尾矿-冶炼渣复掺会提高胶砂最几可孔径、孔隙率和平均孔径大小,同时多害孔明显减少,少害孔明显增多,改善了胶砂体系空间结构密实性,从而使得宏观强度表现良好。铅锌尾矿的掺入能够明显降低胶凝材料水化放热,而冶炼渣掺入会增加胶凝材料体系水化放热。铅锌尾矿单掺时胶砂流动度会随着掺入量的升高而降低,铅锌冶炼渣单掺时时胶砂流动度会随着掺量的升高而升高;复掺时胶砂流动度受两种原料不同作用影响,结果与两者复合比例有关。铅锌尾矿单掺时标准稠度用水量会随掺量增大而升高,铅锌冶炼渣单掺时标准稠度用水量会随掺量增大而降低。铅锌尾矿与冶炼渣单掺均会使初凝时间有所延长,终凝时间部分延长。综上,铅锌尾渣微粉可以作为优质的水泥混合材或混凝土掺合料,一方面可以将固废资源化利用,提高其附加价值,同时该研究能够为此类尾渣工业生产提供技术参考。
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