粉煤灰加入量對鉬尾礦制備燒結磚性能的影響

王聞單，王 想，趙紅星，文 婭，胡航嘉

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215151)

0 引言

粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，其主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等氧化物。由于粉煤灰密度小，粒度細，導致處理時容易產生大量揚塵，污染環境，同時粉煤灰的大量堆存占用土地資源，影響生態環境[1-2]。因此，采用粉煤灰作為輔料，與鉬尾礦聯合使用制備鉬尾礦燒結磚，以此來解決粉煤灰的堆存問題，為其高效利用提供理論借鑒。粉煤灰中的Al2O3等成分還可彌補鉬尾礦中相應氧化物含量較低等缺陷，達到優化燒結磚性能的目的，進而增強其機械強度、化學穩定性等[3-5]。

燒結磚是以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為原料，經成型、高溫燒制工藝制得，根據使用原料的不同可以分為燒結粘土磚、燒結粉煤灰磚和燒結頁巖磚等[6-7]。本文以鉬尾礦為主要原料，外摻一定量粉煤灰作為鉬尾礦中Al2O3等氧化物的補充，制備粉煤灰燒結磚，探究粉煤灰外摻量對燒結磚性能的影響，為鉬尾礦及該類粉煤灰資源的綜合利用提供思路。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及設備

試驗所用的鉬尾礦取自洛南某尾礦庫，經0.074 mm標準篩篩分、剔除大顆粒后，105 ℃烘干，貯存備用；粉煤灰購買于鄭州某建材公司。兩種原料的化學成分分析結果分別見表1、表2。

表1 鉬尾礦化學成分 %

表2 粉煤灰化學成分 %

由表1可見，該鉬尾礦中SiO2的含量為76.45%，可促進燒結磚骨架的形成，提高產品的機械強度。Fe2O3、Al2O3和CaO的含量分別為4.36%、4.04%和2.87%，Al2O3有助于高溫時燒結磚內部莫來石相的生成，以提高燒結磚的強度[8]。由表2可見，該粉煤灰中SiO2含量為58.23%，Al2O3和Fe2O3的含量分別為24.31%、6.39%，可彌補鉬尾礦中鋁含量、鐵含量的不足，優化燒結磚成分。

試驗所用設備包括：NBD-M1500型馬弗爐、YAW-3000型微機控制電液伺服壓力試驗機。

1.2 試驗步驟

將鉬尾礦與不同質量分數的粉煤灰混合均勻，加入12%的去離子水陳化30 min，放入10 mm×10 mm×50 mm的模具中壓制成型，將得到的濕磚坯放入105 ℃烘箱中烘干10 h。最后，設定燒結溫度為1 050 ℃ ，保溫時間為120 min，燒結后得到燒結磚樣品，探究粉煤灰添加量對燒結磚性能的影響。試驗流程圖見圖1。

圖1 試驗流程圖

2 試驗結果與分析

2.1 機械性能分析

對不同粉煤灰添加量條件下制備的鉬尾礦燒結磚進行抗壓、抗折強度測試，結果見圖2。

圖2 粉煤灰添加量對鉬尾礦燒結磚機械性能的影響

由圖2可見，隨著粉煤灰添加量的增大，鉬尾礦燒結磚的機械性能逐漸增強。當粉煤灰添加量達到6%時，機械性能最優。此時，其抗壓強度為25.87 MPa，抗折強度為12.85 MPa。當粉煤灰添加量超過6%時，機械性能呈逐漸下降趨勢。分析認為隨著粉煤灰添加量的增大，燒結磚中的鋁含量、鐵含量逐漸增大，有助于提高燒結磚的機械性能，抗壓、抗折強度逐漸增大。當粉煤灰添加量達到某一極限值時，燒結磚內部有微裂紋產生，從而影響其機械強度，導致抗壓、抗折強度的下降[9]。

2.2 體積密度分析

圖3為不同粉煤灰添加量對鉬尾礦燒結磚體積密度的影響，可以看出，隨著粉煤灰添加量的不斷增大，鉬尾礦燒結磚的體積密度呈先上升后趨于平緩趨勢。這是由于粉煤灰添加量較低時，燒結磚成分中的鋁含量不足，不能形成致密結構，體積密度較小。當粉煤灰添加量達到6%時，鉬尾礦燒結磚體積密度最大，為1.83 g/cm3。此時，燒結磚內部結構致密，而進一步增加粉煤灰的添加量，燒結磚內部會產生一定的缺陷，使得其體積密度出現略微下降[10]。

圖3 粉煤灰添加量對鉬尾礦燒結磚體積密度的影響

2.3 吸水率分析

對不同粉煤灰添加量條件下制備的鉬尾礦燒結磚進行吸水率分析，結果見圖4。由圖中可以看到，隨著粉煤灰添加量的增大，燒結磚的吸水率呈現先減小后增大的趨勢。當粉煤灰添加量為6%時，鉬尾礦燒結磚吸水率最低，為13.65%。當粉煤灰添加量小于6%時，燒結磚的吸水率逐漸減小，分析認為，適當的粉煤灰加入量有助于改善燒結磚的化學組分，提高鋁含量，使其結構更加致密。當粉煤灰添加量大于6%時，高的粉煤灰添加量使得燒結磚坯體內部產生更多空隙，引起吸水率的增大。

圖4 粉煤灰添加量對鉬尾礦燒結磚吸水率的影響

2.4 燒失重分析

對不同粉煤灰添加量條件下燒制的鉬尾礦燒結磚進行燒失重分析，結果見圖5。

圖5 粉煤灰添加量對鉬尾礦燒結磚燒失重的影響

由圖5可見，當粉煤灰添加量從2%提高到10%時，鉬尾礦燒結磚的燒失重呈先下降后上升的趨勢。當粉煤灰的添加量為6%時，鉬尾礦燒結磚的燒失重最小，為8.17%。隨著粉煤灰添加量的增加，鉬尾礦燒結磚的燒失重逐漸增大，當粉煤灰的添加量為10%時，鉬尾礦燒結磚的燒失重最大，為8.24%。均符合燒結磚的性能要求。由此可見，適宜的粉煤灰添加量有助于改善燒結磚的各項性能指標。最佳粉煤灰添加量為6%，在此條件下制備的燒結磚各項性能最佳。

3 結語

1)以洛南某鉬尾礦為主要原料，加入一定量的粉煤灰為輔料，制備鉬尾礦燒結磚。燒結溫度為1 050 ℃ ，保溫時間為120 min，粉煤灰的最佳添加量為6%。此條件下制備的鉬尾礦燒結磚的抗壓強度為25.87 MPa，抗折強度為12.85 MPa，體積密度為1.83 g/cm3，吸水率為13.65%，燒失重為8.17%，各項指標均達到了建筑用磚的標準。

2)隨著粉煤灰添加量的逐漸增大，燒結磚中的鋁含量、鐵含量逐漸增大，有助于提高燒結磚的性能指標，當粉煤灰添加量達到某一極限值時，燒結磚內部有微裂紋產生，從而使其各項性能受到一定影響。

3)以鉬尾礦為原料，添加粉煤灰制備燒結磚，不僅可以提高燒結磚的各項使用性能，還可為鉬尾礦及粉煤灰資源的高效利用提供新思路、新途徑。