制备混凝土用细磨镍冶炼水淬渣的活性.pdf

第5 7 卷第4 期 2005 年1 1 月 有色金属 N O n k n o u sM e t a l s V d ．5 7 ．N o4 N o v e - , n b e r 2005 制备混凝土用细磨镍冶炼水淬渣的活性 陶干强1 ，李清望2 ，杨仕教1 1 ．南华大学建筑3 - 程与资源环境学院，湖南衡阳4 2 1 0 0 1 ；2 ．东北大学，沈阳1 1 0 0 0 4 摘要研究以细磨镍冶炼水淬渣制备低标号混凝土的工艺。结果表明，细磨的镍冶炼水淬渣部分作骨料，部分作胶凝剂制 备低标号混凝土是可行的，可用于路基填充等适宜工程。镍冶炼水淬渣耪活性随磨粉比表面积增加而提高，混凝土强度受锦冶炼 水淬渣粉比表面积、用量及添加剂的影响。碱性氧化物含量低、s - 0 2 含量高的酸性镍冶炼水淬渣，欲获得较高的括性，须磨到足够 大的比表面积和选用适宜的活化剂。 关键词环境工程；镍冶炼水淬渣粉；低标号混凝土；话性 中田分类号X 7 5 8 ；T F S l 5 ；T U 5 2 8 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 4 0 1 1 3 0 4 国内某镍冶炼厂每年排放大量镍冶炼水淬渣， 排渣场已堆放3 0 0 多万t ，占用了大片土地，污染了 环境，尤其是冶金炉渣微细颗粒随风飞扬，对当地居 民的健康构成威胁。随排出量日益增多，现已积渣 为患，对该冶金炉渣的处理和利用，成为当务之急。 细磨的炉渣具有胶凝活性，为综合利用工业废 渣提供了一个发展方向。对冶炼厂的镍冶炼水淬渣 进行深入的研究，探索有效利用废料的新途径，开发 细磨炉渣的新产品，实现废物综合利用、保护环境的 目标。 1实验方法 的工艺可行性，所用料包括水泥、细砂和镍冶炼水淬 渣。水泥，胶结材料水泥选用当地生产的散装4 2 5 普通硅酸盐水泥，经测试性能稳定。细砂是细骨料， 选自当地一选厂尾砂，粒级组成见表1 。镍冶炼水 淬渣，为镍冶炼的副产品，化学成分如表2 所示，在 高温熔融状态下，水淬急冷，形成粒状，少部分可能 由于冷却缓慢，形成块状。自然粒级的炉渣多为粒 状，粒度为0 ～1 0 m m 的约占总量的9 3 ％，呈黑色。 将炉渣在粉碎机上粉碎和分选，制成不同细度的细 磨渣粉。 由表2 数据可以推知，该渣质量系数K 0 ．5 6 ，碱度系数M 0 ．4 6 。因此，试验用渣为酸性 主要研究细磨镍水淬渣用于制备低标号混凝土 渣，属于活性较低的物质。 表1 细砂粒级组成 T a b l e1P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ff i n es a n d 2 主要指标测试 强度指标是影响低标号混凝土的主要参数之 收稿日期2 0 0 4 0 8 1 6 作者简介陶干强 1 9 7 1 一 ．男，湖南宁乡县人，讲师．博士，主要从 事采矿工艺、矿物贽源利用、散体动力学等方面的研究。 一，这里以无侧限抗压强度来考察细磨镍冶炼水淬 渣的含量及比表面积对混凝土性能的影响。一般认 为，当镍冶炼水淬渣细磨至～0 ．0 7 4 r a m 时，才具有 胶凝活性，而 0 ．0 7 4 m m 的物料，则作为混凝土的 粗骨料，试验证实了这一观点。试验设计及参数测 值见表3 ，相关曲线如图1 所示。 万方数据 1 1 4 有色金属第5 7 卷 E ，d 图1 细磨镍冶炼水淬渣混凝土的 强度．时间相关曲线 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e n g t ho fc o n c r e t e m a d ef r o mp u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e l s m e l t i n ga n dt i m e 试验时镍冶炼水淬渣粉磨机分筛出的 0 ．0 7 4 m m 难磨骨料，粒度组成见表4 ，一0 ．0 7 4 m m 镍冶炼 水淬渣是细磨的渣粉。试验物料的比表面积是 3 2 0 1 - i 1 2 ／k g 。 试验结果d B 值稍高于％，这是由于水淬渣起 了骨料作用，其粒径又大于细砂粒径所致，并非镍冶 炼水淬渣起了胶凝作用。随着一0 ．0 7 4 m m 细粒渣 含量的增加，强度明显提高，这说明只有一0 ．0 7 4 m r l l 的细粒渣才有胶凝性。 另外，试验中靠值很低，它虽含有1 0 ％ 一0 ．0 7 4m m 的细渣，但由于无水泥，未显示出胶凝 性。这是因为镍水淬渣成酸性、活性低，必须有相应 的激发剂 活化剂 来激发细磨镍冶炼水淬渣本身的 活性。试验中水泥本身既是胶凝剂，又是活化剂，使 细磨的镍冶炼水淬渣具有胶凝性，从而提高镍冶炼 水淬渣混凝土的强度。 表4 镍冶炼水淬渣 0 ．0 7 4 r a m 的粒级组成 T a b l e 4P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fp u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e ls m e l t i n go v e r0 ．0 7 4 m m 垫堑尘里 丝丝 二坐坐 二型型二塑 苎苎 二 二 型二 塑 占有率／％1 2 ．0 62 74 72 2 ．2 51 8 ．1 51 50 3 41 60 ．8 8 3活化剂选择及反应机理 细磨的镍水淬渣单独与水拌合时并不产生水化 反应，原因是镍冶炼水淬渣中的碱性氧化物含量过 低，提供不了水化所需的C a O H 2 。细磨水淬渣在 C a O H 2 溶液中水化反应明显，尤其在饱和的 c a o H ，溶液中水化反应速度更快。为增加溶液中 的C a O H ，含量和考察不同种类活化剂对反应活 性的不同激发程度，在用 0 ．0 7 4 m m 镍冶炼水淬渣 作骨料的试验中，分别加入石灰 C a O 、石膏 C a S O 。 和普通硅酸盐水泥。成分、配比和试块无 侧限单轴抗压强度见表5 ，相关曲线如图2 所示。 表5 活化剂对细磨镍冶炼水淬渣混凝土活性及强度的影响 T a b l e 5E f f e c to fa c t i v a t o ro na c t i v i t yo fp u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e ls m e l t i n ga n ds t r e n g t ho fc o n c r e t e 万方数据 第4 期陶干强等制各混凝土用细磨镍冶炼水淬渣的活性1 1 5 由于这些添加剂在水中都能生成不同量的C a O H ，，对镍冶炼水淬渣起激发性和促进固结作用。 石灰和水泥均属碱性激发剂，所以对酸性镍冶炼水 淬渣活化作用明显，而酸性的石膏作用则甚微。 C a O H 2 与镍水淬渣中的活性s i O z 和活性 A l 0 3 化台，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。同时， 由于溶液中C a 2 ’离子浓度的增加，又造成了对水化 硅酸钙和水化铝酸钙的过饱和状态，有利于这些水 化产物的成核、生长，再彼此交叉搭接形成结构网， 从而使镍冶炼水淬渣呈现出胶凝性。 试验结果表明，由于所研究的镍冶炼水淬渣活 性氧化物含量过低，当用细磨水淬渣作胶凝剂时，不 宜全部取代水泥，保留的水泥在水化反应中不但本 身有胶凝性，还会产生C a O H ，，有利于早期强度 的形成。试验还表明，用镍冶炼水淬渣代替部分水 泥作胶凝剂使用时，与全用水泥作胶凝剂的试块相 比，强度增加缓慢，即所需“养护”时间长。如图2 中 叩与％相比，4 1 4 低1 5 ％，4 2 8 低2 8 ％。为提高混凝 土的早期强度，可加入适量的早强剂氯化钙 e a C h 。试验中按胶凝剂1 ％加入，其早期强度提 高2 3 ％～3 0 ％。 4 细磨镍冶炼水淬渣胶凝活性影响因 素分析 细磨镍冶炼水淬渣的胶凝活性不仅取决于活化 剂，还受其成分组成、冷却条件及磨矿细度等因素的 影响。 镍冶炼水淬渣的成分。影响镍冶炼水淬渣胶凝 活性的不仅是化学成分，矿物组成尤为重要，胶凝活 性产生于矿物的水化硬化作用。从表2 的化学成分 可知，试验用渣的C a O 含量少，难以形成活性较高 的矿物质 硅酸二钙核硅酸三钙 。 图2 不同活化剂的强度．时间相关曲线 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e n g t hf o r d i f f e r e n ta c t i v a t o ra n dt i m e 冷却条件。冷却条件对炉渣的活性具有决定性 影响。熔融的弃渣，水淬急冷，阻止了矿物结晶，形 成大量的无定形的活性玻璃体结构或微晶结构。同 时，其内部热量来不及散出，贮有较多的化学能，具 有较高的潜在活性。试验用渣的水淬处理工艺比较 理想，近8 0 ％的自然级配渣呈玻璃体结构。 磨矿细度。原炉渣颗粒丑 0 ．0 7 4 m m 的细磨 渣均不具有胶凝活性。只有当研磨得足够细时，胶 结性才表现出来，且活性指数随比表面积增大而增 加。试验发现，镍冶炼水淬渣当比表面积在1 8 0 ～ 4 5 0 I n 2 ／k g 时，具有良好的活性指标。同时，增大比 表面积，水泥或混凝土的早期强度得到提高。 5 结论 1 细磨的镍冶炼水淬渣部分作骨料，部分作胶 凝剂制备低标号混凝土的工艺是可行的，可用于路 基填充等适宜工程，不仅综台利用资源，而且具有较 好的社会效益。 2 碱性氧化物含量低、S i 0 2 含量高的酸性镍 冶炼水淬渣，欲获得较高的活性，须将镍冶炼水淬渣 粉磨到足够大的比表面积和选用适宜的活化剂。 3 由于镍冶炼水淬渣的胶凝作用产生缓慢，若 工程对早期强度要求较高时，可加入早强剂及适当 加大细磨渣的比表面积。 参考文献 [ 1 ] 冯乃谦．高性能混凝土【M ] ．北京中国建筑工业出版社，1 9 9 6 1 2 0 1 2 8 [ 2 ] 袁润章胶凝材料学[ M ] 北京中国建筑工业出版杜，1 9 8 3 9 3 1 0 4 ． 下转第1 3 0 页，C o n t i n u e dO i lP1 3 0 乏 b 万方数据 1 3 0 有色金属第5 7 卷 参考文献 【1 ] 潜伟，孙淑云，韩汝玢．古代砷铜研究综述[ J ] ．文物保护与考古科学，2 0 0 0 ， 2 4 3 [ 2 ] 王奎克．砷的历史在中国[ J ] ．自然科学史研究，1 9 8 2 ， 2 1 1 5 1 2 6 ． [ 3 ] 赵匡华，阮慎康，骆萌．我国金丹术中砷白铜的源流与验证[ J ] ．自然科学研究，1 9 8 3 ， A n a l y s e sO i lA s - c o n t a i n e dS l a gU n e a r t h e df r o mS h a n gD y n a s t yC i t yS i t ei nY u a n q uC o u n t yo fS h a n x iC h i n a L I A N GH o n g - g a n 9 1 ，L IY a h x i a n 9 2 ，S U NS h u - y u n 2 ，T O N GW e i - h u a 3 1 ．C h i n aC u l t u r a l R e l i c I n s t i t u t e ，B e i j i n g1 0 0 0 2 9 ，C h i n a ； 2 ．I n s t i t u t eo ，H i s t o r i c a lM e t u l l u r 9 2 ta n dM a t e r i a l s ，U n i r Ⅻc s i t yo fS c i e n c ea n dT 。c h n d o g yB e i j i n gtB e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a 3 ．A r c h a e o l o g yD e p a r t m e n t ，C h i n aN a t i o n a lM u s e u m ，B e l o i n g1 0 0 0 0 9 ，C h i n a A b s t r a e t As l a gn u g g e tu n e a r t h e df r o mt h eS h a n gD y n a s t yC i t yS i t ei nY u a n q u ，S h a n x io fC h i n ai n1 9 9 3i si n v e a t i g a t e db yp o l a r i z e dl i g h tm i c r o s c o p i ca n a l y s i sa n dS E Ma n a l y s i s ．T h es l a gc o n t a i n sC u A sa l l o yp r i l l s 。c o p p e rO X i d ea n ds i l i c a t e ，c o b a l t n i c k e l o x i d e ，c o b a l ts i l i c a t ea n da r s e n i t e ．T h eA sc o n t e n ti nt h ea l l o yp r i l l si s7 ％～8 ％ i na v e r a g ea n dt h e r ea r eC u 2 A s ，C u 2 Sa n dh i g hA gp h a s ei nt h es l a g ，a n dC u 2 0o rc o p p e rs i l i c a t ea r o u n dt h ea l l o yp r i l l s ．I ti sc o n c l u d e dt h a tt h eC o - A s Op h a s ei sC o A s 0 4o rC o A s C hf r o mt h eS E Ma n a l y s i sr e a u l to f1 1f o r C ot oA si nm o l a rr a t i o ．T h ec o b a l t n i c k e la n di r o n o x i d e ．a n dc o b a l ts i l i c a t ei nt h es l a ga r ef r o mt h ea r s e n i ce l i m i n a t i o no fc o b a l tc o m p o u n d sh yc o m p l e t e l yo x i d i z a t i o na n dc o n s e q u e n t l ys l a g g i n gp r o c e s s ．T h es l a gi st h e r e s i d u a l0 fa r s e n i cc o p p e ra l l o ys m e l t i n gw i t hA S C o N i m i n e r a l s ，a n di n d i c a t e st h ee x i s t e n c eo fa r s e n i cc o p p e r a l l o ys m e l t i n gt e c h n o l o g yb yp u r p o s e l ya d d i n gA s c o n t a i n e dm i n e r a l si nt h em e l t i n go p e r a t i o n ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lh i s t o r y ；a r s e n i cc o p p e r ；a r c h a s o m e t a l l u r g y ；s l a g ；Y u a n q uS h a n gD y n a s t yC i t y S i t e 上接第1 1 5 页，C o n t i n u e df r o mP ．1 1 5 R e a e t i v l t yo fP u l v e r i z e dS l a gf r o mN i c k e lS m e l t i n gf o rC o n c r e t eP r e p a r a t i o n T A OC a n q i a n 9 1 ，L IQ i n g - w a n 9 2 ，Y A N GS h i - f i a 0 1 1 ．N a n h u aU n i v e r s i t y ，H e n g y a n g4 2 1 0 0 1 ，H u n a n ，C h i n a ； 2 ．N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h et e c h n o l o g yo nl o w - g r a d ec o n c r e t ep r e p a r a t i o nw i t hp u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e ls m e l t e ri ss t u d i e d ．I ti s f o u n db yt h er e s u l t st h a tt h e1 0 W g r a d ec o n c r e t ep r e p a r a t i o nw i t ht h ep u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e ls m e l t i n ga s p a r t l ya g g r e g a t ea n dp a r t l ya sg e l a t i n i z i n ga g e n ti sp r a c t i c a la n dt h i sc o n c r e t ec a nb eu s e df o rs t u f f i n go rb u i l d i n g p r o j e c t S ．T h eg e l a t i n i z a t i o ne f f e c to ft h ep u l v e r i z e ds l a go fn i c k e ls m e l t i n gi si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h e s p e c i f i cs u r f a c ea r e a ．a n dt h es t r e n g t ho ft h es l a gc o n c r e t ei sd o m i n a t e db yt h ef i n e n e s sa n dd o s a g eo ft h ep u l v e r i z e ds l a ga n dt h eu s a g eo fa d d i t i v e s ．G r o u n dt of i n ee n o u g hS Ow i t hl a r g es p e c i f i cs u r f a c ea n du s i n ga d e q u a t ea c t i - v a t o ra s et h en e c e s s a r ym e ．B s u r e st og a i nh i g hr e a c t i v i t yf o rp u l v e r i z e ds l a go fn i c k e ls m e l t i n gw i t hl o wc a u s t i cO X - i d ec o n t e n ta n dh i g hS i 0 2 ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；p u l v e r i z e ds l a gf r o mn i c k e ls m e l t i n g ；l o w g r a d ec o n c r e t e ；r e a c t i v i t y n 一 抖 ● ●● 如 ㈨ 万方数据