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利用黄金尾矿生产加气混凝土砌块材料配比分析
编辑时间: 2013-05-22 来源: 本站 作者: admin 浏览次数: 2993 次

郑文新
(宿迁学院 建筑工程系,江苏 宿迁 223800)

  【摘 要】尾矿作为固体废弃物,会带来一系列的经济、环境、安全等问题。目前,对尾矿的利用开发,还处于起步阶段。我国每年产生黄金尾矿2450万t,其利用一般是提取各种金属,减量化作用不明显,年利用率不到7%。利用黄金尾矿生产加气混凝土砌块,是黄金尾矿再利用的有效途径。本文主要从生产加气混凝土砌块主要原材料的组成要求、砌块性能方面做些探讨。
  【关键词】
黄金尾矿;加气混凝土砌块;配合比

1 黄金尾矿利用概况
    尾矿一般作为固体废弃物用尾矿库的方式堆存,全国固体矿产长期以来排放尾矿、废石占地面积1.87~2.47万km2,现有大小尾矿400多万个,金属尾矿堆存超过10亿t,且每年以数亿t递增,其中铁矿1.3亿t,有色金属矿1.4亿t,黄金尾矿2450万t。不仅占用大量土地,浪费矿产资源,严重影响生态环境,每年处理费用高达300亿元以上,并且易造成安全隐患,如2008年9月8日山西襄汾尾矿库溃坝事故,该县新塔矿业有限公司塔儿山铁矿的一座尾矿库于发生溃坝事故,倾泄出来的共26.8万m2的带矿渣的泥水波及下游500米处的矿区办公室、集贸市场与民宅等,造成254人死亡。因此,尾矿利用是一个非常迫切而且具有综合效益的课题。
    目前,尾矿利用存在的问题主要是综合利用率低、国家扶持力度不足、资源与环境意识不高等。本文探讨以黄金为矿为主要原料,生产加气混凝土砌块,对不同的的原料配合比对产品性能影响等进行了分析,以推动对尾矿的资源利用。
2 生产加气混凝土砌块原料
2.1 生产原理
    综合利用黄金、陶瓷和微纳米钙类无机粉体生产过程中产生的金矿尾矿、瓷土尾矿(废瓷土粗料)和低品位石灰石等工业废渣生产加气混凝土砌块,主要是根据尾矿的特点,采用活化剂DH1预活化处理,提高尾矿的硅铝溶出率、激发尾矿的反应活性和分散性;采用活化剂DH2二次活化,进一步提高尾矿的反应活性,促进水热合成反应的充分进行;利用废料及自配专用稳泡剂有效组分,得到尾矿制备加气混凝土的浆料复合稳定剂,同时实现以废治废的目标。
2.2 金矿黄金尾矿砂的主要性能要求
2.2.1  基本性能
    干容重:1750~1820kg/m3;
    细度:-180目占80%;
    样品二氧化硅(SiO2)的含量71.86%,经过适当分选处理把二氧化硅的含量提高到76%。
2.2.2 质量要求
    尾矿砂中的泥土含量应不大于2%。泥黏附在尾矿砂的表面,防碍水泥、石灰与尾矿砂的黏结,降低制品强度,还会加大制品的干缩,降低制品的抗渗性和抗冻性。
2.2.3 有害物质
    尾矿砂中的有害物质主要包括硫化物、硫酸盐、有机物等,能降低制品的强度和耐久性。有些硫化物、硫酸盐、有机物遇高温能产生挥发性气体污染空气。需在利用之前加以解决。
    因此,生产蒸压加气混凝土砌块,应尽可能选用氧化硅含量达到75~90%、有害物质及杂质含量比较低的尾矿砂。
2.3 其他材料
2.3.1 石灰的作用与质量要求
    石灰的成分主要可以分为两部分:一部分是非活性部分;另一部分是从碳酸钙中分解出来呈游离状态的氧化钙,是活性部分。活性氧化钙是能与氧化硅反应的有效成分,称为有效氧化钙(ACaO)。石灰在加气混凝土中的作用主要有以下几个方面:
石灰是生产加气混凝土的主要钙质材料,其主要作用是向加气混凝土提供有效氧化钙,使之在水热条件下与粉煤灰中的SiO2,A12O3化合,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,从而使制品获得强度。
    石灰促使铝粉发气,石灰提高了加气混凝土料浆的碱度,提供了铝粉发气条件,促使铝粉进行发气反应。
石灰提供了有效热量。石灰水化时放出大量的热,1kg氧化钙水化时就可以放出1160kJ热量,其热量大大高于其他胶凝材料。这种大量迅速放热的能力,不仅为提高加气混凝土料浆温度提供了有效的热源,而且可以在坯体硬化阶段使配料升温达80℃~90℃,促使坯体胶凝材料的进一步加速凝结硬化。
    选用有效氧化钙含量高、消化速度中等、消化温度高的新鲜生石灰。一般要求氧化钙含量80%以上,氧化镁含量小于5%;过火石灰不得使用,欠火石灰和受潮石灰要做适当处理。生石灰的细度要求达到规定细度-180目(细度0.08方孔筛筛余量小于15%),以防止坯体达到一定强度后,夹杂着的石灰块熟化而产生膨胀出现爆裂现象。
2.3.2 水泥的质量要求
    加气混凝土生产中所用的水泥材料,对加气混凝土制备影响显著的因素主要有水泥的初凝时间、终凝时间、强度及石膏含量(以SO3  测定值表示)。水泥水化和硬化速度均比石灰慢,但后期水化强度高于石灰。水泥的初凝时间一般为45~90min。在水泥熟料的四种矿物中,C3S是Ca(OH)2的主要提供者,C3A水化反应进行得最快,C3S和C4AF水化也很快,三者决定着水泥的水化、凝结速度和早期强度,因而对加气混凝土料浆的发气、凝结硬化和制品强度都有重要的影响。水泥中混合材的掺量将直接影响到坯体的硬化甚至制品的强度,掺量过多,将影响浇注的稳定和坯体的硬化。水泥中石膏在水泥熟料水化过程中与C3A发生反应,目的是为了调节水泥的凝结时间。水泥初凝时间长,在加气混凝土生产中的表现为料浆放气时坯体还未及时稠化,可能导致坯体下沉1~2cm。水泥终凝时间长,在加气混凝土生产中的表现为坯体长时间不硬化,静停预养时间长。
    一般使用中低标号的普通硅酸盐水泥,不宜使用火山灰水泥和矿渣水泥。
2.3.3 石膏粉的质量要求
    石膏的主要化学成分是硫酸钙(CaSO4),石膏在加气混凝土中作发气过程的调节材料,其作用主要在以下几个方面:
参加水泥的水化反应,调节水泥的凝结时间。石膏在水泥水化的早期起抑制作用,防止水泥发生快凝现象。
    抑制石灰的消化,使其消化时间延长,并降低其最终消化温度。
    参加铝粉的放气反应。当有石膏存在时,同铝粉在与水反应时产生的氢氧化钙作用,生成水化硫铝酸钙。
石膏对水泥水化和石灰消解均有一定的抑制作用。实际经验表明,石膏掺量为钙质材料的2%~5%。石膏掺量过多,浇注稳定性会很差。石膏掺量的多少,还应考虑水泥中石膏的含量(以SO3测定值表示)。一般石膏掺量控制在2.5~3.5%,再调整其它因素,可大大提高浇注稳定性。
    当石膏掺量过多时,混合料浆会出现稠化慢甚至不稠化的现象,而发气仍会进行,最终产生塌模或坯体长时间不硬化现象;当石膏掺量过少时,混合料浆会出现发气快,稠化快,坯体内部气孔贯通,造成产品物理性能差;当石膏掺量适宜时,混合料浆发气速度与稠化速度相一致,易获得好的浇注稳定性,产品合格率高,产品质量稳定。
可用天然石膏或化学石膏,要求CaSO4含量应不小于65%,细度要求达到细度-180目。采用化学石膏应对其杂质加以限制。
2.3.4 铝粉膏的质量要求
    铝粉是目前生产中使用最广泛、最成熟的发气剂。发气剂的主要作用是在料浆中进行化学反应,放出气体形成细小而均匀的气泡,使加气混凝土具有多孔结构达到轻质目的,提高料浆碱度可以有效促使铝粉发气。
    实际使用安全性能比较高的铝粉膏替代铝粉,其中的铝粉细度要求达到细度-180目。
2.3.5 水的质量要求
    按用于伴制混凝土的水质要求(凡能饮用的自来水及清洁的天然水都能用)。
3 产品配合比设计及性能分析
3.1 配合比确定
    因为原材料矿物成分组成的千差万别,每个生产厂家不可能用完全相同的配方,同时也不可能配方一成不变。配方的调整主要依据原材料的变化,当原材料质量波动时,配方应作相应的调整。所以原材料的化验分析检测非常的重要,质量控制的关键是原材料的分析。配方的调整目的有:提高浇注的稳定性,保证高成品率;提高成品的物理性能:抗压强度、抗拉强度、抗折强度、容重、含水率、吸水率、抗冻、干燥收缩值等。
3.2 产品及主要性能
    应根据其浇注稳定性需要和强度需要来合理设计和调整具体的配方配比。一般设计的产品容重越大,其强度越高。结合实际建筑用加气混凝土设计,生产B06、B07级产品较合适。

4 结语
    本文对利用黄金尾矿生产加气混凝土砌块的材料组成、质量要求、配合比等作了简要分析。利用黄金尾矿生产加气混凝土砌块是可行的,产品质量能够达到国家标准,进一步的分析证明,在生产工艺、使用条件、生产成本等方面也是可行的。
尽管加气混凝土砌块向城镇普及虽是大势所趋,但是普及工作还需要一定的过程。应加强这一领域的科研实践,以利于节能材料的推广应用。

                            【参考文献】
[1]福建省建设厅.蒸压加气混凝土砌块应用技术规程[Z].2006.
[2]张仁义.小议加气混凝土砌体的特性及应用前景[J].山西建筑,2009,35(22):175-176.
[3]郑文新.蒸压尾矿加气混凝土砌块应用探讨[J].山西建筑,2010,34(22):114-116.

[责任编辑:杨扬]

 



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