黄金尾矿作复合水泥混合材的试验研究

祝振奇 (亚泰集团丹东交通水泥有限公司，辽宁 丹东 118010)

黄金尾矿是黄金选矿厂在提取黄金金矿后所排放的矿石废料，黄金尾矿中含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等硅酸盐制品的基础物质，另外尾矿粉中也含有较高的NaO、KaO，矿物成份以石英和长石为主。试验表明，黄金尾矿粒度细且较均匀，具有较高的表面能和反应活性，可用作水泥混合材，适量添加可以降低水泥生产成本，改善水泥性能[1-2]。

试验用黄金尾矿作复合硅酸盐水泥混合材，与粉煤灰对调，对其各项指标进行分析，最后确定掺加黄金尾矿的复合硅酸盐水泥的最佳配比方案。

1 原材料化学成分

试验磨制32.5级复合硅酸盐水泥主要原材料的产地及化学成分见表1。

2 试验方法及结果分析

2.1 活性试验

将黄金尾矿粉烘干后，粉磨至比表分别为310±10m2/kg，350±10m2/kg，390±10m2/kg，与P·Ⅰ型水泥按照30%:70%混匀后，按照“GBT12957-2005”标准做抗压强度比试验。试验结果见表2。

由表2可以看出，随着黄金尾矿粉比表面积增加，其标准稠度需水量有上升趋势，其主要原因是黄金尾矿粉比表面积增加，导致混合后的水泥样品比表面积随之增加，需水量增大。凝结时间明显缩短，且3d和28d强度也明显增加，其主要原因也是因为比表面积的增加，加快了水泥水化速度，另外，黄金尾矿粉富含具备潜在活性的可溶性SiO2、AL2O3，随着黄金尾矿粉比表面积的增加，其微集料效应得到了充分发挥；尾矿表面致密层被破坏，增加了活性硅、铝的溶出，与硅酸盐水泥熟料水化析出的Ca(OH)2、石膏中的CaSO4二次反应生成溶解度较低的水化硅酸钙、水化铝酸钙等具有胶凝作用的矿物，起到增加水泥强度的作用[3]。

表1 各种原材料化学成分

表2 黄金尾矿粉不同比表面积抗压比试验

表3 黄金尾矿代替粉煤灰试验配比

表4 黄金尾矿代替粉煤灰试验结果

由活性试验可以看出，黄金尾矿粉具有一定潜在的活性，并随着比表面积增加而增加。

2.2 使用黄金尾矿粉代替粉煤灰

将各种原料烘干后，经破碎机破碎，按一定配比称量，用Φ500mmX500mm标准试验小磨混合粉磨至比表面积350±10m2/kg，测试水泥性能。

黄金尾矿代替粉煤灰试验配比见表3。

黄金尾矿代替粉煤灰试验结果见表4。

由表3可以看出，用黄金尾矿替代粉煤灰，将黄金尾矿与粉煤灰对调，随着黄金尾矿掺量由2%增加到10%，水泥的标准稠度需水量减少，凝结时间缩短，尤其是掺量大于4%以后，凝结时间缩短尤为明显。其主要原因是因为随着尾矿粉的增加，粉煤灰的量逐渐减少，填充于水泥颗粒的空隙中粉煤灰细颗粒也随之减少，水泥颗粒与水之间以及水泥颗粒相互之间的接触面积增大，加快了水化反应的速度[4]。

表5 配比优化前后的水泥配比及各项性能对比

随着黄金尾矿粉的增加，水泥抗折强度和抗压强度都有不同幅度的下降，抗折强度下降趋势较为平缓，抗压强度下降趋势较大。试验TF1—TF5 3d抗压强度较TF0分别下降2.1%、7.0%、10.2%、11.2%、15.0%，28d抗压强度分别下降-0.2%、4.8%、8.0%、15.5%、20.1%。 当黄金尾矿粉掺量小于6%时，水泥3d抗压强度下降幅度较28d抗压强度下降幅度大，当黄金尾矿粉掺量大于6%时，下降幅度则相反。水泥强度下降的主要原因是黄金尾矿粉的活性较粉煤灰活性小；其次，黄金尾矿粉碱含量较大，由于黄金尾矿粉的增加导致水泥中碱含量的增加，碱含量的增加，对水泥的水化、硬化有一系列的影响：增加需水量、加速初期水化、加快凝结和结构的形成、降低强度，特别是后期抗压强度。为了减轻碱含量对水泥的影响，可以适当提高石膏和矿渣的掺量[5]。

3 最佳配比方案

根据试验结果分析，黄金尾矿粉代替部分粉煤灰生产32.5级复合硅酸盐水泥方案是可行的，黄金尾矿粉的掺量在6%。为了使水泥3d强度和28d强度能达到不掺加黄金尾矿的TF0试验的水平，可以采取以下措施：

1)将脱硫石膏掺加量由原来的3%增加到4%，增加硫酸盐对水泥早期强度的激发作用。

2)将石灰石掺量由原来12%减少到9%，增加矿渣的掺量，以减少石灰石对水泥后期强度的影响，增加矿渣对后期强度的激发作用。

3)将比表面积控制值由原来的350±10m2/kg增加到370±10m2/kg。

表5为配比优化前后的水泥配比及各项性能的小磨试验对比。

可以看出，虽然优化后配比较优化前强度仍偏低，但相差甚微，且满足国家标准要求。

4 结语

试验表明黄金尾矿的活性随其比表面积的增加而增加；黄金尾矿用作水泥混合材，在复合水泥中可以代替6%的粉煤灰，且强度变化不大；用黄金尾矿代替粉煤灰可以使水泥需水量明显降低。如果黄金尾矿可以在水泥生产中使用，会有显著的经济效益和社会效益。

[1]徐惠忠.黄金尾矿的工艺技术特性及其在建材中的应用研究[J].非金属矿，1997(03)：39-40.

[2]张国强.黄金尾矿在水泥中的资源化利用研究[D].苏州：苏州大学，2009.57-69.

[3]倪明江，焦有宙，骆仲泱等.金属尾矿作水泥混合材活性试验研究[J].环境科学学报，2007 27(05)：868-872.

[4]于海洋，王玉江.粉煤灰对水泥凝结时间的影响[J].洛阳理工学院学报(自然科学版)，2012 22(04)：7-9.

[5]琉璃河水泥厂，南京化工学院.碱对水泥生产和性能的一些影响[J].硅酸盐学报，19654(03)：175-183.