掺活化钼尾矿发泡水泥的制备研究_李峰.pdf

-94-第45卷第6期 非金属矿 Vol.45 No.62022年11月 Non-Metallic Mines November,2022掺活化钼尾矿发泡水泥的制备研究李 峰 崔孝炜*刘 东 狄燕清 王之宇 杨 晋（商洛学院 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000）摘 要 以硅酸盐水泥为主要原料，掺杂活化钼尾矿（AMoT）制备发泡水泥。研究了活化钼尾矿掺量、发泡剂用量、水灰比和纤维用量对样品性能的影响，结果表明，当 AMoT 掺量为 20%，发泡剂用量为 6%，水灰比为 0.55，聚丙烯纤维用量为 0.35%时，发泡水泥样品养护 28 d，抗压强度为 1.68 MPa，气孔率为 32.4%。掺入 AMoT 起到一定填充作用，使气孔有所改善，有利于提高体系强度。关键词 钼尾矿；硅酸盐水泥；发泡水泥；抗压强度；气孔率中图分类号：TQ172.71；TU525 文献标志码：A 文章编号：1000-8098(2022)06-0094-03Research on Preparation of Foamed Cement with Activated Molybdenum Tailings Li Feng Cui Xiaowei*Liu Dong Di Yanqing Wang Zhiyu Yang Jin (Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources,Shangluo University,Shangluo,Shaanxi 726000)Abstract Foaming cement was prepared from silicate cement and activated molybdenum tailings(AMoT).The effects of the content of AMoT,foaming agent,water cement ratio and fiber on the properties of the samples were studied.The results show that when the content of AMoT is 20%,the foaming agent is 6%,the ratio of water to cement is 0.55 and the fiber is 0.35%,the compressive strength and porosity of the foaming cement sample after curing for 28 days is 1.68 MPa and 32.4%,respectively.The addition of AMoT plays a certain filling role and improves the porosity,which is con-ducive to improving the strength of the system.Key words molybdenum tailings;silicate cement;foamed cement;compressive strength;porosity发泡水泥是一种新型无机固化材料，具有环保、节能、耐火、耐高温等特点，可用作外墙保温、防火隔离带等建筑保温材料1-3。普通硅酸盐水泥（PO）是最常用的水泥种类，是由黏土、石灰石和铁矿石等为原材料烧制而成的水泥熟料，添加石膏和水泥混合材粉磨而成，广泛应用于混凝土工程中4-6。钼尾矿（MoT）作为工业固体废弃物，其化学成分为 SiO2、Fe2O3、Al2O3、K2O 等，SiO2质量分数接近 80%，对MoT 进行活化处理，其结构及性能会发生较大改变，有利于综合利用研究7-9。本研究以 PO、活化钼尾矿（AMoT）为原料制备发泡水泥，考察了 AMoT 掺量、发泡剂用量、水灰比、聚丙烯纤维用量等因素对发泡水泥样品性能的影响，为尾矿的资源化利用提供参考。1 试验部分1.1 原料 钼尾矿（MoT）取自陕西洛南某尾矿库，其化学成分（w/%）为：SiO2，77.54；Fe2O3，4.73；Al2O3，4.25；K2O，2.48；Na2O，1.34；MgO，1.50；CaO，1.85；TiO2，0.95；MnO2，0.70；P2O5，0.11；SO3，2.86；烧 失 量1.69。钼尾矿 XRD 图谱，见图 1。从图 1 可看出，MoT 含有石英、方解石、白云石、伊利石和绿泥石等成分。图1 MoT的XRD图谱水泥，42.5R 级普通硅酸盐水泥（PO）；发泡剂为H2O2，质量分数为 30%；稳泡剂为硬脂酸钙，掺量为PO 质量的 0.35%；聚羧酸高性能减水剂，掺量为 PO质量的 0.5%；聚丙烯纤维，长度 3 mm。1.2 仪器设备 X Pert Powder PRO 型 X 射线衍射(XRD)仪；YAW-3000 型型微机控制电液伺服压力试验机；TX5300型视频显微镜；JJ-5型水泥胶砂搅拌机。1.3 尾矿活化 将 NaOH 粉末溶于少量水，与 MoT按质量比 15 混合均匀，在 450 煅烧 60 min 得到AMoT10。收稿日期：2022-09-25基金项目：陕西省科技厅项目(2022QFY10-08)；陕西省教育厅重点项目(21JS026)；商洛学院科学与技术研究项目(16SKY032)。*通信作者，E-mail：。10 20 30 40 50 60 70 802/()9008007006005004003002001000强度/(a.u.)石英方解石白云石伊利石绿泥石-95-1.4 发泡水泥样品制备 样品制备试验流程图，见图 2。AMoT 和 PO 总量为 100%，AMoT 掺量为024%，以 PO 为基料，发泡剂掺量为 1%7%，水灰比为 0.30.6，纤维掺量为 0.1%0.4%。将各原料按一定配比置于水泥胶砂搅拌机中充分混合，然后加入一定量自来水搅拌 3 min，接着快速加入发泡剂高速搅拌10 s 得到料浆，再将料浆倒入模具中，待充分发泡后用保鲜膜盖住模具表面，养护 28 d 后得到发泡水泥 样品。图2 发泡水泥样品制备试验流程图2 结果与讨论2.1 不同因素对样品性能的影响2.1.1 AMoT 掺量对发泡水泥样品性能的影响：发泡剂掺量为 6%，水灰比为 0.55，纤维用量为 0.35%，考察 AMoT 掺量对样品性能的影响，结果见图 3。图3 AMoT掺量对样品性能的影响由图 3 可知，AMoT 掺量增加，样品抗压强度先增大后减小，样品的气孔率逐渐增大，增幅相对较小。这是因为 AMoT 活性较高11，掺入后可以加速水泥水化，使得样品抗压强度增大。当 AMoT 掺量增大到一定时，水泥水化产生的 Ca(OH)2量不能满足 AMoT活性反应的需求，造成抗压强度增大到极值后下降。掺入AMoT可使水泥内部微观结构有所改善，随着 AMoT 掺量的增大，气孔率逐渐增加，同时 AMoT起到一定的填充作用，两者相互制约，使得样品气孔率增加幅度较小。因此，确定 AMoT 掺量为 20%。2.1.2 发泡剂掺量对发泡水泥样品性能的影响：AMoT 用量为 20%，水灰比为 0.55，聚丙烯纤维用量为 0.35%，考察发泡剂掺量对样品性能的影响，结果见图 4。图4 发泡剂用量对样品性能的影响由图 4 可知，发泡剂掺量增加，样品抗压强度逐渐降低，气孔率则逐渐增大。这是因为，当发泡剂用量增加时，水泥浆料中产生的气泡增多，其气孔结构遭到破坏，单位体积浆料中的胶凝物质（AMoT 和PO）量减少，导致抗压强度减小。因此，确定发泡剂用量为 6%。2.1.3 水灰比对发泡水泥样品性能的影响：AMoT 掺量为 20%，发泡剂掺量为 6%，纤维掺量为 0.35%，考察水灰比对样品性能的影响，结果见图 5。图5 水灰比对样品性能的影响由图 5 可知，水灰比增大，样品抗压强度降低，气孔率增大。这是因为，水灰比增大使得浆料中水量增加，流动性变大，导致抗压强度减小；同时，水灰比增大使得浆料中气泡所受压力减少，气孔增大，气孔率随之增大。因此，确定水灰比为 0.55。2.1.4 聚丙烯纤维掺量对发泡水泥样品性能的影响：AMoT用量为20%，发泡剂掺量为6%，水灰比为0.55，考察纤维用量对样品性能的影响，结果见图 6。图6 纤维用量对样品性能的影响由图 6 可知，纤维用量增加，抗压强度先增大后减小，气孔率则呈现相反的变化规律。这是因为，搅拌使得纤维（三维网状结构）在浆料中随机分布，增强了浆料的均匀性，且纤维能改善气孔结构，减少裂 掺活化钼尾矿发泡水泥的制备研究李 峰，崔孝炜，刘 东，等-96-第45卷第6期 非金属矿 2022年11月纹产生，增加抗压强度，降低气孔率。当纤维用量为0.40%时，纤维在浆料中发生团聚，造成样品强度下降，气孔率增加。因此，纤维用量确定为 0.35%。综上所述，发泡水泥样品制备的最佳条件为：AMoT掺量为20%，发泡剂掺量为6%，水灰比为0.55，纤维掺量为 0.35%。此条件下，发泡水泥抗压强度为1.68 MPa，气孔率为 32.4%。2.2 发泡水泥样品 XRD 分析 最优条件下制备的发泡水泥样品 XRD 图，见图 7。图7 样品的XRD图谱从图 7 可看出，发泡水泥中有钙矾石（AFt）、氢氧化钙、水化铝酸钙（C-A-H）、水化硅酸钙（C-S-H）生成，反应式见下式。Al2O32SiO2+nH2O+6Ca(OH)24CaOAl2O3m H2O(C-A-H)+2CaOSiO2 yH2O(C-S-H)同时，样品中有沸石相产生，表明 AMoT 中 SiO2在碱性条件下与 PO 水化产物发生了反应，掺入AMoT 可促进水化反应。2.3 发泡水泥样品微观形貌 未掺 AMoT 和掺入20%AMoT 条件下制备的样品微观形貌图，见图 8。a-未掺AMoT；b-掺20%AMoT 图8 样品微观形貌从图 8 可看出，掺入 AMoT 制备的样品气泡分布更加均匀，孔径也较小。这是因为，掺入的 AMoT活性较高，比表面积较大，使反应接触面积增大，有利于稳定生成气泡。此外，AMoT 颗粒较小，可起到一定填充作用，使气孔有所改善，有利于提高体系强度。3 结论1.发泡水泥制备的最佳条件为：AMoT 掺量为20%，发泡剂掺量为 6%，水灰比为 0.55，聚丙烯纤维掺量为 0.35%。此条件下，制备的发泡水泥 28 d 抗压强度为 1.68 MPa，气孔率为 32.4%。2.掺入 AMoT 可使发泡水泥中气泡分布更加均匀，孔径更小。AMoT 起到一定填充作用，使气孔有所改善，有利于提高体系强度。参考文献：1 王之宇，郭家林，李建涛，等.环境温度对发泡水泥现浇制备工艺的影响 J.非金属矿，2021，44(4)：50-52，57.2 狄燕清，崔孝炜，李春，等.掺钼尾矿发泡水泥保温材料的制备 J.新型建筑材料，2016，43(4)：10-13.3 易龙生，吴倩，米宏成，等.利用铁尾矿制备发泡水泥 J.非金属矿，2021，44(1)：1-4.4 张忠飞，陈平，赵艳荣，等.不同 C4AF 含量高铁低钙硅酸盐水泥性能研究 J.非金属矿，2021，44(4)：44-46，49.5 TAN Y N,CHEN W J,LIU Y,et al.Preparation of tricalcium silicate and investigation of hydrated cementJ.Journal of Central South Uni-versity,2020,27(11):3227-3238.6 宋飞，秦宏钢，韩辉，等.-Al2O3优化硅酸盐水泥力学性能的作用机理研究 J.非金属矿，2021，44(3)：42-45.7 李峰，崔孝炜，刘璇，等.钼尾矿在建筑材料中的二次利用研究进展J.矿产综合利用，2021(3)：132-139.8 李峰，王宏，周春生，等.钼尾矿制备陶瓷透水砖的研究 J.非金属矿，2020，43(1)：33-36.9 李峰，崔孝炜，胡哲哲，等.钼尾矿制备胶结充填材料的研究 J.非金属矿，2021，44(6)：49-52.10 李峰，崔孝炜，刘璇，等.低活性钼尾矿的活化工艺研究 J.非金属矿，2021，44(3)：72-75.11 李峰，崔孝炜，刘璇，等.活化钼尾矿制备地聚物胶凝材料的研究J.非金属矿，2021，44(1)：96-99.10 20 30 40 50 60 70 802/()1 0008006004002000强度/(a.u.)SiO2C-A-HCa(OH)2AFtC S3沸石CaCO3C S2C-S-H