■黃明夫，甘 璐，施麟蕓 ■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院，江西 南昌 330001

目前，我國產(chǎn)釩企業(yè)排出的釩尾礦渣每年約為40萬噸。除了一小部分釩鐵礦渣為了回收其中的稀有金屬而進(jìn)行了二次開發(fā)利用外，大部分的釩鐵礦渣只能成為工業(yè)廢棄物。釩鐵渣的物性不同于其它固體廢棄物，它無法自然分解也無法通過焚燒來處理。尾渣長期堆放不僅占用大量土地空間而且其中含有的一些有害物質(zhì)，經(jīng)雨水淋洗帶入土壤，破壞當(dāng)?shù)赝恋刂脖唤Y(jié)構(gòu)，給發(fā)展可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)帶來巨大的環(huán)境壓力。因此，如何通過資源綜合利用來解決目前比較嚴(yán)重的釩鐵渣廢棄物現(xiàn)狀，并能給企業(yè)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，帶動市場對于廢棄物二次利用的積極性，亟待我們通過研究充分了解釩鐵渣礦的性能，并進(jìn)行相應(yīng)的資源化利用研究。

1 化學(xué)成分

經(jīng)多次取樣，并按GB/T 176《水泥化學(xué)分析方法》測試，取自江西省新余市的釩鐵礦渣粉化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 釩鐵礦渣粉的化學(xué)成分

從化學(xué)分析結(jié)果看，釩鐵礦渣粉屬高鈣低鋁灰渣。其中CaO含量達(dá)57～60%，高于冶金鋼渣和高爐礦渣，，接近硅酸水泥熟料;SiO2含量為28～30%，而鋼渣中SiO2含量一般在20%以下，高爐礦渣中SiO2含量大于30%;Al2O3含量在2.5%以下，低于鋼渣(5%以下)和高爐礦渣(10%以上);MgO含量為6～10%左右，與鋼渣和高爐礦渣相近。按照鋼渣堿度系數(shù)評定鋼渣活性的辦法;堿度系數(shù)0.78～1.8屬低活性的橄欖石渣，堿度系數(shù)1.8～2.5屬中等活性硅酸二鈣渣，堿度系數(shù)大于2.5屬高活性硅酸三鈣渣。根據(jù)化學(xué)成分分析結(jié)果，釩鐵礦渣粉堿度系數(shù)在1.82～2.07，屬具有中等活性的硅酸二鈣渣。

2 礦物組成

釩鐵礦渣粉經(jīng)X射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明:礦粉E主要礦物組成為:硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、硅酸鈣(CaO·SiO2)、方鎂石(MgO)和少量鈣鋁石榴子石(3CaO·Al2O3·SiO2)、尖晶石(MgO·Al2O3)、鐵橄欖石(CaO·FeO·SiO2)等礦物。

3 顯微結(jié)構(gòu)

由上圖可見，一定顆粒形態(tài)下的釩鐵礦渣粉具有層狀結(jié)構(gòu)，也就解釋了它具有良好的增稠作用的原因，然而當(dāng)破碎到更小粒徑時會破壞顆粒本身的層狀結(jié)構(gòu)，形成層片狀微小顆粒，反而降低了材料的性能。

圖1 礦物摻料E的微觀結(jié)構(gòu)圖

4 物理性能

經(jīng)存放粉化后的釩鐵礦渣粉外觀呈灰白色的粉狀物料，粉料中含有塊狀和粒狀金屬物，經(jīng)篩除回收后，密度為3.06～3.10g/cm3，細(xì)度:45um篩的篩余量高達(dá)63.5%，比較面積在125～142m2/kg，經(jīng)不同時間球磨后的比表面積見表2。

表2 釩鐵礦渣粉不同時間球磨后的比表面積

從表2看出:釩鐵礦渣粉經(jīng)球磨后細(xì)度顯著提高，隨著球磨時間增加細(xì)度增大，在球磨時間10～20min時，細(xì)度比原狀釩鐵礦渣粉提高了4～5倍，隨著球磨時間陸續(xù)增加，細(xì)度增加減緩。從上述試驗結(jié)果表明，釩鐵礦渣粉具有較好的易磨性。

5 礦粉E活性

參照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)中膠砂測試方法。礦粉E摻量占膠凝材料30%，膠凝材料和標(biāo)準(zhǔn)砂按1∶3，水灰比0.5，水泥為P.O42.5級水泥，試驗方法按GB/T1596規(guī)定進(jìn)行，試驗結(jié)果見表3。

表3 礦粉E活性試驗結(jié)果

從表3看出:釩鐵礦渣粉經(jīng)球磨加工后具有較高的活性，尤其早期(3d、7d)活性發(fā)展較快，后期(28d)活性指數(shù)穩(wěn)定在80%以上。隨著釩鐵礦渣粉比表面積增加，活性指數(shù)有些提高，但增加幅度較平緩，當(dāng)比表面積達(dá)975m2/kg時，活性指數(shù)提高幅度較明顯。

6 摻礦粉E水泥體積安定性

參照GB/T1346《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、體積安定性檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實驗采用了沸煮法和壓蒸法分別檢驗摻釩鐵礦渣粉的水泥體積安定性。釩鐵礦渣粉經(jīng)磨細(xì)后比表面積為557m2/kg。

試餅法試件由70%P.O42.5級水泥和30%釩鐵礦渣粉組成，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量125ml。檢驗方法按GB/T1346規(guī)定進(jìn)行。檢驗結(jié)果:水泥試餅的體積安定性符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

壓蒸法試件由70%P.O42.5級水泥和20%釩鐵礦渣粉、10%Ⅱ級粉煤灰組成。檢驗方法按GB/T750規(guī)定進(jìn)行，試件在壓力2.0MPa、濕度215℃壓蒸釜內(nèi)保持3h以上，經(jīng)測試壓蒸膨脹為0.14%，符合普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的壓蒸膨脹率不大于0.50%的規(guī)定。

上述檢驗結(jié)果表明:釩鐵礦渣粉經(jīng)磨細(xì)比表面積在500m2/kg以上，且摻量在20%以下，摻釩鐵礦渣粉水泥體積安定性符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

7 礦粉E的放射性指標(biāo)

試驗依據(jù)GB6566《建筑材料放射性核素限量》標(biāo)準(zhǔn)，用γ譜儀測定了釩鐵礦渣粉放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度，檢測結(jié)果見表4。

表4 礦粉E放射性核素指標(biāo)

表4看出:釩鐵礦渣粉的放射性指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB6566規(guī)定的IRa≤1和Ir≤1的要求。

8 結(jié)論與建議

根據(jù)試驗結(jié)果，取自新余的釩鐵礦渣粉無有害礦物元素、放射性指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。經(jīng)磨細(xì)比表面積在500m2/kg以上的釩鐵礦渣粉具有較好的活性，早期活性表現(xiàn)活躍。釩鐵礦渣粉摻量在20%以下水泥體積安定性符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可作為一般摻合料應(yīng)用于預(yù)拌混凝土及建筑墻體材料等領(lǐng)域中。