曾興華，黃高明，吳炎平，張?zhí)K伊，劉瀾濤

（江西省建筑材料工業(yè)科學研究設計院，江西 南昌 330001）

0 引言

隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護的日益重視，天然資源如河砂等開采受到限制，原材料資源的有效供應成為制約企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。銅尾礦是江西選礦工業(yè)的主要廢渣，占工業(yè)廢渣的排放比重很大，銅尾礦資源化利用可降低企業(yè)環(huán)保投資成本，保護生態(tài)環(huán)境，經(jīng)濟、環(huán)境效益顯著。

在銅尾礦資源化利用研究方面，目前有文獻報導關于利用銅尾礦生產(chǎn)水泥、蒸壓加氣混凝土制品等[1-2]。但這些研究基本上處于試驗研究階段，未進行工業(yè)化生產(chǎn)應用。蒸壓加氣混凝土制品是新型墻體材料的主導材料之一，硅質原料占其生產(chǎn)原料總量的65%以上，將銅尾礦開發(fā)成蒸壓加氣混凝土制品專用硅質原料，可大量消納銅尾礦，實現(xiàn)其資源化利用，且江西大部分銅尾礦中SiO2含量在70%左右，取代天然硅質原料具有技術可行性。本文研究了銅尾礦磨細加工活化技術，配比優(yōu)化及蒸壓養(yǎng)護工藝制度優(yōu)化，根據(jù)實驗室研究成果，進行了工業(yè)化中試生產(chǎn)，在銅尾礦取代天然砂60%時，制備出了A3.5B06級蒸壓加氣混凝土砌塊，產(chǎn)品的放射性、浸出毒性等安全性指標合格。

1 試驗

1.1 主要原材料

（1）銅尾礦：江西九江某銅選礦廠，主要化學成分見表1。

表1 原材料的主要化學成分 %

（2）生石灰：江西樂平市，塊狀生石灰經(jīng)球磨機粉磨20 min，0.08 mm篩篩余19.7%，消化速度為7 min，消化溫度為72℃，有效鈣含量為86.5%，主要化學成分見表1。

（3）水泥：江西萬年青水泥股份有限公司產(chǎn)P·O42.5水泥，其物理力學性能見表2。

表2 水泥的主要技術性能

（4）鋁粉膏：采用某蒸壓加氣混凝土砌塊生產(chǎn)企業(yè)提供的蒸壓加氣混凝土制品生產(chǎn)專用鋁粉膏。

（5）脫脂劑：鋁粉膏脫脂劑，為工業(yè)純。

（6）河砂：主要化學成分見表1。

（7）石膏：脫硫石膏，其化學成分見表1。

1.2 主要試驗方法

（1）實驗室銅尾礦加氣混凝土制作：將按照配比攪拌好的料漿倒入100 mm×100 mm×100 mm鐵模具中，然后放在（60±2）℃的烘箱靜停2～3 h。坯體獲得一定的強度時，去掉多余的包頭，拆模，放入蒸壓釜（198℃，1.2 MPa）進行養(yǎng)護。

（2）銅尾礦渣蒸壓加氣混凝土砌塊試驗方法：按照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土的性能試驗方法》進行。

（3）蒸壓制度：在實驗室用小型蒸壓釜進行蒸壓養(yǎng)護，按照試驗方案設計的蒸壓制度進行，工業(yè)化中試生產(chǎn)蒸壓養(yǎng)護在企業(yè)進行。

（4）浸出毒性：按照HJ781—2016《固體廢物22種金屬元素的測定 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》進行。

2 試驗結果及討論

2.1 銅尾礦取代率對蒸壓加氣混凝土砌塊性能的影響

試驗研究了銅尾礦取代天然砂比例對蒸壓加氣混凝土砌塊主要性能（干密度、立方體抗壓強度）的影響規(guī)律，并以強度密度比（σ/ρ）來表征其變化規(guī)律。按照GB 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》標準規(guī)定的A3.5B06產(chǎn)品等級來設計試驗配比，膠凝材料水泥和石灰用量分別為10%和18%，石膏4%，鋁粉膏0.08%（下同）。所用的銅尾礦為粉磨10 min時的樣品，細度在45%左右（0.075 mm篩篩余），銅尾礦取代率分別為0、40%、60%、80%、100%，水料比為0.60。銅尾礦取代率對蒸壓加氣混凝土強度密度比的影響見表3。

表3 銅尾礦取代率對蒸壓加氣混凝土強度密度比的影響

由表3可知，隨著銅尾礦取代率從40%增加到100%，制備的蒸壓加氣混凝土砌塊強度密度比（σ/ρ）逐漸降低。當銅尾礦取代率為60%時，與純天然砂組相比，σ/ρ值由0.66降低到0.50，降低了24.2%；當取代率為100%時，σ/ρ值降低了48.5%。由于銅尾礦中SiO2含量比天然砂低，影響水熱合成反應中結晶體托勃莫來石、水榴子石等的生成量，導致砌塊的力學強度降低。為提高銅尾礦的取代率，需采取對銅尾礦粉磨加工、改善蒸壓養(yǎng)護制度等技術措施來提高砌塊的力學性能。

2.2 銅尾礦磨細加工活化技術

用于蒸壓加氣混凝土砌塊中的硅質原料的細度（0.075 mm篩）宜控制在15%左右，通過測試所使用的銅礦浮選尾礦的細度達到80%，需對銅尾礦進行粉磨加工，提高其活性。實驗室采用球磨機對銅尾礦進行粉磨加工，每次粉磨樣品為10 kg，粉磨時間對銅尾礦細度的影響見表4。

表4 粉磨時間對銅尾礦細度的影響

從表4可知，銅尾礦具有易磨性，隨著粉磨時間的延長，銅尾礦的篩余率逐漸降低，在前15min降低尤為顯著；隨后隨著粉磨時間延長，篩余率降低放緩。在粉磨20min時篩余率為17.6%，基本滿足生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊對硅質原料的細度要求，將粉磨時間延長到30min時，篩余率降低到8.3%，綜合粉磨節(jié)能經(jīng)濟性考慮，銅尾礦粉磨的最佳時間為20～25min。

2.3 銅尾礦細度對蒸壓加氣混凝土砌塊性能的影響

對不同粉磨時間（3、15、20、30 min）得到的不同細度銅尾礦進行試驗，研究銅尾礦細度對于蒸壓加氣混凝土砌塊強度密度比的影響。銅尾礦取代天然砂量為60%，水料比為0.60。試驗結果見表5。

表5 銅尾礦粉磨時間對砌塊強度密度比（σ/ρ）的影響

從表5可知，隨著粉磨時間延長，銅尾礦硅質原料越細，σ/ρ值越大。未經(jīng)磨細銅尾礦制備的蒸壓加氣混凝土砌塊的σ/ρ值較低為0.13，當銅尾礦磨細30 min，將細度（0.075 mm篩）降低到8.3%時，制備的蒸壓加氣混凝土砌塊的σ/ρ值提高到0.67。由于銅尾礦在蒸壓加氣混凝土砌塊中主要起到活性反應硅質原料和填料的作用，其細度對于蒸壓加氣混凝土砌塊的性能影響很大，生產(chǎn)中應控制好其細度。

2.4 蒸壓養(yǎng)護制度對蒸壓加氣混凝土砌塊性能的影響

試驗研究了蒸壓制度的恒壓時間（4、6、8、10 h）對砌塊強度密度比（σ/ρ）的影響。銅尾礦取代率為100%，銅尾礦細度為粉磨15 min的試樣，水料比為0.65。試驗結果見表6。

表6 恒壓時間對強度密度比的影響

從表6可知，蒸壓養(yǎng)護恒壓時間從4 h延長到10 h時，銅尾礦蒸壓加氣混凝土砌塊的σ/ρ值從0.45提高到0.66，尤其恒壓時間從4 h延長到6 h時，σ/ρ值提高了24.4%，砌塊抗壓強度提高顯著；當恒壓時間從8 h延長到10 h，砌塊的強度密度比略有提高，此時砌塊強度趨于穩(wěn)定。

2.5 工業(yè)化中試生產(chǎn)

根據(jù)實驗室試驗研究結果，利用銅尾礦硅質原料在蒸壓加氣混凝土制品生產(chǎn)企業(yè)進行了工業(yè)化中試生產(chǎn)。銅尾礦取代天然砂比例為60%，銅尾礦占總質量41%，天然砂占比27%，生石灰占比18%，水泥占比10%，石膏占比4%，鋁粉膏摻量0.08%，水料比為0.63。

此次中試生產(chǎn)共綜合利用了銅尾礦約500（t含水率15%），生產(chǎn)約1500 m3銅尾礦蒸壓加氣混凝土砌塊產(chǎn)品，中試生產(chǎn)的銅尾礦硅質原料蒸壓加氣混凝土砌塊產(chǎn)品外觀顏色與企業(yè)用天然砂生產(chǎn)的產(chǎn)品無差異，產(chǎn)品干體積密度為615 kg/m3，立方體抗壓強度為3.9 MPa，強度密度比（σ/ρ）為0.66，符合GB 11968—2006標準規(guī)定的A3.5B06級合格品要求。主要浸出毒性指標試驗結果見表7。

表7 中試生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土制品浸出毒性mg/L

從表7可知，銅尾礦取代天然硅質材料60%時，制備的蒸壓加氣混凝土砌塊浸出毒性符合HJ781—2016標準要求。

3 結論

（1）銅尾礦中SiO2含量比天然砂低，影響水熱合成反應中結晶體托勃莫來石、水榴子石等生成量，銅尾礦取代天然砂會導致蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強度逐漸降低。需采取對銅尾礦細粉磨、改善蒸壓養(yǎng)護制度等技術措施來提高砌塊的力學性能。

（2）銅尾礦具有易磨性，隨著粉磨時間的延長，銅尾礦的0.075 mm篩篩余率逐漸降低，在前15 min降低尤為顯著；隨后隨著粉磨時間繼續(xù)延長，篩余率降低放緩。銅尾礦粉磨的最佳時間為20～30 min。銅尾礦磨細越細，制備的銅尾礦蒸壓加氣混凝土砌塊強度密度比（σ/ρ）越大，越有利于提高相同密度等級下加氣混凝土砌塊的抗壓強度。

（3）隨著恒壓時間延長，蒸壓加氣混凝土砌塊的σ/ρ增大，恒壓時間從4 h延長到6 h，σ/ρ值增大了24.4%，恒壓時間宜控制在6 h以上。

（4）在實驗室試驗研究成果的基礎上，按照銅尾礦取代天然硅質材料60%的取代比例，進行了工業(yè)化中試生產(chǎn)，生產(chǎn)的銅尾礦硅質原料蒸壓加氣混凝土砌塊的產(chǎn)品強度、干體積密度等性能符合GB 11968—2006標準規(guī)定的A3.5B06級產(chǎn)品標準要求，產(chǎn)品浸出毒性符合HJ781—2016標準規(guī)定。