电炉镍铁渣粉对水泥胶砂强度的影响试验研究.docx

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1、电炉银铁渣粉对水泥胶砂强度的影响试验研究摘要：为探究电炉银铁渣细粉粒度和掺量对水泥胶砂强度的影响，以广州某 公司电炉锲铁渣为原料,通过蒸汽动能磨制备4种粒度的电炉锲铁渣细粉，考察 不同粒度和不同掺量的电炉银铁渣细粉对水泥抗压强度的影响。试验结果表明： 在电炉镇铁渣粉掺量一定的情况下，当粒度d50=1225pn时，试样7、28d的抗 压强度急剧增大，粒度d5O=25-38m时的抗压强度急剧减小；而粒度在25m 时，28d强度达到最大为44MPa, 28d活性指数为80%,说明电炉银铁渣在用作 水泥掺和料时，并非粒度越小活性越高，强度越大，而是存在一个最优的掺和粒 度，即d50=25m:由d50=

2、25m电炉银铁渣替代量分别为10%50%的水泥胶砂 强度试验结果可知，随着电炉银铁渣掺量的增加，水泥抗压强度不断降低，经过 热蒸汽粉碎分级后的银铁渣在20%掺量下的水泥胶砂28d抗压强度为49.1MPa, 较前人的研究提高了 8.9MPao引言银铁渣是银铁合金生产中排放的工业固体废料，据统计，全世界每年生产 64万t银铁合金（以含银计算），其中我国约占48%,每吨银产生约14t的炉渣， 我国每年产生约400万t炉渣，而只有不到10%的炉渣得到了有效利用。银铁行 业采用的冶炼技术主要有两种：电炉法和高炉法。电炉法是目前银铁合金生产的 主要方法，高炉法是过去使用较多的方法，而现在只有我国东部某些地

3、区还在使 用。银铁渣分为电炉银铁渣和高炉银铁渣，它们具有不同的化学矿物组成。电炉 银铁渣由Sio2、MgO和Fe2O3等矿物组成，主要是结晶矿物，如顽辉石、镁橄 榄石。高炉银铁渣主要由Sio2、AI2O3和Cao等矿物组成，含有大量的非晶相。 我国排放的银铁渣中MgO质量分数通常大于15%,杨慧芬等对MgO质量分数较 高的银铁渣原料进行了研究，结果表明银铁渣不会因为MgO质量分数过高而影 响其在水泥中的应用，其满足GB/T12957中规定的工业废渣活性指数65%的要 求。近十几年来的研究成果表明，电炉银铁渣可用作喷砂材料、防滑路面材料、 水泥生产中的混合物等。近年来，我国也逐渐重视固体废物的综

4、合利用。通过超 细化、改良活性等方法处理后再利用是实现银铁渣高质化应用的重要方向。邹立 等的镇铁渣处理和应用结果表明，原料经过机械球磨、筛分、陈化等工艺精细研 磨至300500m2kg后，可将其作为掺和料添加至水泥熟料中，按照GB1752007 的要求，其添加量可达8%。段光福的研究表明，具有火山灰活性的高炉银铁渣， 在水泥中掺量可达30%o金川银钻研究设计院在镇铁渣制备水泥混合材料的研究 中指出，当掺量达到25%时，制备的水泥各项指标满足PO32.5水泥标准。刘梁 友等研究了银铁渣单掺水泥对其性能的影响和银铁渣-矿粉复掺对水泥强度的影 响，相比于石灰、水渣，银铁渣是影响水泥抗压强度的最重要因

5、素。以上研究只 是在单一粒度下探讨不同掺量对水泥性能的影响，均未给出银铁渣最优的掺和粒 度和掺和量。目前在对银铁渣粉磨添加至水泥的应用研究中，均采用球磨、机械粉碎后筛 分、陈化等处理方法。林龙沅等通过蒸汽动能磨制备超细粉煤灰的试验研究表明， 该蒸汽动能磨与其他破碎设备相比较,过热蒸汽作为粉碎工质，具有破碎效率高、 能耗低的特点。通过气流粉碎相关设备的数值模拟和试验研究发现，以过热蒸汽 为介质的动能研磨对降低能耗和提高粉碎强度具有非常显著的作用，除了较细的 粒径外，蒸汽磨加工后的产品还具有高纯度、颗粒形状均匀和良好的分散性等特 性。利用机械球磨、筛分银铁渣之后研究了其掺量对水泥力学性质的影响，结

6、果 表明最大掺量为20%能满足水泥基本性能要求，且28d抗压强度为40.2MPao因此，本文以过热蒸汽为动能磨的破碎工质，制备不同粒度的电炉银铁渣细 粉，通过水泥胶砂抗压性能试验，探究不同粒度和不同掺量的电炉银铁渣细粉对 水泥抗压强度的影响。试验1.1 原材料a.本次试验所用银铁渣为广州某公司生产的电炉银铁冶炼渣。铁铁渣中物相 复杂,用X射线荧光光谱仪型号为AXioS-荷兰帕纳科)测得的主要化学组分见表I0 其属于SiO2-MgO-Fe2O3三元渣系，XRD图谱如图1所示。由图1可知，电炉银铁渣主要晶相为镁橄榄石，未见其他不稳定特征峰，说 明电炉银铁渣中MgO是以铁橄榄石形式存在。b.选用PO

7、42.5硅酸盐水泥，水泥的3、7、28d抗压强度分别为27.6、31.3、 54.5MPaoc.试验用砂采用ISO标准砂。d.试验用水为自来水。表I锂铁渣的主要化学组分单位%SiOjMlj(俎5AI2O3Cr2O1脑量分数50.0430.5711.423.361.810.95MnOSO1TiOlK1ON()质量分散0.66OJI0.050.040.03)图I电炉锲铁酒XIm图谱1.2 试验装置与样品制备试验采用过热蒸汽气流粉碎分级系统，如图2所示。电炉银铁渣原料是粒径为3mm的浅灰色颗粒，先经过蒸汽动能磨破碎然后 控制分级机频率得到4种粒度的银渣粉，利用MalvernMS2000激光粒度分析仪

8、 测量银渣粉末粒度，结果如表2所示。蒸汽动能磨粉碎分级后的银铁渣粒度编号 分别为Bl、B2、B3、B4。电炉银铁渣平均粒径d50在水泥砂浆的分散和填充中 具有重要作用，粒径越小在水泥砂浆中分散得就越均匀，后期反应就越充分；因 此,选用d50作为试验的变量研究不同粒度下电炉锲铁渣与水泥胶砂强度的关系。I-螺杆加码机;2维形加料斗;3涡轮分级机4-物料粉碎腔;S-超音速哽就；6袋式败尘器;7引风机“图2过热蒸汽气流给碎分级系统1.3 试验配合比根据GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的规定，以替代水 泥30%、砂1350g、水225g制备不同粒度下的试样，编号为2#5#。为

9、了研究电炉银铁渣粉的替代量对水泥强度的影响，另外设置同种粒度下的 电炉锲铁渣粉替代率分别为10%、20%、25%、35%、40%、45%、50%的试样， 编号为1.4 测试方法a.砂浆制备：根据砂浆规定的配合比，将称量好的水泥和电炉银铁渣细粉加 入搅拌锅内，加水搅拌4min,成型、脱模、水浴后分别养护3、7、28dob.胶砂强度测试：胶砂固化后，用机械测试仪器压缩试样，测出3、7、28d 抗压强度。c.活性指数：分别测定受检试样与对比试样的抗压强度，两种同龄期的抗压强度之比即为活性指数。H28= (RRO) 1OO (1)式中：H28表示活性指数，%； R表示试验胶砂28d抗压强度，MPa；

10、Ro表 示对比胶砂28d抗压强度，MPao试验结果与分析2.1 电炉银铁渣粉粒度与水泥胶砂强度的关系研究不同粒度的电炉银铁渣对水泥复合抗压强度的关系时，采用不同粒度电 炉银铁渣粉以30%等量取代水泥作为掺和料掺入水泥中。当电炉银铁渣粉掺量为30%时,3d的水泥胶砂强度随着粒度的变化不明显； 7、28d水泥胶砂强度在粒度d50=12-25m时，抗压强度急剧增大，在粒度 d50=2538km时抗压强度急剧减小；当电炉银铁渣粒度d50=25rm时，28d抗压 强度最大，为44MPa,说明电炉镇铁渣粉不同粒度对水泥强度有较大影响，粒度 大的电炉银铁渣与水泥之间的空隙率增加，均匀性变差，水泥强度就会降低

11、；粒 度小的电炉银铁渣易与水泥包裹，稠度变大，影响水泥活性，从而使水泥抗压强 度减小。故d50=25m为最优粒度。由图4可知，随着粒度的减小，7d和28d的活性指数有一定提高。电炉银 铁渣粒度d50=25m时的28d活性指数比d50=12m时的28d活性指数高12%, 比d50=48m时的28d活性指数高22%。说明电炉银铁渣在用于水泥掺和时，并 非粒度越小活性指数越高、强度越大。综上分析可知，电炉锲铁渣粉在3d龄期时是一种惰性掺和料，活性小，对 水泥强度影响不明显。7d龄期以后，电炉银铁渣的活性被更大程度地激发，过 热蒸汽能加快激活内部颗粒的活性。2.2 电炉银铁渣粉不同替代量与水泥胶砂强度

12、的关系由电炉银铁渣粉的粒度对水泥强度和活性指数的影响结果可知，d50=25m 的电炉银铁渣水泥强度和活性指数最高，因此选用d50=25m的银铁渣粉分别替 代10%、20%、25%、35%、40%、45%、50%水泥进行了水泥胶砂强度试验研究。随着电炉银铁渣粉掺量的增加，水泥胶砂3、7、28d抗压强度不断下降。这 是由于电炉银铁渣本身属于脆性物质，掺量越高，替代的水泥也就越多，导致水 泥胶砂强度逐渐降低。汪潇在利用机械球磨、筛分镀铁渣后研究不同掺量对水泥 力学性能的影响中指出，最大掺量为20%时能满足水泥基本性能要求，且28d 抗压强度为40.2MPa。而本文的试验结果表明，经过过热蒸汽粉碎分级

13、后的银铁 渣在掺量20%下的水泥胶砂28d抗压强度为49.1MPa0结论a.由不同粒度的电炉银铁渣粉与水泥胶砂强度的关系可知，在电炉锲铁渣粉 掺量一定的情况下，当粒度d50=1225m时，试样7、28d的抗压强度急剧增大， 粒度d50=2538m时的抗压强度急剧减小；而粒度在d50=25m时，28d强度达 到最大，为44MPa,28d活性指数为80%。说明电炉银铁渣在用作水泥掺和料时， 并非粒度越小活性越高、强度越大，而存在一个最优的掺和粒度即d50=25mob.由电炉银铁渣粒度d50=25pm、替代量分别为10%50%的水泥胶砂强度试 验结果可知，随着电炉银铁渣掺量的增加，水泥抗压强度不断降低。本试验经过 热蒸汽粉碎分级后的银铁渣在20%掺量下的水泥性能优于传统机械粉磨的水泥 性能，28d抗压强度为49.1MPa,高于前人的研究结果。