碱激发碳酸锶废渣胶凝材料

张宏良+王里奥+李晓帆

摘要：本文以碳酸锶废渣为研究对象，采用NaOH、水玻璃、碳酸钾三种碱激发剂，设计正交实验，确定最优组合激发剂的添加量。研究表明：碳酸钾、水玻璃、NaOH的添加量分别为5%、8%、2%时，碳酸锶废渣的激发效果最佳。

关键词：碱激发；碳酸锶废渣；胶凝材料；净浆强度

1引言

碳酸锶在生产过程中会产生大量的废弃物。据资料统计，每生产碳酸锶会产生2 5t废渣，这些废渣不仅会占用大量土地，造成环境污染，同时存在安全隐患，一定程度上也会阻碍矿区的生产和交通。国内外针对碳酸锶废渣的综合利用方式主要有：从废渣中回收氯化锶和硝酸锶、制备高纯碳酸锶、用锶废渣铺路、用锶废渣做水泥材料、改善生产工艺减少锶尾矿废渣的排放量等。用碳酸锶废渣做水泥胶结材料是目前锶渣的主要研究方向。有学者提出，碳酸锶废渣是一种碱性水淬渣，含有高含量的SiO，、AIO和CaO，可以作为一种无机结合料，或者为其他结合料（水泥、石灰等）提供很好的凝结环境。但是作为水泥胶结材料，碳酸锶废渣存在活性不够、强度较低等缺点，无法满足作为水泥胶结材料使用的要求，因此本文尝试添加一定量的碱激发剂来提高碳酸锶废渣的活性。

2实验部分

2.1原材料

本文以碳酸锶废渣为原料，采用NaOH、水玻璃、碳酸钾三种碱激发剂对其进行改性，采用正交设计试验，测试改性后碳酸锶废渣的净浆强度，确定三种激发剂在组合情况下的最佳改性参数。

实验材料：（1）碳酸锶废渣，成分见表l；（2）NaOH；（3）水玻璃（4）碳酸钾。由表1可以看出，碳酸锶废渣中CaO、SiO2：、A1。等含量之和超过30%，说明该废渣具备一定的活性。

2.2实验步骤

采用NaOH、水玻璃、碳酸钾作为激发剂，设计三因素三水平的正交设计试验方案，在不同激发剂及添加量情况下，对碳酸锶废渣和碱激发剂的混合物进行搅拌，搅拌均匀后加纯水混合，水灰比为0.25-0.30，然后倒入20mm×20m m×20m m模具中，在室温下养护ld后脱模。脱模后室温下加水继续养护，7d后测定碳酸锶废渣胶凝材料的净浆强度。

2.3实验配比方案

影响碱激发胶凝材料性能的因素有很多，碱激发剂种类、用量就是两个比较重要的影响因子。本文通过设计正交实验来检验各影响因子的显著性，同时确定了三种激发剂的最佳添加量。见表2，本文选取的N aO H三个水平分别为2%、4%、6%，水玻璃的三个水平分别为5%、10%、l 5%，碳酸钾的三个水平分别为6%、8%、10%。

3实验结果与讨论

测得各实验组试件的7d净浆强度结果见表2。采用软件SPSS对三种激发剂的激发效果进行显著性分析，选取显著性水平0.05，分析结果如下：NaOH、碳酸钾、水玻璃的显著性结果分别为O.30 5、0.003、0.004。由此可见，碳酸钾和水玻璃对碳酸锶废渣的激发效果较为显著，NaOH的激发效果不明显。通过计算三种激发剂在不同添加水平下的碳酸锶废渣的净浆强度的平均值，发现当NaOH的添加量为6%时，净浆强度平均值达到最大1.47MPa：碳酸钾的添加量为8%时，净浆强度平均值达到最大1.98MPa：水玻璃的添加量为5%时，净浆强度平均值达到最大1.93MPa。结合前文显著性分析，由于NaOH对碳酸锶废渣的改性效果不明显，因此，结合经济性考虑，本文认为，当水玻璃、碳酸钾、NaOH的添加量分别为5%、8%、2%时，使得碳酸锶废渣的净浆强度达到最大，此時，组合激发剂的激发效果最佳。

4实验结论

通过正交设计试验，发现碳酸钾对碳酸锶废渣的改性效果要优于水玻璃和NaOH。同时，当碳酸钾、水玻璃和NaOH的掺入量分别为5%、8%、2%时，可以使碳酸锶废渣的7d净浆强度达到最大值，此时，激发效果最好。