钨尾矿基复合掺合料的制备及其性能研究

江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001

1 研究背景

钨矿品位一般较低，为0.1%～0.7%，这使得其在开采及选矿过程中会产生大量尾矿［1］。而目前钨尾矿的综合利用率较低，只能堆积在尾矿坝内。钨尾矿的大量堆积，在占用大量的土地资源的同时，还污染当地的生态环境。利用钨尾矿制备建筑材料是提高钨尾矿利用率的有效方式。研究表明钨尾矿可以代替黏土作为硅质材料制备水泥熟料［2］，也可以作为掺和料直接用于水泥基材料中［3］。

朱刚雄［4］，王海选用CaO 作激发剂改善水泥胶砂的活性，使得钨尾矿复合掺和料的活性指数达到67.65%。司加保［5］，李琳等通过正交实验成功制备出活性指数达到88.58%的钨尾矿复合掺和料。彭康［3］也将钨尾矿通过合适的激活方式制备出性能优良的复合掺和料。但目前现有的研究多以复合掺和料的力学性能为研究重点，而对复合掺和料的工作性的研究较少，而工作性比对复合掺和料的性能又有着重要的影响。因此本文采用正交试验的方法研究了球磨时间，钨尾矿掺量、改性剂掺量对钨复合掺合料抗压强度比及胶砂流动度比的影响，从而确定复合掺和料最优的制备工艺，制备出了性能优异钨尾矿复合掺和料。

2 研究内容：

2.1 试验原料：

钨尾矿：实验所选用的江西赣州某矿厂尾矿坝内，经筛分后取粒径大小在0～2.36mm 范围内进行试验，其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝；石屑：由赣州某公司提供，经筛分后取粒径大小在2.36～5mm范围内进行试验；改性剂：企业自制，由三乙醇胺、三异丙醇安、二乙醇单异丙醇胺按一定比例配置而成；水泥：海螺牌 P·II 52.5 水泥。

2.2 试验方案

本文以球磨时间、钨尾矿掺量、改性剂的掺量为三因素，设计三因素三水平的正交试验制备复合掺和料，随后测定各组掺和料的比表面积，并与基准水泥按质量比3:7 混合后参照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》测定其胶砂的流动度比及胶砂试块7d、28d 抗压强度比。根据试验结果分析各因素对复合掺和料性能的影响规律，从而确定复合掺合料的最优的配比及球磨时间。试验设计及试验配合比见表1、表2。

表2 正交试验配比

2.3 样品制备

复合掺和料由钨尾矿、石屑及改性剂按表三中的配比加入行星式球磨机中球磨混料相应的时间而的。

2.4 性能表征

（1）比表面积：复合掺和料的比表面积参照GB/T8074《水泥比表面积测定方法 勃氏法》测定比表面积衡量。

（2）水泥胶砂流动度比：参照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》测定。

（3）水泥胶砂试件抗压强度比：参照GB/T 35164-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》测定。

3 结果与讨论

3.1 试验结果

测定每组复合掺和料的比表面积、胶砂流动度比、和胶砂试件的7d，28d 抗压强度比，结果见表3。

表3 正交试验结果

3.2 比表面积及胶砂流动度比分析

由表四可知，三因素对复合掺和料比表面积及胶砂流动度比的影响程度均为：球磨时间＞钨尾矿与石屑的质量比＞改性剂掺量。其中球磨时间对比表面积及胶砂流动度比的影响较大，将球磨时间从6min增加至8min和10min，复合掺和料的比表面积平均值分别增加了21.1%和40.9%，胶砂流动度比则分别降低了3%和7.9%；钨尾矿掺量由50%增加至70%和90%，比表面积分别低了3.8%和7.4%，胶砂流动度比分别降幅1%和3%，改性剂掺量从0 分别提高至0.08%和0.16%，比表面积分别增加2.4%和5%，胶砂流动度比分别增加了0%和1%。

表4 比表面积及胶砂流动度比分析

3.3 力学性能分析

由表五可知，改性剂掺量和钨尾矿掺量是决定材料7d、28d 抗压强度的主要因素，但均未产生显著影响。复合掺合料的7d、28d 抗压强度比均随改性剂掺量增加而提高，随钨尾矿掺量的增加而降低。改性剂掺量从0%提高至0.08%和0.16%，试块的7d 抗压强度比分别增长了1.4%和4.3%；钨尾矿掺量由50%增加至70%和90%，试块的7d 抗压强度比分别下降了2.7%和4.1%；球磨时间从6min提升至8min和10min，材料的7d 抗压强度比均为71%，增长幅度为0%。在28d 时：改性剂掺量从0%提高至0.08%和0.16%，试块的28d 抗压强度比分别增长了2.7%和4%；钨尾矿掺量由50%增加至70%和90%，试块的28d 抗压强度比分别下降了1.3%和3.8%；球磨时间从6min提升至8min和10min，材料的28d抗压强度比分别增长了0%和2.6%。

结合各因素对复合掺和料比表面积，胶砂流动度比，7d、28d 抗压强度比的影响规律，钨尾矿复合掺和料最优的配比为钨尾矿掺量50%，石屑掺量50%，改性剂掺量0.16%，最佳的球磨时间为6min。经测定此时复合掺和料的比表面积为585.2kg/m2，胶砂流动度比为103%，7d 抗压强度比为76%，28d 抗压强度比为82%。

表5 力学性能分析

4 结论

（1）球磨时间对钨尾矿复合掺和料的比表面积、胶砂流动度比影响最大，球磨时间越长材料的比表面积越大，胶砂流动度比也相应降低；但其对复合掺和料7d、28d 抗压强度比影响程度不大。

（2）改性剂和钨尾矿的掺量对复合掺和料的比表面积、胶砂流动度比影响程度不大，但却是影响复合掺和料7d、28d 抗压强度比的主要因素。复合掺合料的7d、28d 抗压强度比均随改性剂掺量增加而提高，随钨尾矿掺量的增加而降低。

（3）复合掺和料的最优配合比为钨尾矿掺量50%，石屑掺量50%，改性剂掺量0.16%，此时复合掺和料的比表面积为585.2m2/kg，胶砂流动度比为103%，7d 抗压强度比为76%，28d 抗压强度比为82%。