铅锌尾矿制备水泥熟料及其重金属固化特性研究

摘要

某铅锌矿区已累积尾矿上千万吨，尾矿中的重金属等有害物质渗入地表及地下水，成为湘江流域水源安全的重大隐患。本文结合湖南某水泥有限公司紧邻该铅锌尾矿库的地理优势，以铅锌尾矿为原料替代石英采矿废石及有色金属灰渣等，进行水泥熟料制备的试验研究，旨在解决该铅锌矿尾矿重金属污染问题，同时通过尾矿资源化利用为水泥厂提供原料。
　　本研究设计了尾矿掺量为0-18.0％的试验配方，分别在1300℃、1350℃和1400℃时进行高温煅烧试验。根据JC/T735-2005《水泥生料易烧性试验方法》研究生料的易烧性，根据《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》测试水泥3d、7d和28d龄期的抗压强度和抗折强度，用X射线衍射(XRD)研究了熟料的矿物组成，用扫描电镜(SEM)分析了矿物的晶体形貌，通过原子荧光光谱法及原子吸收光谱法分析熟料中重金属的含量。试验结果表明:
　　(1)1350℃时，掺入15.0％-18.0％的铅锌尾矿，熟料中f-CaO含量均低于1.0％，表明掺入铅锌尾矿可改善生料的易烧性，降低熟料的煅烧温度约50℃。
　　(2)当煅烧温度为1350℃，铅锌尾矿掺量12.25％、15.0％和16.0％时，生产出的水泥强度均符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中规定的的硅酸盐水泥42.5标准，其硅酸三钙(C3S)含量最高可达49.2％，28d龄期的水泥抗压强度为53.99 MPa;当煅烧温度升至1400℃，铅锌尾矿掺量15.0％时，水泥强度性能超过42.5R标准的要求，尾矿掺量16.0％时，水泥强度性能超过42.5标准的要求。
　　(3)XRD射线衍射分析表明，熟料矿物主要组成为C3S、C2S、C3A和C4AF，且各矿物含量分布合理。在1400℃下煅烧得到的熟料，其硅酸盐矿物含量要高于1350℃下煅烧得到的熟料。通过SEM分析可知，熟料中C3S颗粒较大，轮廓清晰; C2S呈圆状小颗粒，填充在C3S间隙中。
　　(4)在煅烧温度为1350℃和1400℃，铅锌尾矿掺量为15.0％-18.0％时，熟料中重金属Zn、As、Cd和Pb的平均固化率分别为89.76％、83.62％、73.20％和15.19％;熟料中Zn、As、Cd和Pb的浸出毒性远低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的浸出毒性标准，符合无害化生产要求。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 铅锌尾矿来源及危害

1．2．1 铅锌尾矿来源

1．2．2 铅锌尾矿的主要特点

1．2．3 铅锌尾矿的危害

1．3 铅锌尾矿的综合利用

1．3．1 铅锌尾矿综合利用现状

1．3．2 铅锌尾矿利用存在的主要问题

1．4 以尾矿为原料生产水泥

1．4．1 以尾矿为原料生产水泥的现状研究

1．4．2 水泥生产及主要问题

1．4．3 以铅锌尾矿为原料生产水泥熟料的主要机理

1．5 重金属在水泥熟料中的固化特征

1．6 本文研究内容

1．6．1 研究目的意义

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

2 试验原料及方法

2．1 原料来源及特性分析

2．1．1 原料来源

2．1．2 原料处理

2．1．3 原料的化学成分分析

2．1．4 原料的重金属分析

2．1．5 原料的X射线衍射分析

2．1．6 铅锌尾矿的扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)分析

2．1．7 铅锌尾矿的粒度分析

2．2 试验仪器设备及试剂

2．2．1 试验仪器设备

2．2．2 试验试剂

2．3 试验方法

2．3．1 率值配方设计

2．3．2 煅烧工艺

2．3．3 水泥熟料的制备

2．3．4 游离氧化钙的测定

2．3．5 水泥试块的养护及强度测定

2．3．6 重金属毒性浸出试验

2．3．7 重金属含量测定

2．4 本章小结

3 铅锌尾矿作原料的易烧性研究

3．1 熟料直观分析

3．2 煅烧温度对f-CaO的影响

3．2．1 不同煅烧温度下熟料中的f-CaO含量

3．2．2 煅烧温度对熟料f-CaO含量的影响分析

3．3 尾矿掺量对f-CaO含量的影响

3．3．1 不同尾矿掺量下熟料f-CaO含量的试验结果

3．3．2 尾矿掺量对熟料f-CaO含量的影响分析

3．4 液相量对f-CaO含量的影响

3．5 本章小结

4 水泥熟料分析及性能研究

4．1 尾矿掺量对水泥各龄期强度的影响

4．2 煅烧温度对水泥各龄期强度的影响

4．3 熟料的XRD分析

4．4 熟料的SEM分析

4．5 熟料的基本性质分析

4．5．1 熟料的外观分析

4．5．2 水泥的化学指标

4．5．3 水泥的物理指标

4．6 本章小结

5 熟料煅烧过程重金属的固化行为及重金属浸出毒性分析

5．1 水泥煅烧过程中重金属的固化率

5．2 重金属的固化分析

5．3 水泥熟料中重金属的毒性浸出分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢