镍冶金废渣制备道路硅酸盐水泥的研究

摘要

镍渣是镍矿石在电弧炉中以 1500~1600℃的温度熔炼，生成的副产品熔渣经水或空气冷却形成的固体废渣。其主要由无定型的二氧化硅及镁铁橄榄石、顽辉石等矿物组成。最近的研究表明了镍渣作为建筑材料的潜力，其作为细集料、水泥混合材可满足高密度混凝土的制备要求；其作为原料可制备出性能优良的的微晶玻璃、免烧砖等新型建材。目前，以镍渣为原料制备水泥熟料的研究还不多。 本文以镍渣为原料制备道路硅酸盐水泥，研究了不同镍渣掺量的生料易烧性，通过X射线衍射分析了熟料的矿物组成及水泥的水化产物，金相显微镜及扫描电子显微镜观察了熟料及水化产物的微观形貌，测定了熟料的游离氧化钙含量及水泥的力学性能和耐磨性能。 研究了镍渣作为铁质校正原料制备的水泥熟料性能，结果表明：适量的镍渣及矿化剂的掺入有助于改善生料的易烧性，降低熟料的f-CaO含量，所制备的道路水泥具有强度高、耐磨性能好的特点。最佳工艺为石灰石79.5wt%、粘土9.5wt%、镍渣10wt%、复合矿化剂1wt%，煅烧温度1370℃，保温时间60min。此工艺制备的熟料岩相图中可以看到大量发育完全的A矿，圆粒状的B矿及少量中间相。水泥的3d、28d抗压强度、抗折强度分别为30.9MPa、7.5MPa及75.2MPa、11.2MPa， 28d胶砂磨损量为1.9kg/m2，安定性合格。水化 28d 的扫描电镜图谱可以看到大量的C-S-H凝胶，钙矾石生长完整，交织成致密的网状结构。 研究了镍渣作为硅质校正原料制备的水泥熟料性能，结果表明：以镍渣、石灰石、粘土、粉煤灰、脱硫石膏等制备道路硅酸盐水泥是可行的。实验制备的道路水泥具有后期强度高的特点，原因是熟料中的C2S含量相对较高，导致其早期水化速率较慢，而其对后期强度发展有利。脱硫石膏的掺入可以相对减少石灰石的掺入，节约能源，且适量的脱硫石膏掺加对水泥的性能影响不大。最佳制备工艺为：镍渣、石灰石、粉煤灰、钢渣、脱硫石膏、萤石掺量（重量百分比）分别为14%、74%、4%、7%、0.6%、0.4%，煅烧温度为1350℃，保温时间60min。此工艺制备的熟料f-CaO含量为0.22%，水泥净浆3d、28d抗压强度、抗折强度分别为21.9MPa、6.9MPa及52.4MPa、14.5MPa，强度等级达到42.5级，28d胶砂磨损量为2.1kg/m2。

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