铅锌尾矿在混凝土材料中的应用研究现状

摘 要：主要论述了我国铅锌尾矿在混凝土材料中的应用研究情况。首先分析了国内铅锌尾矿用于制备高性能混凝土的开发研究情况；铅锌尾矿制备轻质高强混凝土砌体材料的应用研究情况。最后论述了我国铅锌尾矿在混凝土材料应用中存在的问题，并对其进行了展望。

关键词：铅锌尾矿；混凝土材料；应用

0 引言

矿产资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础,经济发展和社会的进步离不开矿产资源的利用｡但是因矿产资源大量被开发利用产生了诸多社会问题,其中尾矿污染问题是亟待解决的棘手问题｡数量巨大的尾矿如不及时处理堆放,不仅要占用大量宝贵的土地资源,还会引起严重的酸性矿山废水环境污染,给人类的生存和发展带来巨大的威胁｡铅锌尾矿的综合利用,已成为各矿山资源综合利用和环境保护的重要课题之一｡

1 我国铅锌尾矿在混凝土材料中的应用研究

1.1 国内铅锌尾矿用于制备高性能混凝土的开发研究

铅锌尾矿类似水泥生料的特性,早已应用与生产水泥熟料｡因此有研究方向将铅锌尾矿替代水泥等制备高性能混凝土,进而降低生产成本,取得了显著的科研成效｡

1.1.1 我国在铅锌尾矿制备高强混凝土的研究上取得了不错的成效

仇夏杰等用铅锌尾矿和矿渣粉以1:1 的质量比进行混合,再研磨60min､石膏掺量为胶凝材料总量的2% 时可以制备出28d 抗压强度达到93.75MPa 的高强混凝土｡其强度主要来源于早期形成的钙钒石及后期生成的C-S-H 凝胶｡仇夏杰等用铅锌尾矿粉代替预拌混凝土中的水泥､粉煤灰､矿渣粉所配制的混凝土制品性能均可达到C30 泵送混凝土要求,并且仍具备优良的耐久性｡

1.1.2 铅锌尾矿在超高性能混凝土领域的应用

超高性能混凝土(UHPC) 是一种具有高强度､高耐久性能的新型复合水泥基材料｡要满足超高性能混凝土的要求,其要求水泥用量高,则会面临高能耗的问题｡范定强等对铅锌尾矿取代UHPC 中的水泥以降低成本进行探究,结果表明:当用铅锌尾矿取代UHPC 中部分水泥后,随着取代率的增加,UHPC 的流动性和抗压强度均呈现下降趋势; 铅锌尾矿的掺入可大幅度降低UHPC 的自收缩并对重金属离子具有较强的固结能力｡最重要的是掺入铅锌尾矿后可降低能耗,减少碳排量,达到了节能减排的效果｡马赛等采用修正的安德森安德烈森模型制备了铅锌尾矿基生态型的超高性能混凝土并对其性能进行研究｡结果表明:铅锌尾矿的掺入会降低UHPC 的工作性能和早期强度,但掺加尾矿的UHPC 后期强度与基准组持平,使用40% 铅锌尾矿取代水泥制备依然能够制备出自密实的28d强度超过130MPa 的 UHPC｡

1.1.3 铅锌尾矿可制备特殊混凝土

吴庆文等进行了铅锌尾矿防辐射混凝土应用研究,结果表明,铅锌尾矿的掺量在20wt.%(质量分数)以下时,所制得铅锌尾矿水泥混合材的水泥强度等级均可达到42.5 级通用硅酸盐水泥等级,且利用其制备出的铅锌尾矿防辐射混凝土防辐射性能良好｡

综上所述,铅锌尾矿用于制备高强度及高耐久性的混凝土材料是可行的,但是亦可知由于自身强度低及化学成分中硅含量偏低等缘由,铅锌尾矿的掺量有所限制｡

1.2 国内铅锌尾矿制备轻质高强混凝土砌体材料的应用研究

铅锌尾矿不仅可以作为钙质材料使用制备高性能混凝土,亦可作为硅质材料使用｡但是混凝土砌体材料的制备对原材料的要求更加苛刻,尤其是对硅质材料中的二氧化硅(SiO2)含量要求较高,铅锌尾矿其低硅含量的缺陷一直被限制大量使用｡但是近些年不断有科研人员对其进行攻关研究,取得不错研究成效｡

1.2.1 铅锌尾矿用于制备混凝土砖

李冲等利用铅锌尾矿､硅微粉和水泥制备免烧砖,结果表明:铅锌尾矿掺量为70%,硅微粉为 20%,制备的免烧砖强度符合MU20 等级,高掺量并能满足高强度要求｡同时发现,该免烧砖可作为优良的吸附基体,并对废水中的铅具有高效的去除能力｡

1.2.2 铅锌尾矿用于制备轻质加气混凝土

陈智华等用铅锌尾矿分别代替硅含量较高的石英砂和河砂,探究了铅锌尾矿制备加气混凝土的可行性｡结果表明:铅锌尾矿掺量可占总干物料的30% 左右,制备出满足B06/A3.5 级的加气混凝土｡

综上所述,铅锌尾矿用于轻质高强混凝土砌体材料是可行的,这样有利于提高铅锌尾矿的附加值,提高其应用价值｡

2 铅锌尾矿在混凝土材料应用中存在的问题

(1)由于我国铅锌尾矿原矿品位偏低,处理设备参差不齐,导致不同地区铅锌尾矿品质差异性大,尤其是混凝土砌体材料的应用对铅锌尾矿要求较高,需做相应的处理才能使用｡

(2)铅锌尾矿级配不如普通砂石,且部分矿区选矿不彻底,杂质含量大｡不同地区铅锌尾矿化学成分组成差异性较大,不同的生产工艺的物理化学性质不尽相同,这是限制铅锌尾矿在混凝土材料中的应用的最主要原因｡

3 展望

国内大量的试验研究及实际应用表明,铅锌尾矿在混凝土材料中的应用是可行的｡有些地区以及在应用并取得良好成效,但是铅锌尾矿的大量应用还有很长的路需要走:

(1)加强铅锌尾矿的管理与前期处理工作,确保其品质合格,才能被更广泛的利用｡

(2)如何改善相关生产工艺,确保铅锌尾矿大量掺加使用｡

(3)利用现在“改性”技术,开发“改性”铅锌尾矿拓展其更广的应用领域｡要实现铅锌尾矿在混凝土材料中应用的高效化､大规模化,我们还需继续努力,相信通过我们的不断努力,我们一定实现铅锌尾矿在混凝土中的广泛应用,彻底解决尾矿处理难问题,为国家可持续发展做贡献｡

作者：祝 磊

单位：福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000

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