代文彬等：钼尾矿水泥免烧砖压制工艺及着色特性 ·1197· 9%has only a slight effect on brick strength.By contrast,the addition of blue and black pigments causes strength loss.Thus,their contents should be appropriately controlled within 6%to 9%. KEY WORDS baking-free brick;molybdenum tailing;pressing process;coloring;fundamental property 我国矿山尾矿年排放量5亿吨以上，累积堆存 成型工艺进行研究，制得抗压强度15.9MPa免 量接近50亿吨川，居各种固废产存量之首.而将尾 烧砖. 矿制成建筑材料，是实现大宗由废变宝的主要途径 虽然国内外对尾矿制备免烧砖材进行大量研 之一.随着国家保护农业耕地出台相关“禁黏”政 究，但工艺环节较多，工序较复杂.要么尾矿粒级分 策，传统烧结黏土砖的生产与应用受到严格限制. 布较大（如铁尾矿），可作为粗细集料搭配使用.要 加之国内对市政环境整治，对免烧砖、装饰砖等混凝 么需掺加入多种昂贵组分（如硅酸钠和NaOH),内 土砖材制品的需求将会不断增加.因此，将尾矿制 部形成强化胶结材料，再同非活性颗粒粘接增强. 备成绿色低碳且美观耐用的混凝土砖材，具有巨大 又或者采用高温养护手段（如蒸汽养护和蒸压养 市场潜力 护)，加快水化反应，促进高温水化产物形成，提高 张婷婷以粒径小于0.074mm颗粒质量分数 颗粒-胶材结合力.而满足这些条件，对于产品附加 占80.9%的鄂西赤铁矿尾矿为主要原料，按铁尾矿：骨 值较低的免烧砖企业而言，需要投入较多的资金和 料：胶凝材料=78：10：12质量比制成尾矿免烧砖， 设备，成本较高.而制备彩色免烧砖，可实现免烧砖 性能指标满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T422一 产品的增值化，颜料摻量（质量分数）也仅为4%~ 2007)要求.大连理工大学与鞍钢孤山铁矿协作， 6%[o],成本增加不多. 利用铁尾矿和石灰为主要原料，通过加入改性材料 此外，在各种尾矿资源中，以粒级分布窄和粒径 及外加剂，研制成蒸养尾矿砖，达100号以上标准砖 细小的尾矿砂难以得到大规模利用，且易造成扬尘 要求.同济大学与马钢姑山铁矿合作，以粒度0.15 污染，是尾矿环境治理的主要难题.因此，本文以细 mm以下尾矿粉为主要原料，通过掺人质量分数 钼尾矿砂和水泥构成的尾矿压砖为研究对象，针对 10%~15%生石灰粉，压制成各种规格和外形的砌 压制成型工艺、微观结构变化和颜料着色特性三方 墙砖和地面砖.如果再在砖表面采用不饱和聚酯树 面，研究钼尾矿-水泥制备免烧砖及不同颜料着色 脂处理，调入不同色彩的颜料，可做成单色或仿天然 特性规律，为细尾矿砂在建材制品中的直接应用提 大理石花纹的彩色光滑面砖.李燕怡等[3)通过控制 供基础借鉴. 粗细尾矿质量比为54：16，质量分数20%水泥，水固 1实验部分 比0.14以及摻加0.3%聚羧酸(P℃)减水剂后，制得 了抗压强度达20.3MPa的尾矿免烧砖，符合标准 1.1原材料 MU20等级.李冲等[4]利用质量分数70%铅锌尾矿 实验原料为钼尾矿(molybdenum tailing,M)、水 和20%硅微粉，制备出强度符合MU20等级的免烧 泥(cement,C)和氧化铁类颜料.钼尾矿取自承德， 吸附砖，能多有效固化废水中重金属离子.李春 其化学组成见文献[11]，激光粒度见图1.钼尾矿 等[)通过混合Mg0、MgCL,和钼尾可矿，制得抗折强度 体积平均粒径约为0.109mm,Si02质量分数达 3.35MPa和抗压强度9.28MPa的氯镁水泥免烧砖. 74%,主要由鳞石英和长石矿物组成[2]，-0.3mm Zhao等6以碱激发矿渣-粉煤灰作为胶凝材料，摻 颗粒量达99.9%，细度模数仅为0.2，属超细富硅 加质量分数83%的低硅尾矿，经压制和蒸压养护 (质量分数40%~80%)尾矿砂集料.水泥选择PI 后，制得抗压强度达16.1MPa、抗折强度3.8MPa的 42.5型基准水泥作为实验胶凝材料，以保证原料和 承重砖，具有低干燥收缩率和良好抗冻性.Ahmari 试验数据的稳定可靠性，其激光粒度见图1，体积平 与Zhang)借鉴地质聚合物技术，通过控制NaOH 均粒径约为0.030mm. 溶液浓度、含水量、成型压力和蒸养温度，制得环境 对于混凝土着色用颜料，以各种氧化铁类无机 友好型铜尾矿免烧砖.Kuranchie等[s]同样采用地 非金属矿物颜料用量居多，如铁红、铁黑、铁黄等，具 质聚合物技术，将粉末硅酸钠作为激发剂掺人铁尾 有价格便宜、耐碱性高、耐光性强、产量大、着色力强 矿中，制得的地质聚合物砖材，抗压强度可达50.53 等特点.本文同样选用市售氧化铁类颜料为主，分 MPa,经济性优于传统烧结黏土砖.Chen等9以赤 红、黄、黑、蓝和绿五种，呈粉末状，颜料矿物构成见 铁矿尾矿、粗骨料和水泥为原料，对免烧砖相关压制 图2所示.对于红、黄和黑色颜料，主要矿物分别是代文彬等: 钼尾矿水泥免烧砖压制工艺及着色特性 9% has only a slight effect on brick strength. By contrast, the addition of blue and black pigments causes strength loss. Thus, their contents should be appropriately controlled within 6% to 9% . KEY WORDS baking鄄free brick; molybdenum tailing; pressing process; coloring; fundamental property 我国矿山尾矿年排放量 5 亿吨以上,累积堆存 量接近 50 亿吨[1] ,居各种固废产存量之首. 而将尾 矿制成建筑材料,是实现大宗由废变宝的主要途径 之一. 随着国家保护农业耕地出台相关“禁黏冶 政 策,传统烧结黏土砖的生产与应用受到严格限制. 加之国内对市政环境整治,对免烧砖、装饰砖等混凝 土砖材制品的需求将会不断增加. 因此,将尾矿制 备成绿色低碳且美观耐用的混凝土砖材,具有巨大 市场潜力. 张婷婷[2]以粒径小于 0郾 074 mm 颗粒质量分数 占80郾 9%的鄂西赤铁矿尾矿为主要原料,按铁尾矿颐 骨 料颐 胶凝材料 = 78颐 10颐 12 质量比制成尾矿免烧砖, 性能指标满足 《 非烧结垃圾尾矿砖》 ( JC / T422— 2007)要求. 大连理工大学[1]与鞍钢孤山铁矿协作, 利用铁尾矿和石灰为主要原料,通过加入改性材料 及外加剂,研制成蒸养尾矿砖,达 100 号以上标准砖 要求. 同济大学与马钢姑山铁矿合作,以粒度 0郾 15 mm 以下尾矿粉为主要原料,通过掺入质量分数 10% ~ 15% 生石灰粉,压制成各种规格和外形的砌 墙砖和地面砖. 如果再在砖表面采用不饱和聚酯树 脂处理,调入不同色彩的颜料,可做成单色或仿天然 大理石花纹的彩色光滑面砖. 李燕怡等[3]通过控制 粗细尾矿质量比为 54颐 16,质量分数 20% 水泥,水固 比 0郾 14 以及掺加 0郾 3% 聚羧酸(PC)减水剂后,制得 了抗压强度达 20郾 3 MPa 的尾矿免烧砖,符合标准 MU20 等级. 李冲等[4]利用质量分数 70% 铅锌尾矿 和 20% 硅微粉,制备出强度符合 MU20 等级的免烧 吸附砖,能够有效固化废水中重金属离子. 李春 等[5]通过混合 MgO、MgCl 2 和钼尾矿,制得抗折强度 3郾 35 MPa 和抗压强度 9郾 28 MPa 的氯镁水泥免烧砖. Zhao 等[6]以碱激发矿渣鄄鄄 粉煤灰作为胶凝材料,掺 加质量分数 83% 的低硅尾矿,经压制和蒸压养护 后,制得抗压强度达 16郾 1 MPa、抗折强度 3郾 8 MPa 的 承重砖,具有低干燥收缩率和良好抗冻性. Ahmari 与 Zhang [7]借鉴地质聚合物技术,通过控制 NaOH 溶液浓度、含水量、成型压力和蒸养温度,制得环境 友好型铜尾矿免烧砖. Kuranchie 等[8] 同样采用地 质聚合物技术,将粉末硅酸钠作为激发剂掺入铁尾 矿中,制得的地质聚合物砖材,抗压强度可达 50郾 53 MPa,经济性优于传统烧结黏土砖. Chen 等[9] 以赤 铁矿尾矿、粗骨料和水泥为原料,对免烧砖相关压制 成型工艺进行研究, 制得抗压强度 15郾 9 MPa 免 烧砖. 虽然国内外对尾矿制备免烧砖材进行大量研 究,但工艺环节较多,工序较复杂. 要么尾矿粒级分 布较大(如铁尾矿),可作为粗细集料搭配使用. 要 么需掺加入多种昂贵组分(如硅酸钠和 NaOH),内 部形成强化胶结材料,再同非活性颗粒粘接增强. 又或者采用高温养护手段(如蒸汽养护和蒸压养 护),加快水化反应,促进高温水化产物形成,提高 颗粒鄄鄄胶材结合力. 而满足这些条件,对于产品附加 值较低的免烧砖企业而言,需要投入较多的资金和 设备,成本较高. 而制备彩色免烧砖,可实现免烧砖 产品的增值化,颜料掺量(质量分数)也仅为 4% ~ 6% [10] ,成本增加不多. 此外,在各种尾矿资源中,以粒级分布窄和粒径 细小的尾矿砂难以得到大规模利用,且易造成扬尘 污染,是尾矿环境治理的主要难题. 因此,本文以细 钼尾矿砂和水泥构成的尾矿压砖为研究对象,针对 压制成型工艺、微观结构变化和颜料着色特性三方 面,研究钼尾矿鄄鄄水泥制备免烧砖及不同颜料着色 特性规律,为细尾矿砂在建材制品中的直接应用提 供基础借鉴. 1 实验部分 1郾 1 原材料 实验原料为钼尾矿(molybdenum tailing,M)、水 泥(cement,C)和氧化铁类颜料. 钼尾矿取自承德, 其化学组成见文献[11],激光粒度见图 1. 钼尾矿 体积平均粒径约为 0郾 109 mm, SiO2 质 量 分 数 达 74% ,主要由鳞石英和长石矿物组成[12] , - 0郾 3 mm 颗粒量达 99郾 9% ,细度模数仅为 0郾 2,属超细富硅 (质量分数 40% ~ 80% )尾矿砂集料. 水泥选择 PI 42郾 5 型基准水泥作为实验胶凝材料,以保证原料和 试验数据的稳定可靠性,其激光粒度见图 1,体积平 均粒径约为 0郾 030 mm. 对于混凝土着色用颜料,以各种氧化铁类无机 非金属矿物颜料用量居多,如铁红、铁黑、铁黄等,具 有价格便宜、耐碱性高、耐光性强、产量大、着色力强 等特点. 本文同样选用市售氧化铁类颜料为主,分 红、黄、黑、蓝和绿五种,呈粉末状,颜料矿物构成见 图 2 所示. 对于红、黄和黑色颜料,主要矿物分别是 ·1197·