矿热炉镍铁渣的分级利用-用作机制砂制备混凝土与陶瓷砖胶粘剂

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广东省阳江市的不锈钢冶炼企业采用的RKEF法镍铁不锈钢一体化冶炼工艺过程中会产生不同的镍渣,镍渣的堆积给当地造成了巨大的环境压力。其中产量最大的为矿热炉镍铁渣,初步研究表明其具有制备为机制砂的潜质。结合广东省建筑用砂的短缺的现状,本文对矿热炉镍铁渣制备机制砂展开研究,为了提升利用效率与经济效益,将矿热炉镍铁渣制备为混凝土与陶瓷砖胶粘剂两种不同用途的机制砂。首先,本文研究了矿热炉镍铁渣的化学成分与矿物组成,以明确其可能存在的潜在危害,结果表明,矿热炉镍铁渣的主要化学成分为SiO2和MgO以及少量的Al2O3和CaO。主要矿物为镁橄榄石。对矿热炉镍铁渣的安全性研究表明,其放射性和毒性浸出检验合格,安定性和碱集料反应性合格,不会对环境安全性和结构安全性产生不良影响,满足作为建筑材料的基本要求。但是矿热炉镍铁渣的颗粒较粗,球形度不好,需要进行破碎以制备为混凝土与陶瓷砖胶粘剂机制砂。但是两种用途的机制砂都存在级配不佳的问题,其中混凝土用砂用富勒级配进行优化后空隙率从42%降低至39%,陶瓷砖胶粘剂用砂用Dinger_Funk紧密堆积模型进行优化后空隙率从48%降低至42%。然后,本文进行矿热炉镍铁渣机制砂制备为混凝土的研究。发现未级配优化的矿热炉镍铁渣机制砂混凝土会出现坍落度经时损失过大的现象。在分析了可能因素后,本文提出了三种方案解决了这一问题。包括:(1)使用具有缓凝功能组分的高效聚羧酸系减水剂;(2)在使用普通减水剂时,采用后掺法加入减水剂;(3)根据富勒级配曲线,在矿热炉镍铁渣机制砂的生产过程中进行级配优化。在解决矿热炉镍铁渣机制砂混凝土的坍落度经时损失问题之后,按照普通混凝土配合比设计方法,设计了相同强度等级为C35的河砂混凝土、砂岩机制砂混凝土、矿热炉镍铁渣机制砂混凝土。结果表明,配制C35强度等级、相同坍落度的混凝土,矿热炉镍铁渣机制砂混凝土的28d抗压强度达53.6MPa,分别比河砂混凝土和砂岩机制砂混凝土高出4MPa和3MPa;矿热炉镍铁渣机制砂混凝土的电通量和氯离子迁移系数最小,抗氯离子渗透性能更好。这是由于级配优化的机制砂表面粗糙、棱角较多的颗粒特性和一定的火山灰活性,使得其与水泥浆体之间粘结更好、结构更致密。接着,本文对矿热炉镍铁渣机制砂制备陶瓷砖胶粘剂进行了研究,结果表明使用矿热炉镍铁渣机制砂可以配制出满足《陶瓷砖胶粘剂》(JC/T547-2017)中拉伸粘结强度大于0.5MPa的C1T型抗滑移普通水泥基胶粘剂和1.0MPa的C2T型抗滑移增强水泥基胶粘剂。在达到相同稠度70-80mm时,级配优化后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂的用水量要比未优化前减少3-12kg/m3,拉伸粘结强度要比未优化前提高30%~80%。最后参考标准《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T 98-2010)中的建筑砂浆配合比设计方法,提出了针对级配优化前后的矿热炉镍铁渣机制砂陶瓷砖胶粘剂配合比设计方法。并掺入镍渣矿物掺合料与矿热炉镍铁渣机制砂一起配制陶瓷砖胶粘剂,与某品牌公司配制的C2TE胶粘剂相比,不仅可减少水泥及功能性添加剂的用量,且性能更优。比某品牌公司配制的C2TE胶粘剂的原材料成本低54%。本文研究拓展了矿热炉镍铁渣的应用范围,提高矿热炉镍铁渣无害化处理的利用价值与经济效益,这对保护阳江市当地环境,维持阳江市镍铁冶炼产业的可持续发展有着重要意义。
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