李靜，曹德光，農(nóng)榮，劉文威，蔣江，龐永喻，郭宇，肖遠(yuǎn)祥

（1.廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西理工學(xué)校，廣西 南寧 530004；3.廣西建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530004）

坯體制備條件對蒸壓紅土鎳渣材料抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)研究

李靜1，曹德光1，農(nóng)榮2，劉文威3，蔣江1，龐永喻1，郭宇1，肖遠(yuǎn)祥1

（1.廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西理工學(xué)校，廣西 南寧 530004；3.廣西建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530004）

以紅土鎳渣為基礎(chǔ)，加入鈣質(zhì)材料制備蒸壓材料。探討了坯體的熟石灰摻量、水泥摻量、加水量和成型壓力對蒸壓材料抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：熟石灰摻量≤20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨著熟石灰摻量的增多而迅速提高；在保證熟石灰摻量的前提下，增加水泥摻量有利于提高蒸壓材料抗壓強(qiáng)度；加水量、成型壓力的增大也有利于抗壓強(qiáng)度的提高，加水量適宜范圍為25%～30%，合適的成型壓力為20 MPa。

紅土鎳渣；坯體；蒸壓材料；抗壓強(qiáng)度

2013年我國鎳產(chǎn)品需求量為91萬t，占全球總需求量的50%。但隨著硫化鎳礦資源的逐步減少以及鎳需求量的不斷增加，紅土礦的消耗逐漸增加[1-2]，平均每生產(chǎn)1 t鎳約有100 t的廢棄物產(chǎn)生。本文中的紅土鎳渣是紅土鎳礦經(jīng)酸浸法冶煉過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，目前還未見對其綜合利用的文獻(xiàn)報(bào)道，主要處置方式為簡單堆存，這不僅浪費(fèi)資源，而且占用大量的土地，破壞周邊的生態(tài)環(huán)境，因此，對鎳渣的綜合利用迫在眉睫。

針對這一現(xiàn)象，結(jié)合蒸壓材料主要由硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料混合后壓制成坯體，經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)得到，而紅土鎳渣中含有大量二氧化硅，因此提出加入適量鈣質(zhì)材料制備蒸壓材料的解決方案。由于坯體的組成、成型壓力、加水量等因素直接影響蒸壓材料的強(qiáng)度，因此對坯體的制備條件進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

紅土鎳渣取自某酸浸法提鎳廠，經(jīng)烘干后粉磨，過0.2 mm方孔篩，其化學(xué)分析結(jié)果如表1所示，XRD圖譜如圖1所示。水泥為P·Ⅰ52.5水泥，其XRD圖譜如圖2所示。熟石灰為石灰石經(jīng)煅燒后熟化所得，其XRD圖譜如圖3所示。

表1 酸浸法紅土鎳渣的化學(xué)成分%

圖1 紅土鎳渣的X射線衍射圖譜

圖2 水泥的X射線衍射圖譜

圖3 熟石灰的X射線衍射圖譜

1.2 材料制備及性能測試方法

先將紅土鎳渣（30%～100%）、水泥（0～20%）和熟石灰（0～70%）按試驗(yàn)設(shè)計(jì)配比混合均勻，稱取一定的質(zhì)量，再加入一定量的水?dāng)嚢杈鶆蚝蠓湃雰?nèi)徑為Φ20 mm模具中，在給定的壓力下壓制成型，坯體尺寸約為Φ20 mm×20 mm。然后將坯體放入蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)，蒸壓溫度170℃，保溫6 h，蒸壓養(yǎng)護(hù)結(jié)束后取出試樣，經(jīng)烘干脫去自由水后，用WDS微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試制品的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 熟石灰摻量對制品性能的影響

根據(jù)上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，成型壓力為20 MPa，蒸壓溫度為170℃，保溫6 h（下同），熟石灰摻量對制品性能的影響見表2。

表2 熟石灰摻量對蒸壓后制品性能的影響

從表2可以看出，坯體中熟石灰摻量≤20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨其摻量的增加迅速從7.30 MPa增加至23.60 MPa；熟石灰摻量＞20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度變化不大，基本在15～19 MPa。此外，從坯體蒸壓后體積密度的變化規(guī)律來看，熟石灰摻量達(dá)到20%時(shí)最致密，摻量繼續(xù)增大，體積密度略有降低，與抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本一致。

2.2 水泥摻量對制品性能的影響

在2.1的基礎(chǔ)上，選取熟石灰摻量較少但強(qiáng)度較高的1-6配方，即m（紅土鎳渣）：m（熟石灰）=80：20。本試驗(yàn)中水泥分2種方式摻入：一是作為鈣質(zhì)材料取代熟石灰，二是在原配比不變的基礎(chǔ)上外摻水泥，具體配比及水泥摻量對制品性能的影響見表3。

表3 水泥摻量對制品性能的影響

從表3可以看出，若水泥作為鈣質(zhì)材料取代熟石灰摻入，則隨著水泥摻量越多，強(qiáng)度越低；當(dāng)水泥外摻摻量≤15%時(shí)，隨著摻量增大，抗壓強(qiáng)度從25.85 MPa呈線性提高至36.90 MPa；而摻量＞15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度變化不明顯。主要原因在于，水泥中鈣質(zhì)材料的有效成分含量低于熟石灰，作為鈣質(zhì)材料取代熟石灰使得反應(yīng)體系內(nèi)硅質(zhì)材料不足，影響水化產(chǎn)物種類及其形成。

由此可知，只有在鈣質(zhì)材料摻量有保證的前提下，摻入水泥方可提高制品的抗壓強(qiáng)度。

2.3 加水量對制品性能的影響

據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選取以下配比：m（紅土鎳渣）：m（熟石灰）：m（水泥）=70：15：15。成型時(shí)的加水量為0～35%，成型后放入蒸壓釜進(jìn)行蒸壓，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 加水量對制品性能的影響

從表4可以看出，隨著加水量的增加，坯體抗壓強(qiáng)度呈提高趨勢?？梢?，在一定范圍內(nèi)，加水量的增加有利于鈣質(zhì)材料與硅質(zhì)材料的反應(yīng)，主要由于固相傳質(zhì)速率較慢，而水作為水化反應(yīng)重要組成部分，來源主要取決于自身含水量和水蒸氣傳質(zhì)；另一方面，等質(zhì)量的坯料在相同條件下壓制成型，隨著加水量的增加，即坯體更加致密，有利于固相反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)加水量為30%時(shí)，成型過程中有少量水溢出，加水量為35%時(shí)，水溢出量增大；加水量在25%～35%時(shí)，抗壓強(qiáng)度趨于平衡，說明加水量已到達(dá)飽和。

2.4 成型壓力對坯體及制品性能的影響

由于加水量較高時(shí)，高壓成型過程中會有水溢出，所以選擇加水量分別為0、10%、20%的條件下進(jìn)行成型壓力試驗(yàn)，配比不變。成型壓力對制品抗壓強(qiáng)度和坯體體積密度的影響分別見圖4、圖5。

圖4 不同加水量下成型壓力對制品抗壓強(qiáng)度的影響

圖5 不同加水量下成型壓力對蒸壓前坯體密度的影響

從圖4、圖5可以看出，無論加水量多少，試樣的抗壓強(qiáng)度都隨著成型壓力增大而提高，但是低壓時(shí)，加水量越多，則抗壓強(qiáng)度越大；成型壓力≥20 MPa時(shí)，3條曲線基本重合，即試樣的抗壓強(qiáng)度基本不受加水量影響，只隨成型壓力的變化而變化。體積密度的變化趨勢與抗壓強(qiáng)度基本一致。

總之，試樣的成型壓力≥20 MPa時(shí)，其抗壓強(qiáng)度隨成型壓力增大而提高的變化趨勢減緩。此外，20%加水量時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度與成型壓力（20～40 MPa）基本呈線性關(guān)系y=0.5417x+29.661，相關(guān)性系數(shù)為0.9985。

3 結(jié)論

（1）紅土鎳渣可作為蒸壓材料的原料，在熟石灰與水泥摻量適宜時(shí)，蒸壓后制品的抗壓強(qiáng)度可高達(dá)40 MPa。

（2）在保證紅土鎳渣摻量盡可能大的前提下，熟石灰摻量在20%左右，蒸壓后制品的抗壓強(qiáng)度較高，繼續(xù)摻入則抗壓強(qiáng)度變化不大。

（3）在保證m（紅土鎳渣）：m（熟石灰）=80：20的情況下，摻入水泥可使抗壓強(qiáng)度增大，水泥外摻摻量為15%左右時(shí)蒸壓后制品的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳值。

（4）成型壓力為20 MPa時(shí)，隨著加水量的增加，蒸壓后制品的抗壓強(qiáng)度逐漸提高，加水量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度接近峰值。

（5）成型壓力≥20 MPa時(shí)，蒸壓后制品的抗壓強(qiáng)度受加水量影響較小。配比為m（紅土鎳渣）：m（熟石灰）：m（水泥）= 70：15：15，成型壓力10 MPa時(shí)，加水量為20%，抗壓強(qiáng)度亦可高達(dá)35 MPa左右。

[1] 彭犇，岳清瑞，李建軍，等.紅土鎳礦利用與研究的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].有色金屬工程，2011（4）：15-22.

[2] 張苺.全球鎳礦資源開發(fā)現(xiàn)狀及供需展望[J].中國金屬通報(bào)，2011 （6）：40-41.

Study on the influence of the autoclaved material compressive strength with different preparation conditions of green body

LI Jing1，CAO Deguang1，NONG Rong2，LIU Wenwei3，JIANG Jiang1，PANG Yongyu1，GUO Yu1，XIAO Yuanxiang1
（1.College of Materials Science and Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，Guangxi，China；
2.Guangxi Polytechnic School，Nanning 530004，Guangxi，China；
3.Guangxi Building Materials Science Research and Design Institute，Nanning 530004，Guangxi，China）

This paper is about preparing nickel laterite acid leaching slag-based autoclaved material by adding calcium material. The influence of autoclaved material compressive strength with different addition of hydrated lime mortar，cement，water in the green body and the molding pressure on the green body are studied.The results show：when the content of hydrated lime≤20%，the compressive strength increased quickly as the content of hydrated lime grows；under the precondition of ensuring hydrated lime，with the increasing of cement-content，the compressive strength is improved；the increasing of water addition and forming pressure are also helpful to the compressive strength，the suitable range of water addition is 25%～30%，the better forming pressure is 20MPa.

nickel laterite acid leaching slag，green body，autoclaved material，compressive strength

TU52

A

1001-702X（2015）04-0011-03

2015-01-05；

2015-02-12

李靜，女，1992年生，廣西全州人，碩士研究生。