揭曉東,石 齊,鮑偉平

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院, 江西 南昌 330001)

1 引言

鋰元素作為新型電池——鋰電池的核心原材料,促進了我國新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前,僅江西宜春就已探明亞洲最大的鋰云母礦之一,也是我國正在開發(fā)利用的主要鋰資源之一。 鋰云母礦在提鋰生產(chǎn)過程中排出的鋰渣很細,外排堆放的鋰渣對周邊環(huán)境粉塵污染嚴重,影響當(dāng)?shù)鼐用裾Ｉ?；同時含酸含堿的渣水流失影響周邊地區(qū)生態(tài)平衡。如何就地利用鋰渣固體廢棄物,將其用于建材產(chǎn)品當(dāng)中變廢為寶,是一項十分迫切的任務(wù)。

本文系統(tǒng)地研究了不同摻量的鋰渣粉與減水劑、消泡劑、保水增稠劑等材料對水泥基灌漿料性能的影響規(guī)律,探討鋰渣粉制備水泥基灌漿料的不同功能外加劑適宜摻量范圍,旨在消納工業(yè)廢渣,使鋰渣固廢獲得高附加值建材產(chǎn)品。

2 原材料

(1)水泥

采用江西海螺水泥廠生產(chǎn)的P.O 52.5水泥,主要物理性能和化學(xué)成分見表1和表2。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥的化學(xué)成分

(2)鋰渣粉

由鋰礦石提鋰過程中產(chǎn)生的鋰渣經(jīng)105℃烘干、磨細制成,密度為2.09g/cm3,比表面積為650m2/kg。主要化學(xué)成分見表3。

表3 鋰渣粉的化學(xué)成分

(3)細骨料

采用20～30目、40～50目、60～80目三種砂按4∶5∶3的比例混合成級配砂。

(4)化學(xué)外加劑

減水劑：選取1型、2型、3型三種不同的聚羧酸減水劑粉劑；消泡劑：采用有機硅類消泡劑；保水增稠劑：采用10萬粘度的羥丙基甲基纖維素醚。

3 試驗方法

(1)水泥基灌漿料基本性能試驗方法

試驗溫濕度應(yīng)符合國家標準GB/T17671-1999的規(guī)定,試件成型的溫度應(yīng)保持在20℃士2℃,相對濕度不低于50%；試件帶模養(yǎng)護保持在20℃士1℃,相對濕度不低于90%；試件養(yǎng)護池水溫度在20℃士1℃范圍內(nèi)。按照國家標準GB/T 50448-2015規(guī)定的方法進行。

(2)水泥基灌漿料粘度試驗方法

試驗前先將鋰渣水泥基灌漿料配合比稱量好,將旋轉(zhuǎn)粘度計放置在水平臺上,安、調(diào)平后備用。試驗時將鋰渣水泥基灌漿料混合料放入砂漿攪拌機中按照攪拌機設(shè)定程序拌制成品砂漿,將拌好的砂漿倒入1000mL的燒杯中,將燒杯放入粘度計,然后開始測量。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 鋰渣粉摻量對水泥基灌漿料流動度和強度的影響

研究在相同的水料比(0.16)、膠砂比(1∶1)及1型聚羧酸減水劑粉劑(減水劑摻量為膠凝材料總量的0.4%)的條件下,鋰渣粉摻量分別為10%～35%時水泥基灌漿砂漿的工作性能和力學(xué)性能,試驗結(jié)果見表4。

表4 鋰渣粉摻量對灌漿砂漿性能的影響

由表4可看出,隨著鋰渣粉摻量的增大,水泥基灌漿料流動度和強度下降趨勢非常顯著。灌漿料初始流動度在鋰渣粉摻量超過膠凝材料總量的25%時明顯減小,特別是灌漿料30min流動度損失增大,而且抗壓強度和抗折強度也顯著下降。因此摻鋰渣粉的水泥基灌漿料需要通過調(diào)整原材料種類和配合比來提高其流動性和強度。

4.2 減水劑種類和摻量對水泥基灌漿料流動度和強度的影響

試驗選用三種型號聚羧酸系減水劑粉劑配制水泥基灌漿料,通過考察水泥基灌漿砂漿的流動性和強度,確定最適宜的聚羧酸減水劑的品種和摻量。試驗配比和試驗結(jié)果見表5。

表5 減水劑種類對水泥基灌漿砂漿性能的影響

由表5可以看出,三種聚羧酸減水劑粉劑對摻鋰渣粉灌漿料流動度和強度的影響各有差異：1型聚羧酸減水劑摻量從0.3%提高到0.5%時,灌漿料流動度和強度波動范圍較大,影響灌漿料流動度和抗壓強度；2型聚羧酸減水劑摻量從0.3%提高到0.5%時,灌漿料流動度和強度影響較??；3型聚羧酸減水劑摻量從0.3%提高到0.5%時,灌漿料流動度和流動度經(jīng)時損失影響較大。因此,選擇2型聚羧酸減水劑配制的水泥基灌漿料適應(yīng)性較好。

4.3 消泡劑對水泥基灌漿料流動度和強度的影響

試驗配比和試驗結(jié)果見表6。

表6 消泡劑對灌漿砂漿性能的影響

當(dāng)砂漿中摻有消泡劑時,溶液周圍局部液膜表面張力降低,消泡劑附著的氣泡會迅速破滅。加入消泡劑使得砂漿的粘度下降,流動度增加。當(dāng)消泡劑摻0.2%時,砂漿流動度為320mm,而摻量增加到1.0%時,初始流動度達到360mm,流動度增加16%。消泡劑摻量的提高對砂漿的30min后的流動性影響不大。

4.4 纖維素醚對水泥基灌漿料流動度和強度的影響

試驗通過改變纖維素醚的摻量,測試水泥基灌漿料的流動性以和強度。試驗配比和試驗結(jié)果見表7。

表7 不同摻量的纖維素醚對水泥基灌漿料的影響

從表7中可以得出：當(dāng)?shù)剿嗷酀{料中添加纖維素醚后,流動度迅速下降,隨著纖維素醚摻量的增加,水泥基灌漿料的流動度降幅顯著增大。當(dāng)纖維素醚摻量達到0.1%時,水泥基灌漿料初始流動度僅僅只有255mm,嚴重的影響了水泥基灌漿料的流動性。30min后纖維素醚摻量對水泥基灌漿料流動性影響較小,與相同摻量的初始流動度相比,流動度損失均在25mm左右。

圖1 纖維素醚對灌漿水泥基灌漿料粘度的影響

纖維素醚對水泥基灌漿料粘度的影響如圖1所示。當(dāng)纖維素醚摻量增加時,水泥基灌漿料的粘度明顯增大,當(dāng)纖維素醚摻量為0.1%時,水泥基灌漿料的粘度為4720mPa·s,而未摻纖維素醚的水泥基灌漿料的初始粘度只有1680mPa·s。粘度的增加能提高水泥基灌漿料的保水性,降低泌水率,但過高的粘度會導(dǎo)致水泥基灌漿料的流動性降低,影響水泥基灌漿料的可灌性。從水泥基灌漿料的粘度方面考慮,纖維素醚的摻量為0.025%～0.05%。

圖2 纖維素醚對灌漿水泥基灌漿料抗壓強度的影響

水泥基灌漿料中添加纖維素醚后,強度有一定的降低。造成水泥基灌漿料強度降低的主要原因可能為：纖維素醚柔性聚

合物增加到孔隙中,不能起到剛性支撐作用,并且添加纖維素醚提高了水泥基灌漿料保水性,水泥基灌漿料硬化后內(nèi)部孔隙率增大,造成了水泥基灌漿料強度降低[1-2]。因此,結(jié)合水泥基灌漿料的流動性、粘度、泌水率及強度等關(guān)鍵性指標,在水泥基灌漿料中添加纖維素醚時摻量范圍為0.025%～0.05%。

5 結(jié)論

(1)鋰渣粉作為一種礦物摻合料,可以在一定范圍內(nèi)取代水泥制備水泥基灌漿料；同時,不同種類的聚羧酸減水劑對摻鋰渣粉水泥基灌漿料的性能影響差異較大,配制水泥基灌漿料時需要選擇與膠凝材料適應(yīng)性較好的減水劑。

(2)隨著有機硅消泡劑摻量增加,水泥基灌漿料的流動性越大,但摻量過多時,砂漿粘度的降低,出現(xiàn)一定程度的分層現(xiàn)象,其最佳摻量范圍為0.2%～0.6%。

(3)纖維素醚摻入到水泥基灌漿料后能提高粘度,改善水泥基灌漿料的泌水情況,但對水泥基灌漿料的強度發(fā)展有較大影響,其最佳摻量為0.025%～0.05%。