掺尾矿新型轻质建筑保温材料的制备与使用

掺尾矿新型轻质建筑保温材料的制备与使用

吴信德

哈尔滨工业大学建筑设计研究院

摘要：本文以金属尾矿中的钼尾矿为主，讲述了如何用钼尾矿替代水泥制备胶凝材料继而制备新型轻质建筑保温材料。本文首先简要介绍了钼尾矿及其预处理，然后说明了钼尾矿的粉磨特性，由此引出掺钼尾矿发泡水泥的制备及其性能分析，最后阐述了发泡原理和掺钼尾矿发泡水泥的使用。

关键词：钼尾矿；粉磨特性；胶凝材料；发泡水泥

尽管国外很多地区早已普及用金属尾矿制备的轻质外墙保温材料，但国内现在仍然在大范围使用聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料板、酚醛泡沫塑料等有机材料泡沫材料作为建筑外墙保温的材料，这种高分子有机材料非常容易造成火灾，威胁人们的生命财产安全。此外，我国对金属尾矿的利用率十分低，大量使用掺尾矿新型轻质建筑外墙保温材料可以非常好地利用尾矿资源，还能够更好地阻燃。

一、钼尾矿及预处理

（一）钼尾矿

经过化学分析后可得知，二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁是钼尾矿的主要成份，此外钼铁矿中还有氧化钙、氧化镁等物质。由钼尾矿的粒度分布基本情况为100目以下的部分占比为27.68%，而50目到100目之间的占比高达52.76%。

（二）钼尾矿预处理

将事先烘干处理过的含水量不大于百分之一的钼尾矿进行粉磨处理，用勃氏法进行粉磨后钼尾矿粉的比表面积。然后将其掺入水泥中作为胶凝材料。

二、钼尾矿的粉磨特性

（一）粉磨时间对原料密度的影响规律

显然，相比较于高炉水淬矿渣，钼尾矿的可磨程度要高得多，且经过同样粉磨时间后，矿渣粉的比表面积也不及钼尾矿粉。此外，随着粉磨时间的增加，钼尾矿的比表面积增加更快，但是一旦粉磨时间超过80分钟，单位粉磨时间比表面积上升速度变少。

（二）粉磨时间对原料粒度分布的影响规律

利用激光粒度仪分析不同粉磨时间下所得钼尾矿粉的粒度分布，随着粉磨时间的延长，钼尾矿粉的粒度分布范围变窄，并逐渐向粒度值小的方向集中，粉体中小颗粒所占比例逐渐增加。粉磨时间从40min延长至100min过程中，钼尾矿粉的粒度分布范围快速向粒度小的方向集中，小颗粒所占比例迅速增加，当粉磨时间从100min延长至120min时，钼尾矿粉的粒度分布范围也在变窄，但是其粒度分布范围向粒度小的方向集中速度明显变慢。

三、掺钼尾矿发泡水泥的制备及其性能分析

先将速凝剂、硬脂酸钙、减水剂、纤维等按比例干混均匀，然后掺入胶凝材料和水高速搅拌成均匀的浆体，加入双氧水，搅拌6s～8s后快速装入150mm×150mm×150mm塑料模具中，待发泡稳定后，在模具表层覆盖保鲜膜，防止蒸发带来的水分损失，采用自然养护至28d龄期时进行测试，分析尾矿掺入对发泡水泥性能的影响规律。

（一）发泡水泥性能受到钼尾矿粒度的影响

粉磨后的尾矿掺入后能够在一定程度上增强发泡水泥保温材料的抗压强度，粉磨时间越长的尾矿粉掺入体系后，对于发泡水泥保温材料强度的增强作用越明显。随着粉磨时间的增加，尾矿粉的粒度分布范围逐渐变窄，颗粒粒径向粒度小的方向移动，小颗粒越多，对于发泡水泥保温材料强度的增强作用越明显。综合抗压强度和干密度，考虑到磨矿的能源成本，选择80min为比较合适的磨矿时间。另外，随着粉磨时间的增加，粉磨过程中会产生部分亚微米及纳米粒级的尾矿颗粒，这些颗粒在粉磨过程中发生晶格畸变，表面能快速增加，具有了火山灰反应活性，钼尾矿的活性被逐渐激发出来，这些颗粒能够参与到水化反应当中，也有助于体系抗压强度的提高。

（二）发泡水泥性能受到钼尾矿掺量的影响

经过试验研究发现，钼尾矿掺量越大，发泡水泥保温材料干密度越大且发泡水泥保温材料的抗压能力越低。当掺入的钼尾矿量为40%时，发现掺尾矿新型轻质建筑保温材料的抗压强度只有0.25MPa，将钼尾矿含量降低到20%时，观察到掺尾矿新型轻质建筑保温材料抗压强度升高到0.36MPa，而再次将钼尾矿含量降低时，会发现掺尾矿新型轻质建筑保温材料抗压强度开始快速上升。

（三）发泡水泥性能受到水胶比的影响

水胶比对发泡水泥体系有显著影响。水胶比过小，浆体黏度过大，不利于混合均匀，气泡生成的阻力大，使得整个试块发泡高度不够，干密度偏大；但是水胶比过大，浆体的黏度又会变小，气泡之间很容易联通进而产生大气泡，不利于体系的稳定，容易出现“塌模”现象。。因此，综合考虑抗压强度和干密度，较为合适的水胶比为0.52。

（四）在最佳条件下制备发泡水泥

综合上述对掺钼尾矿发泡水泥的性能分析，选择最佳条件进行发泡水泥的制备。取经过长达80分钟时长粉磨的钼尾矿粉，根据10%的比例等质量替代水泥制备胶凝材料，水胶比0.52，其它条件不变，制备发泡水泥保温材料。

四、分析发泡原理

众所周知，双药水即便在常温常压条件下也可以自发进行的分解反应。将双氧水加入水泥浆体中后，双氧水会迅速发生分解反应，产生大量的氧气分子将从水泥浆体中释放出来，继而有大量的气孔在浆体中产生。氧气气泡所受到的表面张力（动力）和胶凝材料的凝结速度（阻力）二者之间的大小关系决定了气孔能否快速稳定。，水泥浆体的水化反应在双氧水快速分解生成氧气气泡的同时也在迅速进行，胶凝材料中的硅酸二钙、硅酸三钙等物质迅速发生水化反应并凝固，以“阻止”气泡聚合扩大，要得到较好的发泡水泥材料，过氧化氢的分解速率和胶凝材料的凝结速率达到平衡状态，最终形成气孔大小合适且分布均匀的多孔网状材料。

钼尾矿粉掺入之后，尾矿粉中的活性氧化钙能够迅速和水发生反应生成氢氧化钙，使整个体系碱度增加，有助于钙矾石的生成，使得水化反应的诱导期变短，促使整个体系迅速稳定，避免“塌模”现象。而且，粉磨后的尾矿颗粒较小，有大量的亚微米和纳米颗粒，能够很好地填充到孔壁的钙矾石晶体孔隙中，有助于整个体系强度的提高。

五、掺尾矿新型轻质建筑保温材料的使用

随着人们生产生活条件的改善，人们对各种保温隔热材料的需求越来越高，推动了掺尾矿新型轻质建筑保温材料工业的快速发展。掺尾矿新型轻质建筑保温材料是由胶凝材料和钼尾矿分别按配比包装组成。胶凝材料选用水泥、粉煤灰、不定型二氧化硅及各种助剂。该材料固化后热导率低，密度小，热工性能好，具有良好的和易性、耐候性、阻燃性，充分考虑了热应力、水、火、风压及地震力的影响，其界面砂浆采用无空腔和逐层渐变柔性释放应力的技术路线，可有效地解决抗裂难题。

六、结语

继改革开放以来，我国人均收入水平不断升高，人们的对于家居环境有了更高的要求，从追求外表的华丽到追求材料的健康安全，可谓是我国人民自我保健意识的又一大提升。此时，掺尾矿新型轻质建筑保温材料应运而生，其不光有着良好的墙体保温性能，且相比较于传统的建筑外墙保温材料来说，有着更加优良的阻燃性能，不仅如此，掺尾矿新型轻质建筑保温材料道德的制备使用的是平时难以利用的金属尾矿，还能够提高资源利用率。

参考文献:

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