硅酸镁质尾矿是指以橄榄石、辉石以及它们的蚀变矿物—蛇纹石为主要成分的金尾矿、铜镍尾矿、石棉尾矿、石棉尾矿、滑石尾矿等。
这类尾矿在我国用于水化合成墙体材料的实例尚不多,仅见于卢忠远在《环境科学》1997第1期上发表的“石棉矿水化合成建筑材料的研究”一文。该文介绍,所用尾矿成分为SiO2 39.20%;MgO 40. 09肠;A1203 1.32%;Cr2 03 1.00%;Fee 03 7.44%;CaO 0.52%; NiO 0.01%;烧失量13. 19%;以蛇纹石为主,含少量滑石、白云石和方解石。将此尾矿破碎成10mm的碎粒,在700-1050℃下锻烧,然后磨细至0. 08mm筛余镇1000,加水拌和,经成型、蒸压,可制强度达23. 65MPa的试件。
这方面的工作,前苏联研究的程度较高,早在20世纪70年代初,他们就利用科夫多尔斯克和卡奇纳尔斯克选矿公司的富镁尾矿,研制出胶凝材料、蒸压砖、多孔混凝土等制品,并建设了试验性工厂,获得成功。
研究表明,橄榄石、辉石等无水的硅酸镁矿物,磨细后具有胶凝能力。其中,橄榄石的胶结强度和凝结速度好于辉石。含橄榄石98%的纯橄榄岩,磨细后(3000cm2/g)加水搅拌,在常温条件下,177^-210min初凝, 6h左右达到终凝,20天后,强度达到6-7MPa,蒸压后,压制试件强度可达35MPa,塑性成型试件可达30MPa。表观密度700一 1000kg/M3的多孔混凝土试件,强度为3.0-v8. 5MPa。辉石的水化活性差一些,纯辉石试件,常温下,塑性成型体的凝结一般需要24h以上,7天抗压强度仅为0. 15 MPa,但压制成型的试件,28天可达3. 5MPa,蒸压后可达6. 8MPa。
蛇纹石经800-900V锻烧后,其性质与橄榄石相似。用锻烧过的蛇纹石型石棉尾矿代替石棉水泥板中的全部波特兰水泥,制作的板状构件,一天龄期后抗折强度即达23. 4MPa,一年后可达31 MPa,表观密度仅1. 6-1. 8kg/m2,吸水率在1600^-24%。
用A12 (S04 ):溶液拌制橄榄石型尾矿粉,会迅速发生反应,放出H2S,使样品呈现多孔结构,当表观密度为750一 1000kg/m3时,强度4h为1.5MPa, 28天为2.0^-2.3MPa,当表观密度为550kg/m3时,其强度4h为0. 3MPa, 3天为0. 7MPa, 28天为1. 2MPa。可依此用作生产轻质保温砖。
用锻烧的蛇纹石或蛇纹石化橄榄石、辉石型尾矿,与石灰共同 磨细,可制得石灰一蛇纹石、石灰一橄榄石、石灰一辉石或石灰一橄榄 石一辉石型胶结料,或称为Ca-Mg混合硅酸盐水泥。也可以加人部 分硅酸盐水泥熟料,制得相应的混合水泥。
这种水泥的最佳石灰掺率为15% -- 25%。用这种胶结料可以生产免烧砖.常温条件下养护硬化,强度可达16 ^- 23MPa,蒸压后,其免烧砖强度可达30MPa以上。这类胶结料的特点如下。
①密度:2.1一3. lg/cm3。
②需水量:比普通硅酸盐水泥大,必要时应用减水剂。
③用生石灰(以掺率25写计),初凝47一 60min,终凝150min;用熟石灰,初凝6一9h,终凝20^-30h;用熟石灰外加3%-5%的石膏,初凝2--3h,终凝12h。
④体积安定性:水泥一橄榄石型收缩较小,石灰一橄榄石型收缩较大。
⑤硬化:15一300C , 28天,t=175一2000C ,蒸压6一12h,即可达到1OMPa以上的强度,与灰砂制品相比,同等抗压强度的试件,抗折强度要高出1-2倍。蒸压后的动弹性模量为与普通的硅酸盐制品接近。
⑥耐腐蚀性:在软化、硫酸盐介质中,强度可逐渐增长,在镁盐介质中,强度有所下降,但比波特兰水泥低。软化系数一般为0.85~1 .05。
⑦抗冻性:15次冻融循环后,强度下降10.5%,重量下降2.3%。抗冻标号一般为D25^-D35,蒸压后可达D50-D100。
⑧钢筋的猫结性:一年后,猫结强度可达2. 10^-3. 05MPa。
⑨高温性:500℃下加热6h,强度仍不下降,并且还有所提高。
⑩活性:在空气中存放3个月,强度将降低15%,存放6个月,强度将低20%-30%。含量越高、细度越高,下降越大。
这类胶结料的硬化原理,实质上就是无水矿物与水化合,生成了含水矿物。电镜、XRD、差热和热重分析均证明,不加石灰时,水合产物相主要为片状的叶蛇纹石和纤维状的温石棉类似物。加人石灰后,有透闪石类含水钙镁硅酸盐生成(免烧砖机)。
由如上研究结果可以看出,这类胶结料的标号虽然不及波特兰水泥,但以其良好的抗折性、抗冻性、耐腐蚀和耐高温性,仍然可以取代水泥胶结料生产免烧砖。运用业已生产出的蒸压砖、多孔混凝土砖、证明,这类尾矿不仅也会像含石英的其他类型尾矿一样,具有开发水化合成墙体材料的潜力,而且还具有在常温、低温和蒸压条件下均可硬化的能力。这一成果,无疑为这类尾矿的综合利用,又增添了一个新的途径。