2.1 理论研究进展
铅锌尾矿的化学特征类似水泥的生料,且呈粉状或细沙状,因此能代替水泥的原料,即铅锌尾矿的水泥原料化。叶力佳等[5-6]将铅锌尾作为铁质和硅质的校正原料发现:生料的易烧性能好,比粘土配料液相提前出现11℃,烧成的熟料中矿物形成良好。吴振清等[7-8]的试验表明:当化学成分与粘土的接近时,铅锌尾矿能完全替代粘土,提高生料的易烧性,而不影响熟料的矿物组成和晶型,各龄期强度提高。何哲祥等[9-10]研究铅锌尾矿掺量对水泥熟料的影响,结果表明,铅锌尾矿掺量为6.5%~16.0%时,熟料中的主物相为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF),晶型发育良好,f-CaO含量最低达0.07%;当掺量为12.25%时,水泥28d的抗折和抗压强度分别为21.8MPa、51.3MPa;当掺量为15%~16%时,熟料中C3S质量分数高达49.2%。吴振奎[11]研究铅锌尾矿作矿化剂时发现:铅锌尾矿作矿化剂能提高熟料质量和强度,熟料易磨,水泥比表面积明显提高。朱建平等[12]用铅锌尾矿烧制阿利特高含量的水泥时发现,生料易烧性随铅锌尾矿掺入量的增加而改善,熟料中C3S含量高达74.52%。
其次,铅锌尾矿和其它工业固体废物复合配料能改善水泥生料的易烧性,提高熟料的强度[13]。王学武等[14-15]用铅锌尾矿代替黏土,电石渣代替石灰石,在1400~1450℃烧成合格的水泥熟料,改善了生料的易烧性,提高了CaO的含量。陈苗苗等[16]采用钢渣和铅锌尾矿分别取代铁粉和黏土配制生料,烧成熟料中f-CaO含量<1%,熟料的28d抗折和抗压强度分别为9.6MPa和60.4MPa。
由上述可见,掺入铅锌尾矿能改善生料的易烧性,提高熟料的强度和C3S含量,还起矿化作用。这是因为[6-7,17-18]:
(1) 尾矿中Zn2+、Pb4+等参与水泥生料的烧成反应,形成低熔点中间相,使液相提前出现,降低C3S的形成温度,改善生料的易烧性;
(2) Zn2+进入中间相增加了液相量,降低液相的黏度,使C2S吸收CaO形成C3S;
(3) Zn2+还可置换出C3S晶格中的Ca2+,而被置换出的Ca2+与SiO2形成有晶格缺陷的C3S,A矿(A矿是含少量MgO、Al2O3等的C3S固熔体)数量增加,C3S的活性提高;
(4) Zn2+、Pb4+等固溶在高温型C3S(即A矿),致使A矿的晶格扭曲畸变,阻碍A矿中的原子位移相变,使熟料慢冷时A矿不容易发生分解,以介稳状态保留下来,稳定了A矿。