摘要
江西宜春钽铌矿伴生锂云母矿是世界上最大的锂云母矿资源，由于锂云母品位较低，因此每生产1吨的碳酸锂将会产出20~30吨的固废锂渣。随着锂盐产业的迅速发展，将产生大量的有害固体废弃物锂渣。锂渣的综合利用率为23%左右，实际的利用率仅为10%左右。由于锂渣的活性铝硅酸盐相少，导致锂渣的活性较低，但锂渣中SiO2和Al2O3的含量较高，因此具有潜在的活性。本文基于此，以江西宜春地区锂云母锂渣为原料，开展其用作水泥矿物掺合料的可行性研究。通过高温煅烧、机械粉磨和碱激发等方法提高锂渣的活性，并结合对锂渣的XRD分析、FTIR分析、SEM分析及掺锂渣胶砂试件的力学性能，确定江西宜春地区锂云母锂渣的最佳活化方法。研究发现锂渣复掺其他矿物掺合料取代水泥具有良好的性能。因此试验采用锂渣双掺矿粉/粉煤灰的方式替代部分水泥，并研究水胶比、NaOH浓度、锂渣掺量对砂浆流动性能和力学性能的影响。并采用了XRD、SEM/EDS和TG/DTG测试结果分析了碱激发锂渣复合胶凝材料的水化产物和微观结构，揭示了碱激发锂渣复合胶凝材料的水化机理。通过上述研究得到以下结论： （1）高温煅烧能够显著提升锂渣的活性，最佳的煅烧温度为700℃。因为锂渣中的高岭土在500~700℃时内部结构脱羟基，晶面结构发生破坏，从而形成了无定形的SiO2和Al2O3，提高锂渣的活性。 （2）磨细锂渣能显著提升锂渣的活性，且锂渣易磨，球磨10min锂渣的粒径就能达到20μm。锂渣为疏松多孔的结构，具有较强的吸水性，因此掺入锂渣会降低砂浆的流动性。当水胶比为0.325，锂渣粒径为20μm且掺量为25%时，制备的砂浆流动度为200mm，满足规范要求。综合考虑力学性能和工作性能，碱激发锂渣复合胶凝材料的最佳水胶比为0.325。 （3）锂渣具有火山灰活性，随着锂渣掺量的增加对应胶砂试件的力学性能呈现先减小后增加再减小的趋势。因为锂渣中的活性SiO2和Al2O3能够与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶可填充基体的空隙，降低孔隙率，提升胶砂试件强度。综合考虑到力学性能和最大化实现锂渣的再利用，锂渣的最优掺量为25%。 （4）NaOH浓度为1mol/L较合适，锂渣中的SiO2和Al2O3与碱性溶液中的OH-发生溶解反应，使Si-O和Al-O共价键断裂，[AlO4]5-四面体和[SiO4]4-四面体溶出。[AlO4]5-四面体和[SiO4]4-四面体又会发生缩聚反应，生成-Si-O-Al-O-地聚物，随着解聚-缩聚反应的发生，生成大量的C-A-S-H凝胶物质。因此随着NaOH浓度升高，胶砂试件的力学性能提升，但当NaOH浓度为1.5mol/L和1mol/L时，胶砂试件的抗折和抗压强度相差较小。从力学性能和经济性能方面考虑，NaOH浓度为1mol/L较合适。
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