宽城铁尾矿制造氯氧镁复合瓦的研究

陆官雅，周小玉*，孟庆浪

(1. 天津理工大学材料科学与工程学院 天津300384；

2. 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院 北京100191)

宽城铁尾矿制造氯氧镁复合瓦的研究

陆官雅1，周小玉1*，孟庆浪2

(1. 天津理工大学材料科学与工程学院 天津300384；

2. 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院 北京100191)

以宽城铁尾矿为骨料，以氯氧镁水泥为凝胶，制造出复合瓦。通过实验研究，得出复合瓦的最佳配方是：60目的宽城铁尾矿主料为70%，氯氧镁水泥为30%，氯氧镁的 MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的最佳混合比例是8∶1∶13；木屑添加量为2.5%，以0.2%～0.5%的草酸和硫酸亚铁为添加剂，可以降低瓦片重量，提高复合瓦的强度和耐水性能。铁尾矿复合瓦的研制不但可以减少铁尾矿造成的环境污染，而且复合瓦性能优异，是黏土瓦的理想换代产品。

氯氧镁 复合瓦 铁尾矿

0 引 言

我国是21世纪以来世界第一砖瓦生产大国，仅2013年1～2月的统计结果显示，我国的瓦产量就达到11.27亿片。[1]近几年，随着相关环保政策的出台，我国粘土烧结瓦的产量虽然逐年减少，但由于性价比等原因，我国广大农村地区还在大量使用。菱镁瓦以氯化镁、氧化镁为黏结剂，加石粉、木屑等为填料，经轧制而成。由于菱镁瓦各项性能指标优异，而且价格便宜，生产无污染，是黏土瓦的理想换代产品。

目前，国内的铁尾矿等工业矿渣废弃物产量巨大，尾矿排入河道、沟谷、农田，污染空气、水土，破坏环境，甚至造成灾害。本研究的氯氧镁复合瓦的填料采用宽城铁尾矿，可以解决铁尾矿颗粒较细、治理困难的难题，实现变废为宝、绿色生产。

1 提高氯氧镁水泥的耐水性措施

氯氧镁水泥由MgO和MgCl2经过一系列的水解、水化和矿物化等物理化学过程，主要的水化产物是5MgO·MgCl2· 8H2O凝胶，它是水泥强度的主要贡献相。[2-3]

用氯氧镁水泥制造的瓦有很多优点：①凝结硬化快且具有良好的机械强度；②弱碱性和低腐蚀性；③耐磨性好；④阻燃性优良；⑤可锯可钉；⑥不需要高温锻烧，还可添加矿山、建筑废料和秸秆等作为填料，具有节能、环保的优势。但氯氧镁水泥瓦的缺点是吸水、反卤，并在这个过程中降低了强度，限制了使用场合。

许多研究表明，采取以下措施可以提高氯氧镁水泥的耐水性：

1.1 提高MgO的比例

在MgO和MgCl2的反应过程中，因为MgCl2有吸水特性，如出现未反应完MgCl2存在，就会造成产品吸水反卤，严重的降低产品的强度。但未反应完的MgO在氯氧镁水泥硬化体结构中会稳定存在，对产品的强度有保护作用，因此在配料中适当提高MgO的比例。[24]

1.2 添加添加剂

掺入添加剂的目的是在反应中生成稳定的化合物，堵塞氯氧镁水泥中的毛细通道，改善其吸水反卤现象。添加剂可为草酸、聚乙烯醇和硫酸亚铁等。[5]

2 氯氧比例实验

2.1 实验原料

①氧化镁：采用分析纯，MgO含量大于98%；②氯化镁：采用分析纯，MgCl2·6H2O含量大于98%；③中碱玻璃纤维布，市售，宽度30cm；④铁尾矿：取自宽城铁矿区，成分如表1所示，使用60目筛子的过筛率为50%；⑤脱模剂。

表1 宽城铁尾矿化学成分(%)Tab.1 Chemical components of Kuancheng iron ore tailings(%)

2.2 实验设备

100KN微机控制电子式万能试验机、弯曲夹头、压缩试验夹头、游标卡尺、电子天平、烧杯、试样模具(尺寸150mm×40mm×13mm)。

2.3 实验过程

①铁尾矿用60目的筛子过筛；②氧化镁、氯化镁和水按表2的比例，其重量占试件的30%，尾矿占重量的70%，以每个成分按500g进行配料；③先将氧化镁、氯化镁混合，再混入铁尾矿；④在模具内喷涂脱模剂，放一半料后，在振动机上震实，并铺设玻璃纤维，再加预料，震实；⑤将成型后的试块在室温潮湿气氛下养护28d；⑥将养护后的试件进行抗压、弯曲和称重试验，并把养护好的试样浸水10d，阴干3d后，再进行抗压、弯曲和称重试验，得到试件的抗压、抗折及浸水增重结果比较(见表3)。

表2 不同氯氧镁比例的重量Tab.2Weights of magnesium oxychloride with different proportions

表3 不同氧化镁比例试件的性能Tab.3 Performance of magnesium oxide test-pieces with different proportions

由表3可以看出，2号试件浸水前后的抗压性能、抗折性能较高，其软化系数比其余组分更接近1，浸水后增重量百分比最小，耐水性更好。说明MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例为8∶1∶13是最理想的配比，也符合文献关于MgO∶MgCl2·6H2O的比例在(7～12)∶1时氯氧镁水泥耐水性好、强度高的结论，[2]说明添加70%铁尾矿的氯氧镁水泥瓦在MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例为8∶1∶13时是最理想的配比。

3 增加添加剂实验

试块的原料仍以70%的铁尾矿作为填料，制作MgO∶MgCl2·6H2∶H2O的比例为8∶1∶13的试块，并添加木屑、草酸、聚乙烯醇、硫酸亚铁添加剂，其比例如表4所示。

表4 添加剂的成分和比例Tab.4 Components and proportions of additives

将养护28d不浸水与经过浸水、阴干的试件进行抗压、弯曲和称重试验，得到试件的抗压、抗折及浸水增重结果比较，如表5所示。

表5 不同添加剂性能的实验Tab.5 Experimentresult of performances of different additives

由表5可以看出，使用不同的添加剂，试件的性能变化不同。其中添加草酸、硫酸亚铁后，不浸水和浸水的试件的抗压性都提高了15%以上，抗折强度也有一定改观；添加木屑的试件，浸水后抗压强度提高了10%，抗折强度提高了35%以上，说明添加木屑不但可以减小瓦片的重量，还能提高强度和耐水性。但添加木屑在浸水后的强度比不浸水高，说明木屑在混料前必须充分浸水再反应，否则会造成强度极低；有机物聚乙烯醇对试件强度的提高影响不大。

4 结 语

以60目宽城铁尾矿70%、氯氧镁水泥为30%的比例制造复合瓦，其瓦片性能符合国家标准，可以减少铁尾矿造成的环境污染，是黏土瓦的理想换代产品。宽城铁尾矿为骨料，配制氯氧镁水泥MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O的比例为8∶1∶13时是最理想的配比，该配比下，复合瓦的耐水性好、强度高。添加木屑和秸秆可以减小复合瓦的重量，而且添加干木屑重量为2.5%(干料称重)，不但不会降低复合瓦的力学性能指标，还能使指标有所提高。但添加木屑或秸秆，最好先将木屑淋水再生产，否则干木屑会影响形成完整胶体而造成复合瓦强度极低。添加0.2%～0.5%的草酸、硫酸亚铁添加剂，可以提高复合瓦的强度和耐水性，又不会显著增加成本。

［1］ 中国砖瓦工业协会. 砖瓦行业2013年一季度经济运行分析[J]. 砖瓦世界，2013(5)：4-5.

［2］ 晋萍，俞惠，呼克佑，等. 改善氯氧镁喷射混凝土胶凝材料抗水性研究[J]. 煤炭学报，1998，23(1)：102-106.

［3］ 张春杨，王显利. MgO/MgCl2物质的量比对镁水泥基稻草板性能的影响[J]. 北华大学学报自然科学版，2014，15(2)：265-268.

［4］ 李秀法，余红发，蔡玲. 抗水氯氧镁水泥硬化机理研究[J]. 硅酸盐通报广西工学，1991(1)：10-14.

［5］ 段先志，程友亮. 氯氧镁水泥返卤成因及其改进的研究[J]. 南昌职业技术师范学院，2001(3)：11-15.

Study on Production of Magnesium Oxychloride Composite Tile Using Kuancheng Iron Ore Tailings

LU Guanya1，ZHOU Xiaoyu1*，MENG Qinglang2
(1．School of Materials Science & Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China；2．School of Physics and Nuclear Energy Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China)

Using Kuancheng iron ore tailings as aggregate base，magnesium oxychloride cement as gelling，the manufacturing of composite tile was studied in this paper．Experimental results showed that the best formula is 70% 60-mesh Kuancheng iron tailings，30% magnesium oxychloride cement，and the best proportion of magnesium oxychloride MgO∶MgCl2·6H2O∶H2O is 8∶1∶13；the sawdust additive is 2.5%，and 0.2%～0.5% oxalic acid and ferrous sulfate were taken as additives to reduce tile weight and improve tile strength and water resistance．Iron ore tailing composite tiles can not only reduce environmental pollution，but also replace clay tiles due to their outstanding performance.

magnesium oxychloride；composite tile；iron ore tailings

X753

：A

：1006-8945(2015)08-0024-02

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天津理工大学大学生创新创业训练项目资助(X2013020)。

2015-07-08