刘腾生，赵加豪

1.江西中山建工工程有限公司，江西 新余 338000；2.江西鸿浩志工程质量检测有限公司，江西 南昌 330012

1 引言

江西省宜春市拥有丰富的锂云母矿产资源，其钽铌矿伴生锂云母矿是已探明国内最大的锂云母矿床之一，也是当地锂电新能源企业正在开发利用的主要锂矿石之一。以碳酸锂产能达1 万t/y 来计算，宜春市锂云母矿床几乎可以开采100 年之久，故宜春也被称为“亚洲锂都”。据统计，宜春地区锂云母矿锂含量在2%～5%范围内，现有工艺提取锂云母中的锂、铷、铯等有价元素后，将产生10 倍以上的工业固体废渣，因此现有锂云母矿提取碳酸锂工艺的产渣量极大。

锂渣是锂云母矿提取碳酸锂的生产工艺过程中经过原料煅烧、浸出、过滤、洗涤、提纯、压滤等工序后排出的固体残渣。锂渣由于颗粒较细，在经过废浆液压滤工艺后含有较高的水分，烘干后呈粉末状。目前，在建材领域，锂渣主要用于制备水泥、路面砖、釉面砖和墙材制品等，但锂渣粉由于潜在活性不高、需水量大，用于混凝土掺合料领域还处于试验研究阶段，也未见其大规模资源化利用［1-3］。为了科学、合理地对锂渣进行资源化利用，本文系统地研究了锂渣粉与粉煤灰、矿渣粉和硅灰等三种矿物掺合料复合对胶凝材料强度的影响，旨在探讨锂渣复合粉对胶凝材料力学性能的影响规律，为锂渣大规模建材资源化利用提供一定的理论依据。

2 原材料

2.1 水泥

采用江西万年县万年青水泥厂生产的P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，其物理化学性能见表1，主要化学成分分析见表2。

表1 水泥的物理化学性能分析

表2 水泥的主要化学成分分析

2.2 锂渣粉

由宜春某碳酸锂生产企业取样的锂渣磨细制成，表观密度为2.51g/cm3，亚甲蓝值为1.1。锂渣粉主要化学成分分析见表3。本试验采用Φ 500 标准试验磨将锂渣加工到比表面积达500 m2/kg。

表3 锂渣粉的化学成分分析

2.3 其他矿物掺合料

采用江西九江二电厂生产的F 类Ⅱ级粉煤灰，主要化学成分分析如表4 所示。矿渣粉采用萍钢集团生产的水渣磨细制成的S95级矿渣粉，比表面积为415m2/kg，密度为2.82g/cm3，其主要化学成分分析见表4。硅灰采用上海山鹰环保科技有限公司生产的超细硅灰，主要化学成分分析如表4 所示。

表4 几种矿物掺合料的化学成分分析

2.4 水

采用实验室自来水。

3 试验方法

试验采用万年青生产的P.O42.5 普通硅酸盐水泥，比表面积为500m2/kg 的锂渣粉等四种矿物掺合料，参照水泥胶砂试验方法制备40mm×40mm×160mm的三联水泥胶砂试件。锂渣粉与粉煤灰、矿渣粉和硅灰按不同比例进行复合，矿物掺合料总掺量保持不变。试验环境温湿度应符合水泥胶砂强度试验方法标准GB/T17671 的规定，成型环境温度为20℃±2℃，相对湿度50%以上。试件水中养护温度为20℃±1℃。

4 试验结果及分析

4.1 锂渣粉与粉煤灰的复合效应研究

试验采用锂渣粉与Ⅱ级粉煤灰复掺，矿物掺合料总掺30%，测试胶砂的3d、7d 和28d 抗压和抗折强度，试验结果如表5、表6 所示。

表5 锂渣粉与复掺粉煤灰胶砂配合比

表6 锂渣粉复掺粉煤灰试验结果

由表6 可以看出，单掺30%粉煤灰与单掺30%锂渣粉的胶砂强度相当，但锂渣粉复掺粉煤灰时，胶凝材料3d 抗压和抗折强度均高于单掺粉煤灰或单掺锂渣粉的胶凝材料强度。其中LF3 组与单掺粉煤灰相比，3d 抗折和抗压强度分别高20%和19.9%。7d、28d 龄期时，LF3 组的抗折强度和抗压强度比单掺锂渣粉或粉煤灰都要高。锂渣粉与粉煤灰复掺对胶凝材料抗折和抗压强度都有改善作用。这可能是由于锂渣磨至超细状态能够促进胶凝材料水化，提高胶凝材料早期强度，同时粉煤灰的火山灰活性又能够提高胶凝材料后期强度。

4.2 锂渣粉与矿渣粉的复合效应研究

试验采用锂渣粉与S95矿渣粉复掺，矿物掺合料总掺30%，测试胶砂的3d、7d 和28d 抗压和抗折强度，试验结果如表7、表8 所示。

表7 锂渣粉复掺矿渣粉胶砂配合比

表8 锂渣粉与矿渣粉复掺试验结果

由表8 可以看出，锂渣粉复掺矿渣粉时，胶凝材料强度明显高于单掺锂渣粉、粉煤灰及锂渣粉复掺粉煤灰时的强度。LK3 组3d 抗折强度与水泥胶砂3d 抗折强度相当，比单掺锂渣粉的高26.5%；复掺3d 抗压强度增长74.1%。7d 龄期时，LK3组抗折强度与水泥胶砂3d 抗折强度相当，比单掺锂渣粉的高23.1%；复掺7d 抗压强度增长24.1%。28d 龄期时，与单掺锂渣粉相比，LK3 组抗折强度增长27.7%，抗压强度增长42.5%。说明与单掺锂渣粉相比，锂渣粉与矿渣复掺的效果较好，且锂渣粉与矿渣粉复掺对胶凝材料抗压强度的改善作用大于对抗折强度的改善作用。

4.3 锂渣粉与硅灰的复合效应研究

表9 锂渣粉复掺硅灰胶砂配合比

表10 锂渣粉与硅灰复掺试验结果

试验采用锂渣粉与硅灰复掺，锂渣粉掺量为0%、5%、10%、20%和30%，硅灰掺量为0%、5%、6%、8%和10%，测试胶砂的3d、7d 和28d 抗压和抗折强度，试验结果如表9、表10 所示。

由表10 可以看出，硅灰与锂渣粉复掺时，胶凝材料整体强度明显优于单掺锂渣粉，但略低于锂渣粉与硅灰复掺时的胶凝材料强度。与单掺锂渣粉相比，LS3 组3d 抗折强度增长23.5%；复掺3d 抗压强度增长58.9%。7d 龄期时，与单掺锂渣粉相比，LS3组抗折强度增长23.1%；抗压强度增长12.2%。28d龄期时，与单掺锂渣粉相比，LS3 组抗折强度增长19.5%；抗压强度增长35.2%。当锂渣粉掺量在一定范围内时，锂渣粉与硅灰复掺能提高胶凝材料强度。锂渣粉与硅灰复掺对胶凝材料抗压强度的改善作用较大。

5 结论

由上述试验结果来看：锂渣粉复合粉煤灰、矿渣粉和硅灰时，对胶凝材料具有较好的矿物掺合料协同效应。这种复合协同效应的效果是矿渣粉优于硅灰，而硅灰又优于粉煤灰。总体来看，锂渣粉与矿渣粉复掺对胶凝材料的增强效果最好。锂渣粉复掺粉煤灰、矿渣粉和硅灰时，胶凝材料的早期强度和后期强度显著增长，这可能主要是因为锂渣粉不仅可以促进胶凝材料早期水化反应，还能够促进活性矿物掺合料与水泥水化产物氢氧化钙进一步发生化学反应，提高胶凝材料后期强度。不同种类的矿物掺合料复合使用时，可以发挥各自作用，优势互补，进而提高胶凝材料强度。