李静，曹德光，农荣，刘文威，蒋江，庞永喻，郭宇，肖远祥

（1.广西大学 材料科学与工程学院，广西 南宁 530004；2.广西理工学校，广西 南宁 530004；3.广西建筑材料科学研究设计院，广西 南宁 530004）

坯体制备条件对蒸压红土镍渣材料抗压强度的影响试验研究

李静1，曹德光1，农荣2，刘文威3，蒋江1，庞永喻1，郭宇1，肖远祥1

（1.广西大学 材料科学与工程学院，广西 南宁 530004；2.广西理工学校，广西 南宁 530004；3.广西建筑材料科学研究设计院，广西 南宁 530004）

以红土镍渣为基础，加入钙质材料制备蒸压材料。探讨了坯体的熟石灰掺量、水泥掺量、加水量和成型压力对蒸压材料抗压强度的影响规律。结果表明：熟石灰掺量≤20%时，抗压强度随着熟石灰掺量的增多而迅速提高；在保证熟石灰掺量的前提下，增加水泥掺量有利于提高蒸压材料抗压强度；加水量、成型压力的增大也有利于抗压强度的提高，加水量适宜范围为25%～30%，合适的成型压力为20 MPa。

红土镍渣；坯体；蒸压材料；抗压强度

2013年我国镍产品需求量为91万t，占全球总需求量的50%。但随着硫化镍矿资源的逐步减少以及镍需求量的不断增加，红土矿的消耗逐渐增加[1-2]，平均每生产1 t镍约有100 t的废弃物产生。本文中的红土镍渣是红土镍矿经酸浸法冶炼过程中产生的工业废渣，目前还未见对其综合利用的文献报道，主要处置方式为简单堆存，这不仅浪费资源，而且占用大量的土地，破坏周边的生态环境，因此，对镍渣的综合利用迫在眉睫。

针对这一现象，结合蒸压材料主要由硅质材料和钙质材料混合后压制成坯体，经蒸压养护得到，而红土镍渣中含有大量二氧化硅，因此提出加入适量钙质材料制备蒸压材料的解决方案。由于坯体的组成、成型压力、加水量等因素直接影响蒸压材料的强度，因此对坯体的制备条件进行试验研究。

1 试验

1.1 原材料

红土镍渣取自某酸浸法提镍厂，经烘干后粉磨，过0.2 mm方孔筛，其化学分析结果如表1所示，XRD图谱如图1所示。水泥为P·Ⅰ52.5水泥，其XRD图谱如图2所示。熟石灰为石灰石经煅烧后熟化所得，其XRD图谱如图3所示。

表1 酸浸法红土镍渣的化学成分%

图1 红土镍渣的X射线衍射图谱

图2 水泥的X射线衍射图谱

图3 熟石灰的X射线衍射图谱

1.2 材料制备及性能测试方法

先将红土镍渣（30%～100%）、水泥（0～20%）和熟石灰（0～70%）按试验设计配比混合均匀，称取一定的质量，再加入一定量的水搅拌均匀后放入内径为Φ20 mm模具中，在给定的压力下压制成型，坯体尺寸约为Φ20 mm×20 mm。然后将坯体放入蒸压釜内进行蒸压养护，蒸压温度170℃，保温6 h，蒸压养护结束后取出试样，经烘干脱去自由水后，用WDS微机控制电子万能试验机测试制品的抗压强度。

2 试验结果及分析

2.1 熟石灰掺量对制品性能的影响

根据上述方法进行试验，成型压力为20 MPa，蒸压温度为170℃，保温6 h（下同），熟石灰掺量对制品性能的影响见表2。

表2 熟石灰掺量对蒸压后制品性能的影响

从表2可以看出，坯体中熟石灰掺量≤20%时，抗压强度随其掺量的增加迅速从7.30 MPa增加至23.60 MPa；熟石灰掺量＞20%时，抗压强度变化不大，基本在15～19 MPa。此外，从坯体蒸压后体积密度的变化规律来看，熟石灰掺量达到20%时最致密，掺量继续增大，体积密度略有降低，与抗压强度变化规律基本一致。

2.2 水泥掺量对制品性能的影响

在2.1的基础上，选取熟石灰掺量较少但强度较高的1-6配方，即m（红土镍渣）：m（熟石灰）=80：20。本试验中水泥分2种方式掺入：一是作为钙质材料取代熟石灰，二是在原配比不变的基础上外掺水泥，具体配比及水泥掺量对制品性能的影响见表3。

表3 水泥掺量对制品性能的影响

从表3可以看出，若水泥作为钙质材料取代熟石灰掺入，则随着水泥掺量越多，强度越低；当水泥外掺掺量≤15%时，随着掺量增大，抗压强度从25.85 MPa呈线性提高至36.90 MPa；而掺量＞15%时，抗压强度变化不明显。主要原因在于，水泥中钙质材料的有效成分含量低于熟石灰，作为钙质材料取代熟石灰使得反应体系内硅质材料不足，影响水化产物种类及其形成。

由此可知，只有在钙质材料掺量有保证的前提下，掺入水泥方可提高制品的抗压强度。

2.3 加水量对制品性能的影响

据上述试验结果，选取以下配比：m（红土镍渣）：m（熟石灰）：m（水泥）=70：15：15。成型时的加水量为0～35%，成型后放入蒸压釜进行蒸压，试验结果如表4所示。

表4 加水量对制品性能的影响

从表4可以看出，随着加水量的增加，坯体抗压强度呈提高趋势。可见，在一定范围内，加水量的增加有利于钙质材料与硅质材料的反应，主要由于固相传质速率较慢，而水作为水化反应重要组成部分，来源主要取决于自身含水量和水蒸气传质；另一方面，等质量的坯料在相同条件下压制成型，随着加水量的增加，即坯体更加致密，有利于固相反应的进行。当加水量为30%时，成型过程中有少量水溢出，加水量为35%时，水溢出量增大；加水量在25%～35%时，抗压强度趋于平衡，说明加水量已到达饱和。

2.4 成型压力对坯体及制品性能的影响

由于加水量较高时，高压成型过程中会有水溢出，所以选择加水量分别为0、10%、20%的条件下进行成型压力试验，配比不变。成型压力对制品抗压强度和坯体体积密度的影响分别见图4、图5。

图4 不同加水量下成型压力对制品抗压强度的影响

图5 不同加水量下成型压力对蒸压前坯体密度的影响

从图4、图5可以看出，无论加水量多少，试样的抗压强度都随着成型压力增大而提高，但是低压时，加水量越多，则抗压强度越大；成型压力≥20 MPa时，3条曲线基本重合，即试样的抗压强度基本不受加水量影响，只随成型压力的变化而变化。体积密度的变化趋势与抗压强度基本一致。

总之，试样的成型压力≥20 MPa时，其抗压强度随成型压力增大而提高的变化趋势减缓。此外，20%加水量时，试样的抗压强度与成型压力（20～40 MPa）基本呈线性关系y=0.5417x+29.661，相关性系数为0.9985。

3 结论

（1）红土镍渣可作为蒸压材料的原料，在熟石灰与水泥掺量适宜时，蒸压后制品的抗压强度可高达40 MPa。

（2）在保证红土镍渣掺量尽可能大的前提下，熟石灰掺量在20%左右，蒸压后制品的抗压强度较高，继续掺入则抗压强度变化不大。

（3）在保证m（红土镍渣）：m（熟石灰）=80：20的情况下，掺入水泥可使抗压强度增大，水泥外掺掺量为15%左右时蒸压后制品的抗压强度达到最佳值。

（4）成型压力为20 MPa时，随着加水量的增加，蒸压后制品的抗压强度逐渐提高，加水量为30%时抗压强度接近峰值。

（5）成型压力≥20 MPa时，蒸压后制品的抗压强度受加水量影响较小。配比为m（红土镍渣）：m（熟石灰）：m（水泥）= 70：15：15，成型压力10 MPa时，加水量为20%，抗压强度亦可高达35 MPa左右。

[1] 彭犇，岳清瑞，李建军，等.红土镍矿利用与研究的现状与发展[J].有色金属工程，2011（4）：15-22.

[2] 张苺.全球镍矿资源开发现状及供需展望[J].中国金属通报，2011 （6）：40-41.

Study on the influence of the autoclaved material compressive strength with different preparation conditions of green body

LI Jing1，CAO Deguang1，NONG Rong2，LIU Wenwei3，JIANG Jiang1，PANG Yongyu1，GUO Yu1，XIAO Yuanxiang1
（1.College of Materials Science and Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，Guangxi，China；
2.Guangxi Polytechnic School，Nanning 530004，Guangxi，China；
3.Guangxi Building Materials Science Research and Design Institute，Nanning 530004，Guangxi，China）

This paper is about preparing nickel laterite acid leaching slag-based autoclaved material by adding calcium material. The influence of autoclaved material compressive strength with different addition of hydrated lime mortar，cement，water in the green body and the molding pressure on the green body are studied.The results show：when the content of hydrated lime≤20%，the compressive strength increased quickly as the content of hydrated lime grows；under the precondition of ensuring hydrated lime，with the increasing of cement-content，the compressive strength is improved；the increasing of water addition and forming pressure are also helpful to the compressive strength，the suitable range of water addition is 25%～30%，the better forming pressure is 20MPa.

nickel laterite acid leaching slag，green body，autoclaved material，compressive strength

TU52

A

1001-702X（2015）04-0011-03

2015-01-05；

2015-02-12

李静，女，1992年生，广西全州人，硕士研究生。