利用锂渣作建材工业原料的研究与应用.pdf

第5 2 卷第4 期 2 000 年1 1 月 有色金属 N o N F E R R U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 。N o ．4 N o v e m b e r2 0 00 利用锂渣作建材工业原料的研究与应用 李春红1 ，费文斌2 1 ．新疆锂盐厂信息中心，乌鲁木齐8 3 0 0 0 6 ；2 ．新疆天山水泥股份公司技术中心。乌鲁木齐8 3 0 0 0 6 摘要就地利用资源特别是工业渣．是建材工业的特点和优势，也是原料战略转移的重要方向。它不仅可以使建材企业获 得优质、高产、低能耗的经济效益，还能消纳工业渣，保护环境，成为促进经济持续发展、转入良性循环的重要组成部分。而且对我 国环保产业的开发与环境资源的可持续性发展．更是极其重要。本文综述了利用锂渣作建材工业原料的研究与应用。 关键词锂渣；水泥熟料；混合材；混凝土；陶瓷釉面砖 中图分类号x 7 5 暖文献标识码A 文章编号1 0 0 1 一。2 1 1 2 0 0 。4 一。2 4 。一。3 中国最大的锂盐厂新疆锂盐厂，每年排放 锂渣近5 万t ，截至1 9 9 9 年底已堆存废渣近1 0 0 万 t ，占地1 ．3 万m 2 。就地利用资源特别是工业渣，是 建材工业的特点和优势，也是原料战略转移的重要 方向。它不仅可以使建材企业优质、高产、低能耗， 获得显著经济效益，还能消纳工业渣、保护环境，成 为促进经济持续发展，转入良性循环的重要组成部 分。另外，国家的各项优惠政策也在向综合利用工 业废渣倾斜，对于综合利用工业废渣的企业 项目、 产品 实行减免税的优惠政策。目前，如何处理好锂 盐工业废渣锂渣的综合利用，是值得研究的课 题。 1锂渣 1 ．1 锂渣的形成 碳酸锂渣 简称锂渣 是用锂辉石精矿硫酸法生 产碳酸锂过程中产生的废渣，即生产碳酸锂过程中， 碳酸锂熟料经过浸出过滤洗涤后排出的残渣。 困一圆圃一圆一压五团圃 一圆一圃一圆r 固 L 匾圃 图1 锂渣形成图 1 ．2 锂渣的性质和质量 锂渣物理化学性质取决于锂辉石精矿的品质、 细度及焙烧过程的燃烧方式、温度和排出方法。 作者简介李春红 1 9 6 9 一 ，女。工程师 1 物理性质。锂渣外观呈土黄色，无水硬性， 在自然干燥下含有一定水分，烘干后呈粉末状，颗粒 较小。它具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻 璃状，锂渣的多孔结构，使其对水有较大的吸附能 力。其主要物理性质密度、松散干容重、细度、含水 量、需水量比、2 8 天抗压强度比等列于表1 。 表1 锂渣的物理性能 耥。器，甓量。罂，谮猫甓 4 ．68 9 0 规定要求。根据G B 9 1 9 6 8 8 标准。我们在国家建材测试中心对锂渣进行了放 射性强度检测。检测结果见表3 。经计算，锂渣的 放射性强度远低于国家标准，说明锂渣完全可以用 于生产建筑材料。 万方数据 第4 期李春红等利用锂渣作建村工业原料的研究与应用2 4 1 表3 锂渣放射性检测 放射性核素2 2 6 R a2 3 2 T h4 0 K备注 比活度／ B q k g 一1 8 2 ．9 3 4 ．21 5 4 不确定度 并与高炉矿渣、磷渣进行对比 表 6 ，说明锂渣为高活性混合材。故利用不同掺加量的 锂渣作混合材进行生产水泥的试验研究，见表7 。 表6 锂渣、高炉矿渣、磷渣活性对比 表7 不同锂渣掺人量水泥的物理性能 * 安定性合格 通过研究试验表明利用锂渣作混合材生产水 泥熟料技术上是可行的，其各项指标均达到G B l 3 4 4 9 2 中矿渣硅酸盐水泥国家标准所规定的指标。 并验证了“利用锂渣作混合材生产锂渣硅酸盐水泥 的可行性”。 用锂渣作水泥的混合材料，每利用一吨锂渣可 获得直接经济效益1 2 0 元以上。与硅酸盐水泥相 比，锂渣硅酸盐水泥的生产成本可降低4 0 ％。按现 在新疆锂盐厂每年排出锂渣5 万t ，就可以生产1 5 5 6 1 3 7 7 8 8 2 5 8 1 6 6 6 7 5 2 1 4 4 5 6 6惦∞”弘 3 3 2 3n 如弘弘 l l 1 1 万方数据 2 4 2有色金属第5 2 卷 万t 锂渣硅酸盐水泥，年产值5 4 0 0 万元，年获利润 2 2 5 0 万元 以水泥成本为2 1 0 元／t ，水泥价格为 3 6 0 元／t 计 。 2 ．3利用锂渣代替部分水泥配制混凝土 混凝土材料的结构是三个层次的界面结构即 粗骨料一水泥石、细骨料一水泥石及水泥颗粒之间 的界面结构，因而混凝土的强度来源于集料、水泥石 及两者之间的界面粘结强度。要提高混凝土强度， 就必须相应提高三者之间的强度。混凝土材料的成 分中起主导作用的是水泥石，而水泥石中起主导作 用是C S H 凝胶。水化产物中C S H 凝胶的数量及分 布决定了混凝土的强度。说到底，混凝土的成分中 起关键作用的是C S H 凝胶的数量。 由于锂渣具有含较多的无定形S i 0 2 、无定形 A 1 2 0 3 和C a S 0 4 两大特点。当锂渣作为代替部分水 泥配制混凝土的原料，这两大特点表现为 1 较多 的无定形S i 0 2 ，其活性较高易与水泥水化放出的C a O H 2 反应生成C S H 凝胶；由于C a O H 2 的消耗， 既促进了水泥水化，又使C a O H 2 结晶细化，因而 有利于三个层次界面的粘结。 2 较多的无定形 A 1 2 0 3 和C a S 0 4 ，易与溶液中的- C a O H 2 化合生成 水化硫酸铝钙。这有利于混凝土的早期强度。但是 锂渣本身不能水化硬化。它的水化硬化主要是靠与 水泥熟料水化放出的C a O H 2 的反应，即二级水化 反应。而这种反应由物理吸附到化学反应需要经过 一定的过程和时间，随着水化龄期的增长，对于不掺 锂渣的混凝土，由于沉积在水泥颗粒表面的水化产 物层加厚，其水化越来越困难，其水化产物中C S H 数量增加的速度也就越缓慢。而掺锂渣的混凝土则 情况有所不同，因为锂渣成分中的活性S i 0 2 可不断 地与溶液中的C a O H 2 化合生成C S H 凝胶，同时 由于溶液中C a O H 2 的消耗，又必然引起沉积在水 泥颗粒表面的C a O H 结晶的溶解，这不仅可使 C a O H 2 结晶细化而且还减少了水分与未水化水 泥颗粒接触的阻力，从而促进了水泥的水化，其结果 是对界面粘结起决定作用的C S H 凝胶增加的速度 大于不掺锂渣的混凝土，相应地减少了对界面粘结 不利的C a O H 的结晶，以至于在2 8 天龄期时，掺 锂渣的混凝土中有利于界面粘结的C S H 凝胶总量 已经超过不掺锂渣的混凝土，其强度不仅赶上，而且 可明显高于不掺锂渣的混凝土，而2 8 天以后的强 度，掺锂渣混凝土会超出的更多。 试验室试验和工业性试生产结果如表7 、表8 。 从表7 、表8 中试验数据可以看出锂渣取代水泥混 凝土与未掺入锂渣的混凝土的基本力学性能和耐 表7 混凝土基本力学性能 麟蛐能甜／c 肘m 鬻鬻小化糯鬣工f 毋怔工 【注】 1 表列抗压强度、抗折强度、棱柱强度均已乘过换算系数 2 表列抗剪强度数据是采用双面剪试验方法取得的。 l 表8 混凝土耐久性能 久性能相当或有提高，说明锂渣取代部分水泥配制 混凝土是可行的。 2 ．4 利用锂渣作陶瓷釉面砖原料 锂渣的化学成分和釉面砖坯料接近，因此用它 可以取代一部分传统的陶瓷原料，研究试制釉面内 墙砖，以此来广辟陶瓷原料来源。用锂渣作釉面内 墙砖坯体原料的依据为 1 锂渣外观呈土黄色，无水硬性，在自然干燥 下含有一定水分，烘干分呈粉末状，颗粒较小，7 4 , u m 筛余量小于1 0 ％，无塑性，白度5 1 ．9 ％，耐火度 1 0 7 0 ℃。 2 锂渣的化学成分与釉面砖坯料接近，按照陶 瓷坯料实验公式的表示方法其坯式为1 R 2 0 R 2 0 ；1 ．7 5 A 1 2 0 3 ；8 ．4 2 S 1 0 2 ，满足石灰石精陶的组 成范围。 3 锂渣的主要矿物组成也是适合陶瓷生产的 硅酸盐矿物，其中叶腊石又占较大比重。叶腊石原 料含结晶水较少，而且在加热至5 0 0 ～8 0 0 ℃之间时 脱水缓慢，总收缩不大，适用于配制快速烧成陶瓷坯 料。 4 锂渣含有0 ．3 ％～0 ．5 ％氧化锂，它的加入 可以大幅度提高坯料的抗热震性能和机械强度。 通过研究试验以及内墙砖的批量生产产品主 要工序质量指标为 ％ 成型合格率9 3 ．1 ，干燥合 格率9 4 ．2 ，素烧合格率9 1 ．2 ，釉烧合格率9 2 ．3 。产 品性能测试中试产品按G B ／T 4 1 0 0 9 2 釉面内墙 砖 标准进行多次测试。各项技术指标均达到标准 要求。 下转第2 4 4 页 万方数据 有色金属第5 2 卷 并 网 水 渣池 刮渣及反冲洗水 图2 废水治理工艺流程图 过 滤 池 回用 由监测数据表可以看出，处理后水质和总排放 口水质均达到国标G B 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标 准。平均污染物去除率 ％ 油9 8 ．7 ，铜9 4 ，S S 8 5 ， C O D 3 2 ．8 。 3效益分析 洛铜“全厂工业废水综合治理”项目的完工，使 本厂所有的工业废水实现了达标排放的目的，净化 了环境，解决了几十年来外排废水超标的问题，每年 节约排污费约7 0 万元。具有较好的经济效益和社 会效益。同时，提高了水的复用率 9 0 ％以上 ，节约 表1 水质分析结果／ m g L 。1 点位pH C O DS S 处理前浓度81 8 ．08 0 ．0 处理后浓度8 ．1 65 ．7 01 2 ．0 厂总排口浓度8 ．1 33 2 ．8 2 1 ．1 污染物去除率 ％ 6 88 5 排放标准 6 91 0 07 0 油铜挥发酚氰化物P bz nN iA s 了水资源。由于各生产分厂的用后水引回处理站进行 处理后循环使用，减少了新鲜水量，而大部分原用生产 水的直接、间接冷却水的地方，经工艺论证后改用循环 水。在二期工程改并网后，新鲜水用量明显下降，由原 来的6 0 ～7 0 万t ／月减少到现在的3 0 - - 4 0 万t ／月。年 可节水2 1 3 0 - - 3 0 0 万t 。直接经济效益达2 0 0 - - 3 0 0 万元。 4 存在问题及建议 1 由于废水治理工程在设计时考虑到节约能 源问题，冷却塔位于隔油处理前，导致冷却塔顶部油 泥严重，若清理不及时将导致冷却塔堵塞，建议认真 落实管理，派专人定期清理，确保设施正常运行。 2 公司总排放口虽然达标排放，但是各个系统 必须严格管理，杜绝跑、冒、滴、漏，才能保证废水达 标排放。 上接第2 4 2 页 表9 新疆建材质量监督站检测结果 项目技术指标结果 长度偏差／m m 0 ．5 符合指标要求 厚度偏差／m m0 ．8符合指标要求 外观质量详见G B ／T 4 1 0 0 中指标符合优等品指标要求 色差详见G B ／T 4 1 0 0 中指标符合优等品指标要求 平整度详见G B ／T 4 1 0 0 中指符合优等品指标要求 边直度和直角度详见G B ／T 4 1 0 0 中指标符合优等品指标要求 白度≥7 3 度7 7 ．7 4 度 吸水率／％≤2 1 1 9 ．2 2 耐急冷急热性 誓票釜嘉篓鋈囊薹经柔善耋羹嘉妻囊薹后 弯曲强度／M P a≥1 6 1 7 ．4 3 全部达标 因此，锂渣用作釉面内墙砖坯体原料技术上也 是可行的。 目前，新疆陶瓷釉面砖原料来源不足，用锂渣代 替陶瓷原料配制釉面砖，不仅能大幅度降低产品成 本，解决原料短缺问题，而且每年都可以消耗锂渣 1 3 0 0 t 以生产2 0 万m 2 釉面砖，锂渣配入量按4 0 ％ 计算 ，提高经济效益近3 0 万元。锂渣用于釉面内 墙砖的生产，具有良好的经济效益和社会效益。为 釉面内墙砖扩大原料的来源，开辟了一条新的途径。 4结论 I 锂渣是一种高活性材料，可以广泛地应用于 建材工业的生产中。 2 锂渣在建材工业中应用，对环境保护、资源 再利用、节约能源都具有显著经济、社会和环境效 益。对我国环保产业的开发与可持续性发展，极为 有益。 未 Ⅲ ” m 叽 2 未 ㈨ 出 ．， 龇 ” 料 o M挖捞4 5篮蛐芝 万方数据