镍铁矿渣是红土镍矿火法冶炼镍铁产生的废渣，通常每生产1 t镍约排放9～20 t镍铁矿渣[1]。全国每年镍铁矿渣排放量可达数千万t，但利用率却不足18%[2]。与其他冶金渣相比，镍铁矿渣有用金属回收价值低，排渣量大，已成为冶金废渣处理的一大难题。大量冶炼镍铁矿渣的堆置和填埋，不仅占用土地、污染环境，还直接影响了镍铁冶炼的可持续发展。所以，镍铁冶炼行业急需解决镍铁矿渣的综合利用问题[3]。多孔透水砖作为一种生态环境材料[4]，应用于道路、广场的铺设，配合雨水收集系统，可减轻排水不足造成内涝、城市地表沉降等环境问题[5-6]。目前利用粉煤灰、废玻璃及水厂污泥等制备透水砖已有较多研究，取得了不少成果[7-12]。上述成果多限于试验室阶段，由于原料成分的复杂及波动性、工艺参数稳定性及生产成本等方面存在诸多问题，目前少见于实际生产。而利用镍铁矿渣制备透水砖的研究尚未见报道。

作者之前利用黄金尾矿、赤泥、沙漠沙及石英长石砂岩等制备透水砖，研究了工艺条件对透水砖性能的影响[13-16]。本文在以前研究工作的基础上，针对镍铁矿渣颗粒大小悬殊，化学成分贫铝、富镁、富钙的特点，采用优化的颗粒级配、原料配比和坯体成型工艺，经过工业试验，制备了符合国家标准、性能良好的透水砖。

1 试验原料

（1）镍铁矿渣

本次试验使用的镍铁矿渣来源于山东炜烨节能材料有限公司，为自然干燥样品，其化学成分见表1。

 

表1 镍铁矿渣主要化学成分/%Table 1 Chemical composition of ferronickel slag

  

SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO NiO Cr2O MnO Na2O K2O SO3 49.6 3.90 12.6 25.2 6.27 0.124 0.652 0.382 0.193 0.053 0.175

XRD分析表明，镍铁矿渣物相组成以玻璃相为主，含有极少量结晶相，主要有辉石、铝钙闪石、镁铁（铝）硅酸盐矿物等，镍铁矿渣具有较高的反应活性。

镍铁矿渣的放射性按照GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量标准》进行检测，结果IRa=0.28，Ir=0.57，均符合国家标准。

从图和表可以看出，样品的抗压强度和抗折强度与样品的烧成温度成正比，抗压强度和抗折强度的变化趋势相似，变化幅度稍有差异；而透水系数则随样品烧成温度的提高而降低。造成这些现象的原因是烧成温度较低时，砖坯烧结程度低，颗粒间玻璃相少，孔隙发育，颗粒结合差，强度低；随着烧成温度的升高，低熔组分熔化，使得砖坯液相增加，孔隙减少，颗粒间颈部粗化，颗粒之间的结合强度增大，砖坯的致密度提高。磨坑长度和抗冻指标的变化也反映了这一点，即随烧成温度的提高，样品的耐磨性提高，抗冻性增加。

在进行叶龄记载的基础上，以幼穂剥检为主，进入幼穂分化期后开始对父母本幼穂进行剥检，每3 d一次，以母本始穂早父本1～2 d为最佳相遇标准，否则就要进行调控。

高岭土，山东三福股份有限公司提供，主要成分见表2；水玻璃，淄博齐众泡花碱有限公司生产，模数2 ～ 2.5；玻璃粉为自制。

综合考虑试验研究结果、砖体性能和生产成本，工业试验选择3 mm镍铁矿渣添加量60%（G1）、65%（G12）、70%（G22）三种配比进行。现场根据生产厂家的实际生产设备和工艺进行了适当调整，优化后的工艺参数为：成型压力80～100 MPa；干燥温度60～80℃，干燥时间6 h；烧成温度1150℃，保温时间120 min，样品尺寸为200 mm×100 mm×60 mm。样品主要性能指标见表6。

 

表2 高岭土化学成分/%Table 2 Chemical composition of Kaolin

  

SiO2Al2O3 Fe2O3CaO MgO TiO2 K2O Na2O 烧失57.16 30.35 1.92 1.25 1.23 1.03 2.06 1.71 4.42

2 试验方法

2.1 工艺流程

  

图1 镍铁矿渣透水砖制备工艺流程Fig . 1 Flow chart for the preparation of water permeable bricks

2.2 透水砖的制备

图2～4和表3表示了样品烧成温度与样品性能的关系。样品的工艺条件为镍铁矿渣粒度3 mm，添加量65%，成型压力40 MPa，样品尺寸100 mm×60 mm×20 mm，保温时间80 min。

2.3 样品测试

样品性能按相关国家标准进行测定，其中抗压强度按JC/T 945- 2005的规定进行，抗折强度和透水系数按GB/T 25993-2010规定进行，抗冻性试验按GB/T 4111-2013 规定进行，耐磨性按GB/T12988-2009 规定进行。

3 结果与讨论

3.1 烧成温度对透水砖性能的影响

镍铁矿渣透水砖的制备工艺要点如下：将镍铁矿渣按配方称量后加适量水和粘结剂搅拌均匀，在室温下密封困料(12～24) h，以提高成型性能；坯体成型采用半干法压制成型工艺，试验室成型采用DY-50型电动液压制样机，成型压力40 MPa，工业试验采用J93-200型双盘摩擦压砖机，成型压力80～100 MPa；坯体干燥24 h，分别在不同烧成温度下保温一定时间，随炉自然冷却。

治疗方法：①在发现蛙脑膜炎病症时，隔离发病蛙池，严格控制进出水，并对水体、陆地、食台等进行彻底消毒，及时捞出病死蛙，避免水平传染。②选择对病原菌有效且能够突破血脑屏障的药物，在养殖一线发现，1kg饲料中添加10%氟苯尼考粉10g和20g复方磺胺，发病初期连续用药5天，发病严重的蛙池，可连续用药7天，可以取得较好的治疗效果。若药物用量和疗程不够，则会引起该病反复，加大治疗难度。③在抗生素治疗的同时，可在饲料中添加三黄散、板黄散等中草药制剂，在治疗结束后，继续投喂3～4天。

图8 ～10和表5表示了镍铁矿渣粒度与样品性能的关系。样品的工艺条件：镍铁矿渣加量65%，成型压力40 MPa，样品尺寸100 mm×60 mm×20 mm，烧成温度1150℃，保温时间80 min。

  

图2 烧成温度与样品强度的关系Fig . 2 Effect of strength on sintering temperature of samples

（2）其他原料

  

图3 烧成温度与样品透水系数的关系Fig . 3 Effect of permeability coeff i cient on sintering temperature of samples

  

图4 烧成温度与样品磨坑长度的关系Fig . 4 Effect of abrasion length on sintering temperature of samples

 

表3 透水砖样品的抗冻性Table 3 Frost-resistance data of water permeable brick

  

烧成温度/℃ 抗冻指标 质量损失率/% 强度损失率/%10005.2 21.3 1050 4.5 17.9 1100 3.8 15.1 1150 3.4 13.4 1200 2.9 11.1 1250 9.6 1300 1.7 8.7 D25

具体分析性能指标，在试验范围内，当烧成温度低于1050℃时，样品的性能指标除透水系数外，其他主要性能指标均达不到国家标准；当烧成温度超过1250℃时，样品的强度等性能指标都能够达到国家标准，而透水系数则低于国家标准。因此，烧成温度的高低应根据透水砖的实际用途确定，如用于人行道铺设，则透水砖所需强度相对较小，可在较低的温度烧结；反之停车场铺设用砖，砖体需承载较大压力，则需要较高温度烧结，以获得较高的强度。对于抗冻性来讲，寒冷地区用砖可适当提高烧成温度，以满足抗冻所需。

图7、图8、图9和表4表示了保温时间与样品性能的关系。样品的工艺条件：镍铁矿渣粒度3 mm，添加量65%，成型压力40 MPa，样品尺寸100 mm×60 mm×20 mm，烧成温度1150℃。

3.2 保温时间对透水砖性能的影响

嵊州竹编主要以水竹、毛竹、早竹等为材料，其工艺具有模拟动物、竹编漂白、篮胎漆以及花筋4个方面的特点。嵊州竹编模拟动物形状能达到惟妙惟肖、洗练生动的地步，线条简练但能抓住动物特征，编织技法精细高超，使人为之惊叹。竹编漂白能够使竹编产品摇身一变风格大转，由素雅别致变为洁白光亮，用“漂白”工艺制作的竹编花瓶，其晶莹雪白堪比真花瓶。“篮胎漆”是指在竹器上涂漆，一层一层地叠加，使之达到光洁晶莹的程度，宛若瓷器但比瓷器更加牢固轻巧。花筋工艺是在竹片印上各种花纹图案，印花有单层、双层和多层套色，疏密相间，节奏均匀，装饰味浓厚，装饰在花瓶或果罐上显得典雅别致[6]。

  

图5 保温时间与样品强度的关系Fig . 5 Effect of strength on holding time of samples

  

图6 保温时间与样品透水系数的关系Fig . 6 Effect of permeability coefficien on holding time of samples

  

图7 保温时间与样品磨坑长度的关系Fig . 7 Effect of abrasion length on holding time of samples

 

表4 透水砖样品的抗冻性Table 4 Frost-resistance data of water permeable brick

  

保温时间/min抗冻指标 质量损失率/% 强度损失率/%406.8 22.3 60 4.6 16.9 80 3.4 13.4 100 3.2 11.3 120 2.9 10.7 140 2.7 9.3 160 2.7 9.2 D25

分析图表，随着保温时间的延长样品的强度和抗冻性逐步提高。保温时间在80 min之前，样品的强度和抗冻性提高较快；80 min后，样品强度和抗冻性增加幅度变小；透水系数和磨坑长度则随保温时间延长而减小，与强度和抗冻性有相似的变化规律，即保温时间在80 min之前变化较快，80 min后，变化幅度变小。从样品的SEM图像可以看出，保温时间80 min时样品烧结程度较好，颗粒之间结合紧密，同时也保持了也较为发达的孔隙；而保温时间延长至140 min时，样品过烧明显，颗粒粘连严重，结构致密，孔隙很少。故试验条件下保温时间80 min即可。

3.3 镍铁矿渣粒度对透水砖性能的影响

在一些地区只重视进行造林工作，在进行造林之后不重视对树苗的管理和抚育。因为缺乏一定的管理，进而导致林木生长的情况不好和成活率比较低。

从中看出，镍铁矿渣粒度的增大，样品的强度、耐磨性和抗冻性逐步降低，而透水系数则与镍铁矿渣粒度成正比；分析原因，主要由于镍铁矿渣粒度增大，透水砖孔隙直径增大，连通孔隙增多，致使砖体强度降低、耐磨性和抗冻性变差，透水系数增加。但随着镍铁矿渣粒度变化，各项指标变化幅度较小；也就是说，镍铁矿渣粒度对透水砖性能的影响小于烧成温度和保温时间的影响。

  

图8 镍铁矿渣粒度与样品强度的关系Fig . 8 Effect of strength on particle size of ferronickel slag of samples

  

图9 镍铁矿渣粒度与样品透水系数的关系Fig . 9 Effect of permeability coefficient on particle size of ferronickel slag of samples

  

图10 镍铁矿渣粒度与样品磨坑长度的关系Fig . 10 Effect of abrasion length on particle size of ferronickel slag of samples

 

表5 透水砖样品的抗冻性Table 5 Main prorerties index of industry samples

  

镍铁矿渣粒度/mm强度损失率%1抗冻指标质量损失率%2.9 11.3 2 3.2 12.9 3 3.4 13.4 4 4.7 14.1 5 5.1 14.8 D25

3.4 工业试验结果分析

1.4 统计学分析 采用SPSS 20.0统计软件对数据进行分析。计量资料经K-S检验均服从正态分布，以平均数±标准差表示，行t检验或方差分析；相关性分析采用双变量相关分析；P<0.05为差异有统计学意义。

 

表6 工业试验样品主要性能指标Table 6 Main properties of samples

  

样号抗压强度/MPa抗折强度/MPa透水系数/cm/s磨坑长度/mm质量损失率/%强度损失率%G1 39.86 5.79 0.011 26.32 3.2 12.1 G12 38.89 5.67 0.015 27.12 3.4 13.4 G22 36.54 4.98 0.018 28.82 3.8 14.7

烧成后的三种配比透水砖样品主要性能指标符合GB/T 25993-2010要求。

学生通过观看Lagrange定理微视频自学，教师要及时追踪学生在线自测的反馈信息，并收集学生的疑惑、不理解的公式及证明的推导等。这节课的疑惑是Lagrange定理的证明中辅助函数的构造。在课堂上重点讲解难点疑惑，对于这节课，重点和难点是构造辅助函数对Lagrange中值定理的证明，可以多花点时间。

4 结 论

以镍铁矿渣为主要原料，配以高岭土等辅助原料，经成型、干燥、烧成等工序，可以制备出性能良好的烧结透水砖。

（1）烧成温度、保温时间等工艺条件对样品的强度、透水系数、抗冻性和耐磨性能有比较明显的影响。

（2）镍铁矿渣粒度对样品的强度、透水系数、抗冻性和耐磨性能影响较小。

（3）工业试生产表明，采用粒度3 mm镍铁矿渣，添加量分别为60%、65%和70%，烧成温度1150℃，保温时间120 min时，所制透水砖性能符合GB/T 25993-2010要求。

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