地质聚合物研究进展

地质聚合物是一种以活性硅铝质材料和液体激发剂为主要原料制作而成的新型无机胶凝材料，其原料来源广泛，性能优越，发展前景广阔。介绍了地质聚合物的结构和聚合机理，阐述了地质聚合物的合成原料、制备方法以及性能特点，归纳总结了影响地质聚合物性能的主要因素。此外，分析了地质聚合物存在的问题并对其今后的发展方向进行展望。      

一种钢渣-高岭土基地质聚合物材料

将高岭土和氢氧化钠固体的热活化产物与钢渣混合、水化、压制,制备了一种较高强度的钢渣-高岭土基地质聚合物材料。采用XRD、FTIR和SEM测试方法对原料和合成的地质聚合物材料的表面键合、物相及微观结构的变化进行了分析。质量分数为5%的高岭土碱热活化物料与95%的钢渣粉末制备的地质聚合物材料,其养护3、7和28 d的试块抗压强度分别为20、30和28.9 MPa,达到了非承重墙体建筑材料MU20、MU25和MU30的强度等级标准。表面键合变化表明,反应生成了Si(Al)-O三维网络结构的地质聚合物,钢渣中的硅酸钙受碱激发生成C-S-H凝胶,不反应的固体作填充料增加了材料的抗压强度。     

高岭土/锰尾矿渣-秸秆复合保温材料的制备及其性能研究

锰尾矿渣含有丰富的Si、Al等元素，可作为制备地聚物原料。为考察锰尾矿渣结合稻草秸秆作为保温材料的可能性，利用锰尾矿渣代替部分偏高岭土制备地聚物，并结合稻草秸秆，制备高岭土/锰尾矿渣-秸秆复合保温材料。研究了在自然条件下养护不同时间，添加不同掺量的稻草秸秆对复合保温材料力学性能、导热系数的影响。结果表明，当稻草秸秆粉掺量为3%，养护28 d时，复合保温材料抗压强度达到71.8 MPa，抗折强度达到9.8 MPa，导热系数为0.065 W/(m·K），密度为265 kg/m3，主要指标达到《建筑行业标准》（JG 158—2004）的要求。对高岭土/锰尾矿渣-秸秆复合保温材料进行耐高温实验，结果表明，当煅烧温度低于200~500 ℃时，地聚物对秸秆具有一定的保护作用。研究成果对提高锰尾矿渣、稻草秸秆的综合利用程度有一定的促进作用。     

工业固废地质聚合物的制备工艺及其应用研究

地质聚合物作为一种新型碱激发材料,兼具强度高、抗渗性好、耐腐蚀、凝结速度快等优点。从工业固废资源高效化和绿色化利用角度出发,总结了以采选尾矿、冶金炼渣、粉煤灰等工业固废为原料的地质聚合物的制备工艺和性能分析,阐述了其在新型建筑材料、重金属离子固封材料、环境多孔材料等领域的应用研究进展,并对未来地质聚合物的应用发展方向进行了展望。     

红土镍矿电炉还原炼镍铁合金的研究进展

综述了我国红土镍矿电炉还原炼镍铁的研究进展,重点总结了炼镍铁的机理与研究现状,分析了该技术的难点及其发展趋势。结果表明:红土镍矿中各氧化物的还原先后顺序为NiO>NiFe2O4>Fe2O3>SiO2>MgO。SiO2/MgO在1.6～2.8,FeO含量在20%～30%时,渣与金属密度差异大,且具有良好的流动性,有利于渣与金属分离,提高镍的直收率。渣型对脱硫影响也较大,在碱性渣范围内适当提高炉渣碱度,有利于炉渣脱硫,但是碱度过大会导致渣黏度变大而对脱硫不利。采用电炉还原熔炼工艺生产镍铁具有流程短、镍铁品位易控、金属回收率高的优点,但对于强化冶炼过程、提高作业效率、进一步提高镍铁合金的金属镍含量等问题还有待在生产实践中继续摸索解决。     

红土镍矿熔融还原制备镍铁研究

以红土镍矿为主要原料, 通过熔融还原制备镍铁颗粒, 研究了熔分温度、还原时间、配碳量等因素对还原熔分过程的影响。结果表明, 最佳熔融还原实验条件为:熔分温度1450 ℃, 恒温时间60 min, C/O比1.4, 生石灰配加量10%, 此时得到镍铁颗粒铁含量87.01%, 镍含量7.82%。经高温熔化和还原反应后, 铁镍合金在渣相中不断聚集长大, 最后完成富集; 残渣主要以钙和镁的硅酸盐化合物形式存在。熔分出的镍、铁主要以镍铁合金形式存在, 并含有一定量的FeC和FeNiCS固溶体。     

含钛高炉渣用于烧结矿渣砖的研究

介绍了以高钛高炉渣为主要原料制作烧结矿渣砖的试验研究。结果表明,通过原料配比和生产工艺控制,可以试制出高钛高炉渣掺量超过40%的矿渣烧结砖,产品指标均达到GB5101-2003MU15的要求,为高钛高炉渣的利用开辟了一条新途径。     

铁尾矿-偏高岭土基地聚物配方优化及机理

以铁尾矿为主要原料,并添加偏高岭土作为校正材料,以NaOH溶液和水玻璃作为碱激发剂制备地聚物,通过正交试验研究原料配比对地聚物性能的影响。研究结果表明,在原料n(SiO₂):n(Al₂O₃)为3.0、液固比0.35、碱激发剂模数1.2的条件下,所制得试样28 d的抗压强度最大,为59.0 MPa。采用X射线衍射分析（XRD）、傅里叶红外光谱仪分析（FTIR）和扫描电子显微镜分析（SEM）对最佳条件制备的试样微观结构进行表征表明,试样具有地聚物的微观结构特征,主要物相组成为无定形的硅铝酸盐、半结晶的CSH（I）和α-C₂SH,随着龄期的增长,生成了更多凝胶状物质将细颗粒物胶结在一起,导致试样结构密实,抗压强度提高。     

钛矿渣的利用研究

本文介绍利用钛矿渣生产道路水泥的研究结果,较系统地介绍了该道路水泥的物理力学性能、抗蚀性能、抗冻性能、抗碳化稳定性、干缩变形性能、耐磨性能与砼性能。试验结果表明,钛矿渣道路水泥性能优良、生产工艺简单、能耗低、生产成本低,是一种应用前景十分广阔的新型道路材料。     

纤维掺量对钢渣薄板碳化固结特性的影响研究

钢铁行业CO2排放量大,钢渣等冶金固废资源化利用困难。钢渣碳化材料安定性和耐久性良好,但抗拉强度低、易开裂,限制了其在建筑领域的应用。本文采用钢渣为碳化原料、聚丙烯纤维为增强材料、碳化养护为手段开发制备纤维增强钢渣碳化材料。以钢渣碳化材料抗压强度、抗折强度和碳酸化程度为判断依据,结合热重、压汞法等微观分析方法,研究聚丙烯纤维掺量对钢渣碳化材料力学性能、碳化固结性能的影响规律。研究发现聚丙烯纤维的加入会降低钢渣碳化材料的抗压强度,但适量的纤维掺入对于提高钢渣碳化材料抗折强度是有利的,随着纤维掺量的增加,钢渣碳化材料抗折强度呈现出先不变,后增加,再减小的变化趋势,在纤维掺量为7 kg/m3时达到最大值。此外,聚丙烯纤维的加入会促进钢渣的水化反应,降低钢渣的碳化反应,提高钢渣碳化材料的密度,降低钢渣碳化材料的孔隙率,但会提高碳化反应生成的碳酸钙的热稳定性。本文的研究结果对其它高钙镁含量材料制备碳化纤维薄板提供参考。     

煤气化粗渣基地质聚合物的热稳定性研究

煤气化粗渣可以作为前驱体制备地质聚合物,其耐高温性需要进一步探究。本文分别对煤气化粗渣中掺入10%TiO₂、30 粉煤灰和30%矿渣制备的地质聚合物进行高温处理,探究在不同温度下4种28 d地质聚合物的热稳定性。结果表明,在100 ℃时,样品抗压强度与常温时相差不大;在200 ℃、400 ℃和800 ℃时,4种样品的抗压强度均出现不同程度的下滑,其中强度衰减最为明显的是掺入矿粉的样品,强度衰减较小的是掺入TiO₂的样品;随着温度的升高,地质聚合物出现了开裂现象,在100 ℃和200 ℃时仅煤气化粗渣地质聚合物有开裂现象,在400 ℃时仅掺入TiO₂的地质聚合物未开裂,在800 ℃时所有地质聚合物均开裂。掺入TiO₂的地质聚合物因含有锐钛矿而具有较好的耐高温性。     

矿渣基胶凝材料固化、稳定化某铅锌重金属尾矿

固化稳定化技术是目前处理重金属最重要的方法，固化材料是该技术的核心。为克服传统固化材料性能、成本等缺陷，以大宗工业固废矿渣为主要原料，制备矿渣基新型胶凝材料，胶结固化某铅锌尾矿中的重金属，考察固结体强度和铅锌离子固化、稳定化效果。研究结果表明：矿渣基胶凝材料胶结铅锌全尾砂28 d和60 d龄期强度达6.40 MPa和6.44 MPa，满足矿山充填采矿对充填体强度的要求；固化后重金属铅的浸出浓度为0.012 mg/L（28 d）和0.010 mg/L（60 d），达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）IV类水体中规定的重金属标准限值。矿渣基胶凝材料固化稳定化重金属尾矿，实现了“以废治废”，应用前景广阔。     

利用矿渣和粉煤灰制备地聚物胶凝材料的正交试验研究

为研究矿渣和粉煤灰在地聚物制备中的应用,将不同配比的矿渣和粉煤灰混合后作为硅铝原料,经机械粉磨和激发剂激活后制备地聚物胶凝材料。正交试验研究了矿渣和粉煤灰的配比、水灰比和水玻璃模数3个因素对地聚物抗压强度的影响,并采用XRD、SEM对地聚物的微观结构进行分析。结果表明：当矿渣和粉煤灰配比为1:1、水灰比为0.4、水玻璃模数为1.2时,所制得地聚物28d龄期的抗压强度最高,达到68.45MPa。XRD和SEM分析表明：随着试样养护龄期的增长,生成更多的硅铝酸盐凝胶体,并且原料中部分晶相逐渐转化为非晶相,非晶相凝胶将未反应完的原料颗粒紧紧黏结在一起,使试样结构更致密,从而有利于抗压强度的提高。     

含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿新工艺

基于硼铁矿资源综合利用的现状和转底炉珠铁工艺的基本特点, 提出了含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿的新工艺。在实验室条件下, 以硼铁精矿和碳质还原剂为原料, 系统研究了焙烧温度、配碳量(C/O摩尔比)、还原剂种类、熔融保持时间等因素对球团还原熔分过程的影响, 以及熔分产物的基本特性。试验结果表明: 焙烧温度过高或过低均不利于熔分; 提高配碳量有助于缩短还原熔分时间; 煤灰熔点对熔分有较大影响; 随着熔融保持时间的延长渣中FeO含量降低。优化的工艺参数为: 以无烟煤为还原剂, 配入量为C/O=1.2, 焙烧温度为1 400 ℃, 焙烧时间为15 min。此时, 渣铁分离彻底, 得到含硼元素0.065%的纯净珠铁和B₂O₃品位为20.01%的富硼渣, 珠铁中铁的收得率在96.5%以上, 富硼渣中硼的收得率在95.7%以上。经缓冷处理, 富硼渣主要由遂安石和橄榄石两相组成, 活性达86.46%。含硼珠铁和富硼渣分别是钢铁和硼化工工业的优质原料, 该工艺可为我国低品位硼铁矿的综合利用提供一种新思路。     

粉煤灰基地质聚合物研究进展

粉煤灰制备成地质聚合物，不仅能够使固体废弃物得到资源化利用，而且还能够发挥地质聚合物在重金属离子吸附、防火保温、耐腐蚀以及低碳排放等领域的作用，从而实现资源的高效利用。主要总结了近年来粉煤灰基地质聚合物的研究及应用，并对当前存在的问题以及今后的发展趋势进行了总结和展望。      

低品质红土镍矿选择性还原-磁选制备镍铁合金

以TFe品位21.70%、Ni品位1.92%的低品位红土镍矿为原料,采用回转窑选择性还原-磁选工艺制备镍铁合金,研究了还原温度、磨矿方式以及磁场强度对镍铁回收率的影响。结果表明,适宜的工艺参数为: 还原温度1150 ℃、细磨(磨矿时间3 min)、磁场强度150 mT,此条件下所得镍铁合金中镍品位7.26%、镍回收率96.06%、铁品位85.15%、铁回收率89.23%,实现了低品位红土镍矿中铁、镍高效回收利用,并且镍铁中碳、磷和硫含量均在要求范围内。     

Optimisation of pre-blending process for raw materials in quarrying

ABSTRACT

The negative effects of using fossil fuels and production costs are major problems for cement industry. In this study, the unit production costs and CO₂ emissions from raw material production were calculated for cement quarries. A mathematical model was used to blend the raw materials produced by the cement quarries. The objective function was defined as minimising CO₂ emissions and the unit production costs from raw material production in the quarries. In conclusion, the working life of the quarries was determined to be ~31 years, and the most appropriate product blends for cement production were composed.     

ICP-AES测定铝土矿中低含量氧化钙—酸溶和碱熔预处理方法比较

废渣矿物组成较为复杂,并有较多玻璃质、微晶质和不同矿物的过渡相存在。废渣中锌主要分布在硅酸盐和锌铁尖晶石中;铅含量低,主要以铅矾形式存在;铁的主要物相为赤褐铁矿和硅酸铁;废渣含碳量高,烧失量较大。根据废渣含锌量及浸出毒性结果,将废渣分为两类处理。锌含量低且浸出毒性在国标规定范围的这一类废渣,金属回收价值不高,可作为建筑材料的原料(如水泥、混凝土及烧结砖)。另一类锌含量较高或浸出毒性超出国标规定范围的废渣,进行还原焙烧回收有价金属,90%以上的Zn和85%以上的Pb挥发进入烟尘,得到锌铅含量低且浸出毒性在国标规定范围的残渣,可用于建筑材料。     

磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度和水化特性研究

为实现磷石膏、磷渣固废材料的再生利用,提高工业固废的利用率,以磷石膏、磷渣作为主要原料,采用水玻璃、水泥熟料和磷石膏共同激发磷渣活性制备磷石膏—磷渣基复合胶凝材料。 分别探讨磷石膏掺量、水玻璃掺量和磷渣粉磨制度对磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度的影响;并运用 SEM、XRD 分析磷石膏—磷渣基胶凝材料硬化体的微观结构及组成形貌。结果表明:磷石膏掺量低于 50%时,复合胶凝材料各龄期强度与磷石膏掺量成反比;当 m(磷石膏) ∶ m(磷渣) ∶m(熟料)= 20 ∶72 ∶8,水玻璃掺量为 1. 5%时,胶凝材料 28 d 抗压、抗折强度均达到最大值,分别为 43、6. 3 MPa; 较单独粉磨磷渣与水泥熟料而言,混合粉磨制度会产生“微介质效应”,有利于提高复合胶凝材料强度;复合胶凝材料主要水化产物为 C—S—H 凝胶与钙矾石,钙矾石与未溶解的磷石膏作为骨架被生成的 C—S—H 凝胶包裹、充填、交织在一起,形成致密结构;复合胶凝材料用于替代水泥作为矿区充填材料时推荐磷石膏掺量为 20% ~ 40%。     

以盐湖氯化镁为原料制取粗镁的中试试验

以实验室研究成果为基础,以盐湖氯化镁和电石渣为原料,采用硅热还原法进行了粗镁制取中试条件试验,确定的煅白钙镁比为0.83,煅烧温度为900 ℃,煅烧时间为1.5 h,试验的粗镁还原回收率为80.93%。与以白云石为原料的皮江法制取粗镁工艺相比,以盐湖氯化镁和电石渣为原料的硅热还原制镁工艺充分地利用了二次资源,减少了一次资源开采对环境的破坏,消除了温室气体CO2的排放,减少了工艺过程中的能耗,提高了生产过程的灵活性。因此,解决了电石渣杂质问题后的该工艺将具有良好的工业化前景。