钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C-S-H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料, 基于均匀设计方案, 开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验, 结果表明, 矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素, 脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大, 而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型, 利用智能算法的全局寻优, 获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为: 脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%, 材料成本为34.92元/m³;根据该配比进行了室内制备试验, 结果显示, 充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa, 并且随着反应龄期增加, 该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%, 充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣—钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C—S—H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C—S—H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

钢渣粉掺入对高强尾矿混凝土性能的影响

为了研究钢渣粉掺入对高强尾矿混凝土性能的影响,以比表面积为5 950 cm2/g的钢渣粉等量替代比表面积为5 137 cm2/g的基础胶凝材料(铁尾矿、矿渣、水泥熟料、天然石膏的梯级磨矿产品,各对应成分的质量比为40∶26∶26∶8)进行了胶砂流动度试验,并以等质量的原始粒级铁尾矿为骨料,进行了混凝土试件强度试验。结果表明:钢渣粉的掺入在一定程度上提高了体系的流动度;钢渣粉的掺入对混凝土早期强度有明显的负面影响;钢渣粉水化作用的缓慢、持久释放,使掺钢渣粉的混凝土后期强度显著增长,但钢渣粉的掺量不宜超过20%。试验产品的SEM分析表明,无论是否掺加钢渣粉,尾矿混凝土水化产物均为钙矾石和C-S-H凝胶;在反应的中后期,体系中C-S-H凝胶和钙矾石的协同生成能够促进体系强度的增长。     

工业固废开发充填胶凝材料概述与应用展望

从材料和研究方法角度总结了利用固废开发充填胶凝材料的研究现状,将工业固废划分为潜在活性材料及惰性激发材料两个部分;固废应用于矿山充填,主要机理是以矿渣为基本组分,通过添加其他固废材料或激发剂,促使其水化反应,生成主要胶凝物质钙矾石与凝胶;选取不同工业副产石膏,开展了钢渣-矿渣-石膏全固废超细全尾充填胶结体强度试验,结果表明,石膏种类对充填体强度及体积膨胀率影响不大,钢渣掺量40%,石膏掺量12%以上时,充填胶结体强度均达到2.5 MPa以上,钢渣-矿渣-石膏全固废胶凝材料可应用于超细全尾砂胶结充填。     

赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究

以赤泥作为调整剂加入到矿渣、石膏、水泥熟料组成的矿渣基胶凝材料中,考察其掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并对胶凝材料的微观形貌进行SEM分析。结果表明：随着赤泥掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小;在赤泥掺量为6%时（矿渣、石膏、熟料用量分别为74%、10%、10%,PC减水剂用量为各原料总量的0.3%）效果最优,胶凝材料的3、7、28 d抗压强度分别达到61.93、70.53、81.02 MPa。胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石;随着反应龄期的增长,C-S-H凝胶的覆盖面积不断增大,钙矾石晶体也紧密交织,水化过程趋于完全。     

利用福建某铅锌尾矿和矿渣粉制备高强混凝土试验

通过正交试验来探讨影响铅锌尾矿和矿渣粉制备高强混凝土的因素,并利用XRD、SEM来分析水化产物及微观形貌。试验结果表明:1当矿渣粉磨60 min(比表面积为625.6 m2/kg)、铅锌尾矿和矿渣粉以1∶1的质量比混磨60 min(比表面积为719.1 m2/kg)、石膏掺量为胶凝材料总量的2%时可以制备出28 d抗压强度达到93.75 MPa的高强混凝土;XRD图谱和SEM图片显示,混凝土试件的早期强度主要来源于钙钒石的形成,养护期间体系中C-S-H凝胶生成量的增加,以及C-S-H凝胶与钙钒石紧密穿插在一起是后期强度增长的主要来源。2石膏过量会使体系不断生成钙钒石,钙钒石表面的电性能会发生吸水肿胀现象导致体系破裂,从而使混凝土的抗压强度降低。     

利用钼尾矿制备矿物掺合料的试验研究

以钼尾矿、矿渣、熟料和石膏为原料制备胶凝材料,探讨了钼尾矿粉的火山灰反应活性和胶凝材料的水化反应活性,并通过化学结合水和SEM对水化产物进行了研究。结果表明,当钼尾矿粉在胶凝材料中掺量为40%,胶凝材料的初凝时间和终凝时间分别为195 min和290 min,胶砂试块28 d抗压强度可以达到55.9 MPa。利用钼尾矿制备的胶凝材料的水化产物以钙矾石和C-S-H凝胶为主,二者的相互交织促进了胶砂试块强度的增长。     

钢渣——脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究

为提高冶金行业伴生固废的资源化利用率,将钢渣粉与烧结烟气脱硫灰复配组成全固废胶凝材料,添加粉煤灰调整其硅铝矿相组成,取三异丙醇胺（Triisopropanolamine,TIPA）作为激发剂,首先对净浆的力学性能、水化产物组成、水化产物微形貌和孔结构以及水化放热表征分析,探究矿相调整与化学激发对钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料水化硬化过程的影响规律。然后采用铁尾矿砂与上述胶凝材料制备全固废砂浆,考察砂浆力学性能发展规律,并探究全固废胶凝材料与固废骨料之间界面过渡区的特征。结果表明:单掺20%的粉煤灰明显促进水化硅酸钙（C—S—H）生成,使净浆14 d抗压强度提升1.86倍,但粉煤灰掺量增大至50%则对3、7 d的强度不利;单独使用TIPA激发则可帮助净浆3 d抗压强度从0.52 MPa提升至11.44 MPa,借助TIPA对铁离子的络合作用,可促进高掺量（50%）粉煤灰的全固废胶凝材料的水化,3 d抗压强度可达3.69 MPa;钢渣—脱硫灰全固废砂浆界面过渡区内Ca（OH）₂生长在C—S—H骨架中而不与骨料直接接触,矿相调整后界面过渡区出现了垂直生长在骨料表面的钙矾石...     

生石灰调控碱激发胶结料早期水化作用的机理

为阐明生石灰调控碱激发胶结料早期水化作用的机理,以矿渣、钢渣、脱硫石膏为主要原料制备碱激发胶凝材料。基于料浆质量分数为70%,砂灰比为6,矿渣∶钢渣∶脱硫石膏∶生石灰=42∶40∶12∶6的探索性最优试验条件,开展净浆试验,借助X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等微观分析手段探讨了生石灰调控矿渣-钢渣-石膏复合胶凝体系的早期水化作用的机理。研究结果表明:不同龄期的矿渣基碱激发胶凝材料水化产物均以钙矾石和C—S—H凝胶为主,生石灰为水化体系提供较高的pH,在OH~-极性作用下矿渣持续水解,随着水化反应的进行,水化产物的结晶度及交联密实度不断增加,充填体早期强度持续增长。     

机械力活化对钼尾矿胶凝性能的影响研究

利用机械力对钼尾矿进行活化,并掺入矿渣、熟料和脱硫石膏制备胶凝材料,并通过XRD、SEM研究机械力活化对钼尾矿胶凝性能的影响。结果表明:机械力活化能够有效改变钼尾矿颗粒粒度分布,激发钼尾矿颗粒的水化反应活性。所制备净浆试块28 d的抗折强度和抗压强度分别可以达到10.1 MPa和63.21 MPa,具有良好的胶凝活性。钼尾矿胶凝材料的水化产物主要是水化硅酸钙凝胶和钙矾石。胶凝材料中钼尾矿的总掺量达到70%,固体废弃物掺量达到87.5%,为固体废弃物的二次利用开拓了新思路。      

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

无熟料钢渣矿渣水泥在热养护条件下的强度发展

为了探讨以鞍钢钢渣与矿渣为主要原料生产无熟料钢渣矿渣水泥的可能性,以鞍钢钢渣与矿渣质量比A、矿渣与钢渣梯级混磨细度B、Ca(OH)2与石膏质量比C、热养护温度D为影响试件不同龄期强度的4因素进行了正交试验,并对胶凝材料的XRD图谱和净浆试块的SEM照片进行了分析。结果表明:1A、B、C、D分别为1∶2、480m2/kg、2∶1和35℃的情况下,试件的抗压强度最高,养护3,7,28 d的抗压强度分别为18.36,26.89和45.32 MPa,这4个因素对试件强度影响的主次顺序为DABC。2体系的早期强度主要来源于C-S-H凝胶,及少量的钙矾石相;体系后期强度的增强主要依赖于钙矾石相的生成。     

广西平果拜耳法赤泥的水硬胶凝特性

借助XRD、FTIR、TG-DSC和SEM测试表征了广西平果拜耳法赤泥在电石渣和脱硫石膏复合激发作用下的水化产物及硬化浆体的微观结构,研究了该赤泥在复合激发下的水硬胶凝特性。结果表明：该赤泥在电石渣和脱硫石膏的复合激发下水化3、7、28 d的抗压强度均大于4 MPa,表现出一定的水硬胶凝特性;该体系水化反应生成了钙矾石、C-S-H凝胶、富钠钙柱石、无水芒硝和氢氧化铝等。钙矾石晶体相互搭接形成骨架结构,成为胶凝材料硬化浆体强度的主要来源,C-S-H凝胶等胶结或充填在钙矾石中间,加固并致密了凝结硬化体的结构。以上研究成果可为拜耳法赤泥用于地下采矿胶结充填胶凝材料提供理论参考。     

基于响应面法的超细矿渣粉-水泥胶凝材料开发及配比优化研究

针对某金矿超细尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料经济效益低、充填效果差、充填体无法接顶等问题,利用当地成本低廉的粉煤灰、矿渣、脱硫石膏等工业固废开发低成本矿山充填胶凝材料。首先,在分析原材料物理化学性质的基础上,基于响应曲面法为依据的Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验;其次,构建以充填体28 d抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察各试验因素对响应目标的影响主次关系,以优化胶凝材料最优配比;最后,借助X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)等微观检测手段,阐明复合胶凝体系中水化产物的类型及强度发展规律。试验结果表明：充填体抗压强度不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用的影响。水泥与粉煤灰的交互作用影响显著,水泥与脱硫石膏的交互作用影响次之, 粉煤灰与脱硫石膏的交互作用影响不显著。胶凝材料最优配比为水泥添加量27%,粉煤灰添加量48%,矿渣添加量23%,脱硫石膏添加量2%,水玻璃添加量3.5%,芒硝添加量为1.5%,此条件下,充填体28 d抗压强度为3.58 MPa,满足矿山充填采矿要求。复合胶凝体系主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,随着水化反应的进行,二者交错黏结构筑成稳固的空间网络体系,使充填体保持较高的强度性能。     

脱硫灰渣的改性及其对矿渣基充填料性能的影响研究

为解决脱硫灰渣堆放所带来的环境污染问题,并以其和其他固废为主要原料生产矿山井下充填所需的低成本充填料,在对脱硫灰渣进行改性的基础上,以改性脱硫灰渣、增强剂、石膏、矿渣、尾砂为原料进行了充填料性能试验,并对充填料试件的水化产物进行了SEM分析。结果表明:(1)改性剂CHJ-1可在掺量为2%、改性温度为120℃、改性时间为12 h情况下使脱硫灰渣中CaSO_3的含量降低48.30%。(2)改性脱硫灰渣掺量的变化对充填料浆流动性影响不大。改性脱硫灰渣掺量从10%提高至15%,充填料浆的沉缩率明显减小,各龄期试件的抗压强度均明显增大;改性脱硫灰渣掺量继续提高至20%,充填料浆的沉缩率显著增大,各龄期试件的抗压强度均明显减小。改性脱硫灰渣掺量为15%时充填料浆扩展度为152 mm、沉缩率为1.41%,充填料试件7 d、28 d的抗压强度分别为1.28 MPa和2.86 MPa,满足矿山井下充填要求。(3)改性脱硫灰渣能成功激发矿渣发生水化反应,水化产物主要是棒状的钙矾石、团簇状的水化硅酸钙凝胶,它们之间相互穿插形成的空间网络结构使充填料试件具有结构强度,且随着养护龄期的延长,水化产物数量增多,充填料试件的抗压强度提高。