精炼渣基矿山充填胶凝材料制备及水化机理

精炼钢渣(精炼渣)大量堆存污染环境,利用其开发矿山充填胶凝材料,不仅可以解决精炼渣大量堆存 造成的环境污染问题,而且可以降低矿山充填成本。 以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为原材料制备三元无水泥矿山充填用 胶凝材料,研究了精炼渣掺量对充填试块力学性能的影响,通过 XRD、TG-DTG、IR、SEM 等表征手段研究了胶凝材料 的水化过程和水化机理。 结果表明:胶凝材料配比为精炼渣占 30%、矿渣占 46%和脱硫石膏占 24%时,充填试块 28 d 龄期抗压强度为 7. 35 MPa,是同条件下水泥充填试块的 1. 52 倍;精炼渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物主要为 针棒状钙矾石和 C—S—H 凝胶,随着养护龄期的延长,水化产物不断生成,使得充填体形成具有致密结构的浆体,为 硬化浆体提供强度。 利用精炼渣协同矿渣和脱硫石膏制备矿山充填胶凝材料符合低碳无废发展、保护和改善环境、 提高固废利用率的要求,具有广阔的市场应用前景。     

全固废充填材料在高海拔寒区矿山应用研究

为了解决高寒高海拔地区矿山尾矿处置成本高、处置率低带来的安全和环境问题,研究了“钢渣—矿渣—脱硫石膏—精炼渣”四元固废充填材料在高海拔寒区矿山的适用性。以西藏某铜矿充填采矿为案例,通过实验研究全固废充填材料低温下固结的技术可行性,通过分析原料成本、运输成本、环境收益和充填工艺成本等估算经济可行性。研究结果表明,全固废充填材料5℃条件下养护28d的单轴抗压强度可达1.22～1.46MPa,塌落度达到192～225mm,满足高寒高海拔地区矿山充填需求;全固废胶凝材料成本为193元/t,运输成本210元/t,环境效益106元/t。在胶砂比1:8情况下,采用全固废胶凝材料进行尾砂处置的成本可达50元/t,是水泥处置尾砂成本的1/3。首次研究了“钢渣-矿渣-脱硫石膏-精炼渣”四元固废基胶凝体系在高寒地区矿山充填的应用,研究成果可为降低高海拔寒区尾砂处置成本提供指导。     

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。     

冶金渣胶凝材料协同固化铅的试验研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了铅离子浓度和养护工艺对胶凝材料固铅效果的影响,并利用XRD和SEM对固铅胶凝材料的水化产物进行了分析。结果表明,冶金渣胶凝材料相对于水泥具有更高的固铅效率。冶金渣胶凝材料水化产物中存在的多种协同作用是其固铅效率显著高于水泥的重要原因。      

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。     

不同水化环境的水泥基固废充填材料性能研究

为研究不同水化环境对水泥基固废充填材料力学性能和微观结构的影响机制,设计了标准恒温恒湿养护(C1)、套 袋恒温恒湿养护(C2)、自然空气养护(C3)、水中养护(C4)、30 ℃养护(C5)、40 ℃养护(C6)等6种水化环境,探究了不同水化环境下试块的破坏形态,采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)分析了充填材料水化产物的作用机理.结果表明:养护温度是影响充填体早期抗压强度快速提升的关键因素,能够加快硅铝酸盐原料的溶解重构缩聚反应,增加水化产物钙矾石和C-S-H 凝胶的产出量,产物快速生长,相互交织填充于骨料孔隙之间,形成致密的三维结构,在C6水化环境,充填体3 d和7 d抗压强度分别达到最大值2.08 MPa和3.07 MPa.但过高的温度导致水化产物分布不均匀,阻隔了胶凝活性离子的溶出,影响了后期强度的提升.湿度决定了充填体后期强度的发展,能够为水化反应提供水分子,当养护龄期为２８d时,不同水化环境下充填体的抗压强度为C6＞C4＞C1＞C5＞C3＞C2.     

KH560对电解锰渣场原位修复防渗固结体性能的影响

固废填埋场渗漏原位修复过程中常见胶凝材料遇水膨胀,影响强度情况,为了解决该问题,采用两步水溶液聚合法将具有两性基团的KH560加入聚丙烯酸钠与电解锰渣中,制备电解锰渣基复合胶凝材料,通过抗压试验、渗水试验及腐蚀试验分析了固结体的抗压抗渗及耐腐蚀性能,利用红外光谱(FTIR)对固结体的分子结构进行了表征,通过SEM-EDS分析了固结体的表面形貌及元素含量变化,揭示了KH560对电解锰渣胶凝材料的力学增强机制和防渗作用机理。结果表明:(1)适量添加KH560可显著提升复合胶凝材料的抗压、抗渗及耐腐蚀性能,在KH560添加量为3%时,固结体的无侧限抗压强度是未添加KH560的固结体的2.25倍,渗透系数比未添加KH560的固结体降低了61.3%,抗蚀系数达0.85。(2) KH560分子结构中的硅氧基团Si—OCH3与电解锰渣中的自由水发生了水解缩合反应,形成了Si—O—Si连接结构,减少了水隙通道,使固结体表面平整光滑,抗渗效果和耐腐蚀性能得到显著提升。     

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。     

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%。     

聚合铝对锂渣-水泥复合胶凝材料 水化硬化特性的影响

锂渣具有火山灰活性,可作为辅助性胶凝材料应用于水泥基材料中,但其较低的水化活 性导致材料的力学性能和耐久性能下降。 针对锂渣在复合胶凝材料中的低水化程度,本文采用 一种无机高分子聚合铝作为激发剂来提升锂渣的水化反应活性,通过测定材料的胶砂强度、化学 结合水量等宏观性能,并结合水化放热特性、水化产物矿物组成及背散射显微形貌等微观表征, 分析了聚合铝对锂渣－水泥复合胶凝材料水化特性的影响及作用机理。 结果表明:聚合铝的掺入 显著提高锂渣－水泥复合胶凝材料２８ｄ龄期的抗压强度和化学结合水含量,分别增长了２６*８％ 和５％;早期水化反应中,聚合铝的掺入加速了锂渣－水泥复合胶凝体系的矿物相溶解和晶体的生 长,增加了水化产物的成核总量,水化产物中出现了大量的钙矾石、水化铝酸钙、氢氧化钙及非晶 态水化凝胶;聚合铝的掺入促进了锂渣－水泥复合胶凝体系的水化和锂渣颗粒的溶解与侵蚀。     

利用钼尾矿制备胶凝材料的水化反应机理研究

以钼尾矿为主要原料,辅以高炉渣、石膏等原料,制备多固废胶凝材料,研究了钼尾矿掺量、养护工艺对净浆试样力学性能的影响,并利用XRD、DTA-TG和SEM等方法对钼尾矿胶凝材料的水化反应机理开展了基础研究。结果表明,当m(钼尾矿)∶m(矿渣)∶m(熟料)∶m(石膏)为30∶50∶10∶10时,60 ℃养护试样的性能相对较好,28 d抗压强度可以达到48.4 MPa。钼尾矿废渣胶凝材料的水化产物主要是AFt和C-S-H凝胶,随着龄期的增加,其水化产物也逐渐增多。多种水化产物相互交织、穿插和填充,促进试样强度的不断增长。      

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。     

磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验

针对金川矿山充填采用水泥作为胶凝材料成本较高的问题,利用当地固体废弃物资源开发矿用新型胶凝材料.首先对试验材料进行物化分析,开展了磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度正交试验,并在此基础上进行磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验确定最优配比;然后对磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度的影响因素进行了分析,利用扫描电镜观察了各龄期水化产...     

硅钙渣复合地聚物水化机理研究

为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用,本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验,对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明,硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料;相较于晶相矿物,玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应,导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石,但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化,并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时,硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密,28 d抗压强度最高,达到37.9 MPa,说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。     

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。     

利用铁尾矿作为混凝土掺和料的基础研究

利用机械力激发矽卡岩型铁尾矿的反应活性,研究机械力作用对铁尾矿粒度分布、火山灰反应活性的影响。以铁尾矿为掺和料制备混凝土,并利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对胶凝材料的水化反应机理进行基础研究。结果表明,机械力活化能够提升铁尾矿的火山灰反应活性。当铁尾矿粉磨100 min,掺量为30%时,制备出28 d抗压强度达28.55 MPa的胶砂试样,胶凝材料体系中存在着多固废的协同水化反应,促进体系强度不断增加。     

用电解锰渣制备免烧砖的试验研究

研究了电解锰渣-粉煤灰-石灰-水泥胶凝材料,掺入一定的骨料,经压制成型生产电解锰渣免烧砖,自然条件下洒水养护28d抗压强度在10MPa以上,并对影响强度的胶砂比和成型压力进行了分析。试验结果表明,配合料成型过程中的加压,为砖的强度的形成和发展奠定了基础,水泥、粉煤灰、石灰和电解锰渣等胶凝材料水化产生的胶凝物质使电解锰渣免烧砖的强度逐步增强;各原料的最佳配比总结为:电解锰渣50%、粉煤灰30%、生石灰10%、水泥10%,胶凝材料:砂=1.0∶0.9、水固比0.14、成型压力25MPa。     

流态胶凝材料胶结铁尾矿的充填性能研究

为实现用原状固废(钛石膏)的流态胶凝材料替代粉末胶凝材料进行铁尾矿胶结充填,简化胶凝材料制作流程,降低充填成本,采用流动度试验、强度试验和吸水率试验研究了两种胶凝材料胶结铁尾矿试样的宏观物理性能,并利用XRD和SEM对其胶结铁尾矿的固化机理进行了分析。研究结果表明:在尾矿固含量为70%、胶尾比为1∶10时,粉末胶凝材料胶结试样的3 d抗压强度(0.87 MPa)比流态胶凝材料约高出0.3 MPa,但两种胶凝材料胶结试样的7 d抗压强度差别在减小,28 d抗压强度并无明显差别。加入流态胶凝材料的充填尾矿流动度较加入粉末胶凝材料的充填尾矿提高了7.4%,既有利于泵送充填又不影响试样28 d的尾矿胶结体力学性能。XRD和SEM分析表明,流态胶凝材料的水化反应更有利于胶结体中钙矾石的生长。     

钼尾矿复合胶凝材料的制备及其水化机理研究

为了促进固体废弃物的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全问题,并提供相应的理论依据,以钼尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,通过粒度分析、力学性能测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜 （SEM）等测试手段,研究了钼尾矿磨矿时间和掺量对胶凝材料性能的影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：①当钼尾矿粉磨时间为80 min,比表面积为500 m2/kg,其28 d活性指数接近1.2;钼尾矿掺量为40% ,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5时,所制备的复合胶凝材料胶砂块28 d抗压强度为52 MPa。②复合胶凝材料水化反应初期,主要生成水化硅酸钙和钙矾石,为胶砂块提供了早期强度,水化反应后期主要产物为C—S—H 凝胶、水化铝酸钙及钙矾石（AFt）,尾矿残余颗粒及水化产物的凝聚效应为胶砂块强度提供了保障。     

全固废胶凝材料协同固镉的试验研究

以钢渣、矿渣等固废为原料制备胶凝材料,研究其固镉性能和反应机理.结果表明,在Cd2+质量浓度不高于30 mg/kg时,胶凝材料具有较强的固镉性能,30℃养护有助于提高胶凝材料早期固镉能力;Cd2+能进入钙矾石(AFt)晶格和弗里德尔(Friedel)盐,再加上水化硅酸钙(C-S-H)对镉的吸附作用,协同促使Cd2+实现...