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。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。     

高炉矿渣制备新型胶凝材料的试验研究

高炉矿渣制备新型胶凝材料作为水泥替代剂是资源综合利用的一个重要方向,高炉矿渣在碱性激发剂的条件下能够迅速以及比较完全的发挥其胶凝性能,但碱性激发剂的选取一直是制约新型胶凝剂投入生产实际的一个重要因素。实验室大多使用NaOH激发高炉矿渣的活性,由于NaOH的强腐蚀性,给实际运用带来了危险并加速了仪器的损耗。本文拟利用CaO作为碱激发剂激发高炉矿渣的活性,添加工业石膏探索制备新型胶凝材料的可能性。通过正交实验设计配比并得出最优条件下CaO用量,胶砂比以及石膏用量分别为10%,1:4和5%,最优配比下测得浓度68%试块的抗压强度为5.67 MPa,能够完全满足井下充填的要求。     

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。     

矿渣巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析

通过正交试验研究了石膏、石灰、硅酸钠对矿渣巷旁充填胶凝材料早期及后期强度的影响;对胶凝材料硬化体进行了综合热分析和扫描电镜分析,探讨了矿渣巷旁充填胶凝材料的水化机理。通过试验研究发现矿渣胶凝材料中石膏石灰均存在一个最佳掺量,制备出的胶凝材料早期强度高,后期强度稳定,适合作为巷旁充填材料的胶凝材料。     

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...     

矿渣胶凝材料激发剂配比的试验研究

胶结材料是矿山尾矿胶结充填工艺中料浆配制设计的核心,它既是决定充填体强度的关键指标,又是影响工艺成本的最重要因素。针对传统尾矿胶凝材料存在用量大、成本高及性能差等问题,探讨以高炉水淬渣及其激发剂为原料,开发低成本、性能优良的新型胶结材料。     

钢渣—矿渣基胶凝材料特性研究

以钢渣和矿渣为主要原料,以水泥为碱性激发剂,以盐石膏为氯盐和硫酸盐复合激发剂,制备钢渣—矿渣基胶凝材料。实验结果表明,钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40∶50∶5∶5时,其胶凝材料28 d的强度能够达到20.2 MPa。5%的水泥和5%的盐石膏足以激发钢渣—矿渣基胶凝材料。钢渣—矿渣基胶凝材料的抗压强度是随着矿渣含量的增加而增加。这种材料固废利用率95%,可用于强度要求不高的大体积充填工程。     

石膏-矿渣-石灰复合胶凝体系早期水化作用机理

以石膏、矿渣、生石灰为主要原料制备矿山充填复合胶凝材料,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、同步热分析仪(DSC-TG)等微观分析手段探究复合胶凝材料水化产物的作用机理。研究表明:通过极差分析和方差分析获得复合胶凝材料最佳工艺参数为生石灰添加量20%、石膏添加量1.0%、胶砂质量比1∶6、料浆浓度72%。复合胶凝体系的水化产物以钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶为主,在生石灰和石膏的协同激发作用下,矿渣中玻璃体网络结构逐渐解聚,伴随水化反应的进行,钙矾石和C-S-H凝胶的生成量不断增加,交错黏结填充于浆体孔隙中,将骨料紧密联结成整体,提高了浆体结构密实性,是充填体早期强度的主要来源。     

镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料的试验研究

以未经改性的镍石膏、钛矿渣和P·O42.5水泥为主要原料制备镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料,通过物理力学性能及微观性能测试,分别研究了生石灰、矿物掺合料、硫铝酸盐水泥掺量和养护制度对镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料物理力学性能的影响。结果表明,以生石灰作为碱性激发剂,掺量在6%时效果最好;加入4%偏高岭土和2%硫铝酸盐水泥后,基体的凝结时间大大缩短,早期强度显著增加,后期强度也有所增长;养护制度对基体3d和7d强度影响较大,28 d强度保持一致。     

磷石膏基胶凝材料的试验研究

以未经处理的原状磷石膏为主要原料制备磷石膏基胶凝材料,通过微观分析及测试其力学性能,考察石灰掺量,水泥、粉煤灰比例及养护制度对磷石膏基胶凝材料力学性能的影响。结果表明:(1)该体系最优配比为磷石膏60%,水泥与粉煤灰比例为1∶4,生石灰4%,水料比0.25,减水剂0.2%;(2)该胶凝体系中磷石膏掺量超过60%后,抗压、抗折强度急剧下降;(3)蒸养制度对磷石膏基胶凝材料性能影响较大,在75℃下蒸汽养护10 h,基体强度增长较快且耐水性较高,28 d抗压强度为30.1 MPa,吸水率为8.5%,软化系数达到0.82。     

冶金渣胶凝材料对镉离子的固化性能研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了其对镉离子的固化效果。研究结果表明:在Cd2+浓度不高于30 mg/kg时,胶凝材料对镉离子吸附效果较好,主要是因为镉离子能够以"类质同象"的方式替代Ca2+进入钙矾石（AFt）的晶格和Friedel盐,形成含镉复盐而被固化,再加上C-S-H对镉的吸附作用,共同促使Cd2+被高效固化。研究结果对于含镉废水的治理具有重要意义。      

钢渣—矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究

为了提高钢渣和矿渣的高附加值利用率以及钢渣在胶凝材料中的掺量,研究了钢渣与矿渣掺量、质量比和胶凝活性激发方式对复合胶凝材料抗折、抗压强度的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了钢渣—矿渣复合胶凝材料的水化机理。结果表明:钢渣矿渣掺量为80%、钢渣矿渣质量比为5∶5、钢渣粉磨时间为80 min(比表面积为509 m²/kg)时,钢渣—矿渣复合胶凝材料的28 d抗折强度为7.3 MPa、抗压强度为31.3MPa;选取Na OH、Na₂CO₃、Na₂SO₄和水玻璃为激发剂对胶凝材料活性进行激发,只有水玻璃提高了复合胶凝材料的活性,且当水玻璃模数为2、Na₂O当量为4%时,其28 d抗折强度为8.4 MPa、抗压强度为43.0 MPa。分析水玻璃激发胶凝材料的水化产物发现:其微观形貌紧实致密,生成的C—S—H凝胶、Ca(OH)₂和Aft相互交织,提高了胶凝材料的强度。     

聚丙烯酸盐复合电解锰渣胶凝材料的防渗性能研究

构建性能优异的胶凝体系是固废填埋场渗漏原位修复的关键技术。 采用新型两步水溶液聚合法制备聚丙烯酸盐复合电解锰渣固结体,考察固结体的抗压性能、抗渗性能及耐腐蚀性能,利用电镜扫描( SEM)、能谱仪(EDS)表征形貌及成分分析,揭示聚丙烯酸盐复合电解锰渣胶凝体系的防渗机理。 试验结果表明:复合胶凝固结体是多重交联网络结构聚合体,表面光滑、平整、密实,具有比单一组分丙烯酸钠更优异的抗压性能、抗渗性能及与混凝土相当的耐腐蚀性能;聚丙烯酸盐的阴离子—COO-与电解锰渣中的 Mn2+、Fe3+、Al3+等带正电的阳离子通过配位键作用,聚合成具有多重交联网络结构的胶凝体系,胶凝体系的分子链吸附力增强,扩张受到束缚,致密而厚实的胶凝表面提高了聚丙烯酸盐的防渗性能,电解锰渣中的硬质相棒状 CaSO4 空间交错地嵌于聚合胶凝体中,可作为骨架支撑结构增加机械强度。     

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。     

不同无机早强剂对钢渣胶凝材料早期强度的影响

研究了不同无机早强剂对新余钢铁公司热泼钢渣早期强度的影响。结果表明:硫酸盐激发剂、碱激发剂均能提高钢渣胶凝材料的早期强度;复掺激发剂比单掺激发剂效果更好;碱激发和硫酸盐激发共同作用时,比单独的碱激发或硫酸盐激发更能提高钢渣胶凝材料的早期强度。效果最好的是CaSO4.1/2H2O和NaOH以1%∶0.4%的比例复掺,使钢渣胶凝材料的3d抗压强度比不掺早强剂时提高54.5%,7d强度提高15.2%。     

白云石煅烧制备水泥基胶凝材料的实验研究

通过控制白云石的煅烧制度得到了含有碳酸钙和活性氧化镁的煅烧产物,研究了白云石煅烧后加入硅酸盐水泥对水泥基胶凝材料的物理、力学以及微观性能的影响实验结果表明,白云石煅烧后掺入硅酸盐水泥增大了胶凝材料的标准稠度用水量,延缓了胶凝体系的凝结时间,并且随着掺量的增加,胶凝体系的标准稠度用水量和凝结时间增加的幅度也越大.同时发现,煅烧产物的加入虽然会降低胶凝材料的早期强度,但在水化后期表现出较好的强度优势.     

利用活化煤矸石制备新型胶凝材料研究

采用脱硫石膏和CaO作为活性激发剂,利用700℃低温热活化法活化煤矸石,与矿渣、水泥熟料混合制备出煤矸石质胶凝材料,并研究了激发剂和混磨方式对北京房山煤矸石进行热蚀变活化的影响.运用X射线衍射(XRD)分析和化学全分析表征煤矸石活化前后的微观特性;运用胶砂试块强度分析和扫描电镜(SEM)分析表征煤矸石质胶凝材料的胶凝活性.结果表明:采用湿法热蚀变活化法,煤矸石中的高岭石在700℃可以完全脱水、分解成活性SiO2和Al2O3.采用该原料制备出的煤矸石质胶凝材料具有较高的早期强度,水化28d的硬化浆体结构密实.