低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理

针对矿山充填中拜耳法赤泥利用率较低或低浓度赤泥充填材料存在强度低、泌水量高、易收缩等问题,研究粉煤灰添加比例、脱硫石膏、石灰及激发剂对赤泥充填材料早期强度及体积稳定性的影响,采用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）和X射线衍射（XRD）分析手段探讨赤泥基充填材料的水化机理。结果表明,脱硫石膏促进钙矾石的生成,石灰促进粉煤灰火山灰效应,激发剂可以加快赤泥?粉煤灰水化反应进程,三者协同作用提高赤泥充填体强度。充填材料28 d抗压强度3.35 MPa,且初始及60 min流动度在200 mm以上。微观实验表明,硬化体水化产物为钙矾石、硬柱石、硅铝酸盐凝胶类矿物,水化产物通过填充孔隙,提高浆体强度。赤泥基充填材料固体废弃物利用率达到92%,无泌水,无沉缩,具有较高的经济价值和环保价值。      

石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料强度机理分析

以钛石膏、脱硫石膏和钛矿渣三种钛工业固体废弃物为主要原料,石灰作碱性激发剂制作钛石膏复合胶凝材料。采用正交试验,结合XRD、SEM等分析测试方法,对石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料强度机理进行分析。结果表明:钛石膏的掺量在42.9%～50.3%,可以制作出强度达到《建筑石膏》(GB/T 9776—2008)2.0强度等级的钛石膏复合胶凝材料。石灰碱激发钛石膏复合胶凝材料的前期强度主要来自钛石膏和脱硫石膏水化产生的二水石膏,后期强度主要来自水泥、石灰和石膏进一步反应产生钙矾石。其水化机理为:第一,CaSO_4·0.5H_2O水化产生CaSO_4·2H_2O;第二,水泥中的3CaO·Al_2O_3与CaSO_4·2H_2O反应生成钙矾石,石灰与水反应产生Ca(OH)_2,结合CaSO_4·2H_2O和CaO·Al_2O_3反应产生钙矾石,进一步提升钛石膏复合胶凝材料的强度。     

赤泥-矿渣-脱硫石膏-少熟料胶结剂的适应性及早期水化

使用赤泥、矿渣、脱硫石膏和质量分数10%的水泥熟料制备了一种充填采矿用胶结剂,研究了将胶结剂应用到不同类型矿山的适应性,并通过扫描电镜和核磁共振分析了净浆试块水化早期微观结构以及硅酸盐和铝酸盐结构变化.结果表明胶结剂制备的充填料适用于铁矿及普遍采用充填法开采的铅锌矿、铜矿和金矿,且比水泥充填料在强度和保水性方面上具有更明显的优势.胶结剂2.5 h终凝,在2.5 h内钙矾石开始形成,对凝结硬化起了重要作用.4 h后大量四配位铝向六配位铝转化,硅酸盐聚合度增加,钙矾石、C-S-H凝胶和沸石等不断形成.这些水化产物尺寸和形态各异,且交织在一起,试块结构开始变得致密,这是胶结剂4 h后强度形成并快速发展的原因.      

酸性环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

为了研究酸性环境对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射(XRD)等实验手段,分析富水充填材料在酸性环境中浸泡后的宏观性能及微观结构变化,并探讨其腐蚀及劣化机理.结果表明:富水充填材料在pH值为1和3的盐酸溶液中浸泡180 d后抗压强度比标养28 d的强度分别降低88.8%和58%,在pH值为3的硫酸溶液中浸泡后降低68%,pH值为1的硫酸溶液中浸泡后强度降为零;微观实验结果显示随着富水充填材料在硫酸溶液中浸泡时间的延长,试件内部有二水石膏生成,盐酸溶液中试件仅在pH值为1的溶液中浸泡180 d后产生二水石膏;盐酸溶液对富水充填材料的腐蚀主要为H+中和作用下硬化体结构的溶解腐蚀,硫酸溶液对材料的腐蚀为硬化体结构的溶解腐蚀和石膏的膨胀腐蚀;硫酸溶液对富水充填材料的腐蚀作用强于盐酸溶液.      

碳酸盐溶液中富水充填材料的腐蚀及劣化机理

为了研究碳酸根离子对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜观察、X射线衍射分析和红外光谱测试,分析富水充填材料在碳酸钠溶液中浸泡后的宏观及微观结构变化,并对其腐蚀及劣化机理进行探讨.富水充填材料在质量分数为10%的碳酸钠溶液中浸泡后,抗压强度随浸泡时间延长大幅度降低,浸泡90 d后抗压强度比标养28 d抗压强度降低72.5%,浸泡28 d后出现泥化现象.X射线衍射图谱显示,富水充填材料在质量分数为10%的碳酸钠溶液中浸泡后有碳硫硅钙石生成,且随浸泡时间延长碳硫硅钙石的生成量增大.红外光谱结果未发现[AlO₆]存在,证实在碳酸钠溶液中富水充填材料硬化体中钙矾石急剧减少,转变为烂泥状的碳硫硅钙石;碳硫硅钙石作为无胶结力物质,会对富水充填材料硬化体造成严重破坏,表明碳酸盐溶液对富水充填材料具有腐蚀作用.      

利用冶金废渣制备高铁铝酸盐相胶凝材料

为了解决赤泥、钢渣等冶金废渣造成的环境问题,本文利用赤泥、钢渣和煤矸石等固废原料通过高温煅烧制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料,对高铁铝酸盐相胶凝材料的合成温度、物相组成、微观结构、力学性能和水化产物进行了系统研究.结果表明:固废基高铁铝酸盐相胶凝材料的最佳煅烧温度为1300℃,其矿物组成主要有七铝酸十二钙(C_(12)A_7)、无水硫铝酸钙■、硅酸二钙(C_2S)和铁铝酸四钙(C_4AF);水化产物主要为钙矾石和铝酸钙水化物;合成材料具有良好的力学性能,早期强度和后期强度均优于普通硅酸盐水泥,28d抗压强度可达27.75 MPa.试验表明,利用冶金废渣制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料可用于制备高性能绿色透水混凝土,其力学性能和透水性能均满足规范要求.     

含钛尾矿制备高硅贝利特硫铝酸盐水泥的研究

分析了含钛尾矿的矿物组成,结合高硅贝利特硫铝酸盐水泥的特点,提出了应用提取氧化钛后的尾矿、低品位铝矾土、含钛石膏制备高硅贝利特硫铝酸盐水泥的全新观点,并对该种水泥的烧结温度,冷却制度,强度及凝结时间等进行了系统的分析和讨论,结果表明它的烧结温度低,凝结时间及强度介于硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥之间,含氧化钛较高的原料对高硅贝利特硫铝酸盐水泥性能没有明显负面影响。     

铅锌冶炼渣充填胶凝材料研究及应用

为充分利用广东某铅锌矿大宗固体废弃物与尾矿,研发了基于铅锌冶炼渣的充填胶凝材料。通过机械活化试验研究,确定铅锌冶炼渣研磨时间为70 min。通过化学活化试验研究,确定原料组成为冶炼渣、水泥熟料、硅酸钠和石膏。其中,冶炼渣与水泥熟料的质量比为8∶2,硅酸钠掺量为3%,石膏掺量为8%。该胶凝材料与分级尾砂制备的充填料浆浓度为75%且灰砂比为1∶6时,3 d强度达2.68 MPa,28 d强度达3.97 MPa,均优于相同浓度条件下以P.O42.5水泥作为胶凝材料且灰砂比为1∶4时的充填体强度。扩散度试验表明,该类型胶凝材料制备的充填料浆流动性能好,能够满足该矿山的自流输送条件。SEM测试分析结果表明,以该类型胶凝材料制备的充填试块内部早期生成了大量的钙矾石,后期生成了大量的水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,结构较致密。     

膏体充填用矿渣--钢渣基胶结剂协同固化Pb2+

利用矿渣-钢渣基胶凝材料（简称冶金渣胶凝材料）代替传统充填料中使用的水泥作为胶结剂,掺入含铅尾砂制成胶结充填料试样,通过流动度和抗压强度表征其工作性能,通过Pb2+浸出质量浓度表征其固化效果,通过X射线衍射、红外光谱、差示扫描量热法等手段分析其物相组成,并与P·I 42.5硅酸盐水泥作对比.在相同条件下,冶金渣胶凝材料试样的流动度平均高出水泥50 mm,且28 d强度符合一般矿山3.0 MPa的要求.冶金渣胶凝材料试样28 d龄期铅浸出质量浓度低于地下水环境质量标准Ⅲ类水0.05 mg·L-1的限值,而水泥为0.1 mg·L-1左右.冶金渣固化铅性能优于水泥的机理在于冶金渣胶凝材料水化生成更多钙矾石.此外,冶金渣胶凝材料水化产物可能存在类沸石相,更有利于吸附固化PbPb2+.      

固废基充填胶凝材料配比分步优化及其水化胶结机理

充填体强度对安全高效采矿至关重要,而胶凝材料是获得高强度充填体的关键.本文以工业固废为原料,首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比,然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量,进而获得胶凝材料完整配比;并以水泥为参照,借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制.结果表明：（1）激发剂各组分对矿渣敏感顺序为：氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠,且相互之间存在不同程度的交互作用;（2）在最佳质量配比（矿渣85.00%,熟石灰8.03%,硫酸钠3.96%,脱硫石膏1.85%,氢氧化钠1.16%）下,可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1～3 d)强度和2倍的后期(7～28 d)强度;（3）高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石（AFt）和C–S–H有关,钙矾石在早期快速成核与生长,形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因,后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用,使充填体结构进一步致密化.使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿;工业固废质量占比86.85%,协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废;...     

钢渣-矿渣-钡渣基胶凝材料水化过程强化

针对钢渣(SS)矿渣(GBFS)钡渣(BS)复合胶凝材料水化硬化慢的问题,提出一种活性激发晶种强化的方法,以加速水化硬化过程.通过正交试验设计得到活性激发剂配比(质量分数)为煅烧脱硫石膏11％、铝酸钙3％、元明粉0.75％.利用含该激发剂的胶凝材料快速预水化制备复合晶种,能够显著促进胶凝材料水化结晶过程,提高早期强度,...     

基于GA?SVM的钢渣基胶凝材料开发及料浆配比优化

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化。首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝材料配方预测的GA?SVM模型,确定了钢渣基胶凝材料的最佳配方（质量分数）为:钢渣30%、脱硫石膏4%、水泥熟料12%、芒硝1%;其次采用XRD和SEM分析了钢渣基胶凝材料的水化机理;最后基于灰靶多目标决策模型对料浆配比进行优化实验,以强度（7 d和28 d）、工作特性（坍落度、泌水率）、成本为指标优化料浆配比。结果表明,采用新型钢渣基胶凝材料,充填料浆的最佳配比参数为:灰砂比1∶4,固相质量分数为72%。并进行了验证实验,得到相应强度参数和工作特性参数分别为1.74 MPa、3.61 MPa、24.2 cm和5.91%,均满足嗣后充填的要求,此配比条件下的充填成本为每立方米113元,较水泥充填成本降低了38.92%。      

常压盐溶液脱硫石膏转化生成α-半水石膏

Direct phase transformation of flue gas desulfurization gypsum in hot salt solution at atmospheric pressure was investigated. The effects of temperature, salt species, salt concentration, solids content, pH and modifier were examined. The crystals obtained under different conditions and solubility of calcium sulfate in contact with solid gypsum were also determined, α-Calcium sulfate hemihydrate crystals of stubby columnar shape and regular pentahedral sides were obtained under the following conditions: salt concentration 20%-30%, operation temperature 95-100℃, solids mass content in the slurry 10%-30% and neutral pH. Thermodynamic analysis revealed that phase transformation of calcium sulfate dihydrate to α-calcium sulfate hemihydrate occurs because of the difference in solubilities between the two solid gypsum phases in this system.     

机械活化石灰石粉处理钛白废酸制备水泥用石膏

以钛白粉厂提供的钛白废酸和石灰石粉为原料,引入机械活化法,中和处理钛白废酸,制取水泥用石膏。考察了在机械活化与常规搅拌两种方法下处理钛白废酸时工艺参数对所制得石膏二水硫酸钙含量的影响。结果表明,机械活化法制得石膏的二水硫酸钙含量明显高于常规搅拌法,且符合水泥用石膏要求。较适宜的机械活化工艺条件为:液固比2.4、反应时间10min、陈化时间2h、石灰石粉粒度0.2mm,在此条件下所得石膏二水硫酸钙含量可达83.6%。     

透辉石粉的火山灰反应特性

透辉石作为矽卡岩型尾矿中的重要组成部分,研究其火山灰反应活性对于该类型尾矿的综合利用具有重要意义,但是目前还未见到相关报道.以透辉石、天然石膏和氢氧化钙为原料制备净浆试块,研究了磨细透辉石的火山灰反应活性,并利用X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外光谱、差示扫描量热法和核磁共振对净浆试块的水化产物进行分析,为初步判断矽卡岩型尾矿是否具有火山灰反应活性提供重要依据.结果表明,磨细的透辉石净浆试块抗压强度在3、7和28 d龄期时分别为9.83、12.79和18.87 MPa,显示出磨细的透辉石具有火山灰反应活性.磨细透辉石的水化产物以C-S-H凝胶为主.核磁共振结果显示,随着水化反应的不断加深,处于Q2结构状态的硅原子比例有所减少,生成的C-S-H凝胶的铝/硅比低于原始结构的透辉石.随着养护龄期的增加,仅有少量石膏参与反应,Ca(OH)₂会被大量消耗,水化产物逐渐增多.未参与反应的石膏颗粒起到填充作用,也有助于促进体系强度的持续增长.