锡冶炼渣-全尾砂胶结充填体强度特性研究

充填体材料的选择以及强度特性的研究有助于解决矿山生产安全、环境破坏、充填成本等问题。为了将冶炼生产中的固体废渣二次利用,并与矿山尾砂胶结后将其运用于回填矿山采空区,本文选用锡冶炼渣-全尾砂作为充填试验材料,通过室内实验、逐步回归分析以及双因素交互作用分析的方法研究了不同锡冶炼渣掺量、质量浓度、灰砂比、养护龄期下充填体抗压强度的特性。实验结果表明：其他条件固定不变,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈递增规律;同质量浓度及灰砂比条件下,充填体单轴抗压强度随锡冶炼渣掺量的增加呈递减的趋势;28 d养护龄期,质量浓度78%灰砂比1:4,,掺入30%锡冶炼渣强度降至7.04 MPa,与未掺锡冶炼渣强度值9.5 MPa相比,降幅为25.9%。低灰砂比、低质量浓度,掺入同量锡冶炼渣对充填体试件抗压强度影响较小。经逐步回归分析得出充填体单轴抗压强度回归方程以及影响充填体强度大小的因素排序。锡冶炼渣掺量与灰砂比交互作用对充填体的强度影响较为显著。     

激发剂的性质对页岩提钒尾渣基地聚物性能的影响

为研究地聚物的弱碱性激发技术,以湖北某地的页岩提钒尾渣为原料,进行了地聚物碱激发研究。主要研究了不同偏高岭土掺量、激发剂模数和激发剂用量对地聚物抗压强度的影响。最终确定在m（提钒尾渣）:m（偏高岭土）=9:1,弱碱性激发剂Na₂SiO₃的模数为3.0,Na₂SiO₃的掺量为14%的激发制度下,地聚物试样3 d的抗压强度即可达到27.55 MPa,极大地提高了地聚物的抗压性能。对不同模数的硅酸钠下制备的地聚物进行物相转变、化学键变化和微观形貌分析,发现在液体硅酸钠的作用下,页岩提钒尾渣中的石英被进一步溶解;溶解的无定形硅铝物质与液体硅酸钠中的硅酸根反应逐渐生成硅铝凝胶相;液体硅酸钠中的硅酸根起一个诱导作用,液体硅酸钠的模数越高,其硅酸根含量越高,与页岩提钒尾渣中的无定形硅铝物质反应也越迅速,从而生成更多的硅铝凝胶相,促进了地聚物抗压强度的提高,实现了地聚物的安全制备。      

硫酸铵焙烧粉煤灰的熟料溶出动力学研究

以低活性钨尾矿为主要原料制备高活性的地聚合物反应前驱物,在直接加水条件下合成地聚合物试样。结果表明,助剂种类对加水一体化合成的地聚合物的抗压强度影响显著,地聚合物反应前驱物制备的最佳试验条件为:助剂种类为氢氧化钾,煅烧时间1 h,粉末硅酸钠掺量15%,在此条件下加水一体化合成的地聚合物7 d抗压强度达18.78 MPa。此外,研究认为高温湿气养护不利于该条件下所制成的地聚合物强度发展。     

利用邯邢铁矿尾矿制备建筑用砖的研究

在对邯邢尾矿基本特性进行综合分析的基础上，利用邯邢尾矿进行了制砖试验研究。结果表明，利用邯邢尾矿，采用压制成型法，可以制备MU10以上标号的建筑用砖，尾矿砖体积密度与一般粘土砖相近，颜色一致性好，烧结制品为淡黄色；采用挤出成型法，利用全尾矿可以制备出MU7．5和MU10建筑用砖。     

机械活化对石煤提钒尾渣制备地聚物性能的影响

以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚物,不仅能减轻尾渣堆积造成的环境污染,还可以实现尾渣的二次利用,且与传统地聚物制备工艺相比,能耗大幅降低。对湖北某石煤提钒尾渣进行机械活化后制备地聚物试验,结果表明:随着尾渣粒度的减小,尾渣比表面积增大,尾渣中活性硅+铝浸出浓度提高;随着尾渣活化时间的延长,所制备的地聚物抗压强度逐渐提高;降低尾渣的粒径,有利于提高地聚物的物理性能和改善地聚物的微观结构;当尾渣与偏高岭土的质量比为7∶3,NaOH和Na_2SiO_3的掺量均为13%、胶砂比为1∶1、液固比为0.15时,尾渣活化420 s所制备的地聚物28 d抗压强度达到25 MPa。试验结果为以石煤提钒尾渣为原料绿色高效制备地聚物提供了依据。     

干粉激发煤矸石基地质聚合物性能影响因素研究

为更方便、高效、安全地激发煤矸石的活性,制造出满足建筑需要的地质聚合物,用氢氧化钠与碳酸钙混合制备的碱性干粉激发剂替代氢氧化钠,对煤矸石、粉煤灰和标准砂进行处理,研究影响干粉激发煤矸石地质聚合物性能的因素,并与传统碱性溶液激发聚合物的特性进行了对比。结果表明：①升高养护温度、提高干粉激发剂中氢氧化钠的用量会加快地质聚合物的凝结和硬化速度。②养护温度升高可使试件的吸水率和抗压强度上升。③干粉激发剂中碳酸钙用量的增加会使地质聚合物试件的吸水率上升、抗压强度下降。④干粉激发剂中氢氧化钠用量为3%时,地质聚合物试件的吸水率最低、抗压强度最高。⑤无论从吸水率的角度还是从抗压强度的角度看,干粉激发剂的激发效果均好于氢氧化钠溶液。因此,干粉激发剂比氢氧化钠溶液更适合于激发煤矸石制备煤矸石基地质聚合物。     

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。     

炉渣-粉煤灰地聚合物固化铜污染土的试验研究

利用低钙粉煤灰、炉渣为原料制备的炉渣-粉煤灰地质聚合物（BA-FAG）作为固化剂,开展铜污染土的固化试验研究。通过无侧限抗压强度试验和毒性浸出试验,探讨了养护龄期、固化剂掺量及初始铜离子浓度对BA-FAG固化铜污染土效果的影响,并利用X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）测试及X射线光电子能谱（XPS）分析等手段进行了表征。结果表明,增大固化剂掺量及养护龄期,可以提高BA-FAG固化铜污染土的无侧限抗压强度（UCS）,以及减少铜离子浸出,而污染土中初始铜离子浓度与固化土的强度负相关,并与毒性浸出浓度正相关;掺入20%和30%的BA-FAG可分别固化浓度不超过6000mg/kg与10000mg/kg的铜污染土,固化土28d的UCS值分别不低于0.358MPa和0.457MPa,且在酸性和中性淋滤下毒性浸出浓度均低于100mg/L;重金属铜在被BA-FAG物理封存过程中主要以Cu2+离子和Cu(OH)2沉淀的形式存在。     

养护对钨尾矿地聚物抗压强度及泛霜的影响

以钨尾矿为主要硅铝原料,添加适量偏高岭土作为铝校正料合成地聚物。研究恒温恒湿标准养护和高温高压条件下蒸压养护这两种方式对地聚物试样抗压强度及泛霜行为的影响,并通过FTIR和SEM对试样的分子构造和微观形貌进行表征。结果表明,总体上在蒸压釜中养护较在标准养护箱中养护更能在短时间内有效提升试样的抗压强度和抑制试样的泛霜行为;试样的泛霜程度与其抗压强度具有一定的相关性,即试样抗压强度越高,则其网络结构越稳定,泛霜程度越低;在标准养护箱和蒸压釜中的适宜养护时间分别是36 h和2 h,所得试样的7 d抗压强度分别可达到75 MPa和86 MPa,在此基础上延长养护时间则会破坏地聚物网络结构的稳定性,使其抗压强度降低,泛霜程度增加。     

用细粒低硅铁尾矿制备三免砖

利用某种工业粉状废物制备廉价的无水泥固化剂,并以武钢矿业公司金山店铁矿细粒低硅铁尾矿为主要原料,研制MU25级的免烧、免蒸、免水泥建材砖(简称三免砖),考察了固化剂的掺量及其机械活化方式、试件的成型压力、化学外加剂种类及掺量、初期养护制度等工艺条件对制品抗压强度和耐水性的影响。试验结果表明:在成型压力为50 MPa条件下,混磨的固化剂掺量为25%,铁尾矿掺量为75%,有机早强剂A、防水剂B与固化剂掺量之比分别为0.02%、0.3%,初期养护温度为50℃、养护时间为36 h时,所制备的三免砖28 d的抗压强度和饱和抗压强度分别达到27.2 MPa和24.3 MPa,各项性能指标均能满足《JC/T422—2007非烧结垃圾尾矿砖》的要求。该研究为尾矿的大规模利用提供了一项投资小、效益高的技术。     

多源石墨固废制备电热建筑板材试验研究

为提高多源石墨固废的利用率和冬季供暖效率，以石墨矿开采废石为骨料，添加不同质量的球形石墨尾料进行电热建筑板材制备试验研究。考察了球形石墨尾料掺量、养护龄期及湿度对电热建筑板材电学性能及力学性能的影响，并通过通电发热试验研究了发热温度及板材稳定性。结果表明：① 球形石墨尾料掺量和养护龄期对电热建筑板材的体积电阻率影响较大，球形石墨尾料掺量9%时出现渗流阈值。② 养护龄期的增加有利于提高电热建筑板材的力学性能，而随着球形石墨尾料掺量的增加，力学强度先提高后降低，存在最优掺量0.8%。③ 球形石墨尾料掺量9%~11%时，电热建筑板材在36 V交流电压下最终发热温度71~109 ℃，长时间升温后电学性质稳定，可为房屋电热建筑板的冬季取暖应用提供技术指标。     

用鄂西某赤铁矿尾矿制备蒸养砖

以鄂西某赤铁矿尾矿为主要原料,按前期试验所确定的原料配比(尾矿78%,黄砂10%,水泥10%,石膏2%)制备蒸养砖,主要考察了外加剂种类及用量、蒸养制度和自然养护周期对制品性能的影响。试验结果表明,在掺水量为15%,外加剂三乙醇胺与水泥的质量比为0.01%,成型压力为20MPa,蒸养制度为升温2h→40℃恒温6h→降温2h,自然养护周期为28d的条件下,制备的蒸养砖各项性能达到JC/T422—2007对MU15级产品的要求。     

Influence of freeze–thaw cycles on mechanical responses of cemented paste tailings in surface storage

ABSTRACT

Surface cemented paste tailings disposal (SPD) has become a useful practice in many mines around the world. The method is a sustainable tailings management that returns tailings to fill the surface cavities and subsidence caused by mining operations, thereby maximising the safety, efficiency and environment of tailings management. This study was conducted to manifest the mechanical responses of the SPD cover layer induced by freezing and thawing cycle (FTC). It shows that with an increase of FTCs, lots of microcracks are formed, scaled and spalled on the sample's surface. The uniaxial compressive strength (UCS) and ultrasonic pulse velocity (UPV) of SPD specimens decrease with increasing FTCs. The reduction of the specimen with a higher cement-to-tailing ratio and longer curing age is smaller than that with lower cement content. The logarithm equation can be available to estimate the UCS values of SPD with the measured data of UPV. The results may be helpful to better understand not only SPD for sustainable tailings management but also the enhancement of the rehabilitation of subsidence in mine regions.     

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。     

活化钼尾矿制备地聚物胶凝材料的研究

以活化钼尾矿为主要原料,在碱激发作用下制备地聚物胶凝材料.考察了激发剂模数、硅铝摩尔比、液固比等因素对钼尾矿地聚物胶凝材料力学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等检测手段对样品进行表征.结果表明,钼尾矿地聚物胶凝材料的最佳制备条件为:激发剂模数1.6,硅铝摩尔比2.8,...     

矿渣尾矿制备矿山充填胶结材料工艺条件的研究

本试验主要以矿渣和尾矿为原料,氢氧化钠为激发剂,工业液体硅酸钠作结构模板剂制备了矿山充填胶结材料。通过试验得出了胶结材料的最佳物料配比:当矿渣与尾矿掺入量为1.25、NaOH用量为50%、水玻璃用量为50%、水灰比0.22、常温条件下养护7d,最终可以制得抗压强度为52.3MPa的矿山充填胶结材料。     

金矿全尾矿胶结材料及工艺的实验室研究

分别采用普通水泥和高水单浆料为胶结材料对山东某金矿全尾矿进行了胶结对比试验。根据对不同的养护期、料浆浓度及灰砂比下胶结体抗压强度的测定结果,分析了养护期、料浆浓度及灰砂比对各龄期抗压强度影响。结果表明,高水单浆料与水泥相比具有用量少、试块早期强度高的特点,适用于金矿全尾胶结。最后采用方差分析的方法,分析了影响高水单浆料胶结效果的主要影响因素,得出了适宜该金矿全尾矿胶结的工艺参数。     

铁尾矿免蒸免烧砖的研制

在对赤城龙关地区铁尾矿的性质和成分进行分析的基础上,进行了以铁尾矿为主要原料制备免蒸免烧砖的试验研究。通过改变铁尾矿、中砂、石灰、水泥以及外加剂的用量,采用QTY6-16型液压砌块成型机的压制成型,经过自然养护,抗压强度和抗折强度达到了《GB5101-2003》MU10的标准要求。尾矿利用率达到50%。这一成果如投入到实际生产,不仅缓解了赤城地区选矿厂尾矿排放对周边环境的影响,又可节约资源,实现了矿产业的可持续发展。     

铁矿尾矿双免砖的研制

介绍铁矿尾矿制作砖的材料、工艺过程，研究了铁矿尾矿与炉渣、河砂和石灰的配比试验，以及外加剂、成型压力、成型水分对抗压强度的影响。     

鄂西高磷赤铁矿尾矿制备烧结砖试验研究

鄂西赤铁矿矿石储量大,属于高磷微细粒嵌布的难选鲕状矿,其尾矿产生量大、粒度细、铁含量高且回收难度很大,硅铝含量偏低,直接堆放将会对环境造成污染,必须加以综合利用。在对鄂西高磷赤铁矿尾矿基本特性综合分析的基础上,采用压制成型法,进行了用其制备烧结砖的试验研究。结果表明,在成型水分12%～15%、成型压力20～25 MPa,烧结温度950～1 050 ℃等最佳条件下,利用鄂西铁矿尾矿,可以制备MU20以上标号的普通烧结砖,其烧成制品为红色,颜色一致性好。