矿渣-硅灰协同强化钢渣水化反应机理

 强化钢渣水化过程、激发钢渣胶凝活性对提高钢渣资源利用率具有重要意义。选取矿渣、硅灰作为复合激发剂,采用正交试验设计方法,研究钢渣粒度、矿渣与硅灰添加量对钢渣胶凝活性的影响,并针对钢渣胶凝试块3 d、28 d水化产物进行表征分析以揭示矿渣、硅灰协同强化钢渣水化的机理。正交试验结果表明,硅灰由于其高反应活性能够有效促进钢渣3 d龄期的水化,而矿渣中玻璃相的潜在活性使其对钢渣28 d龄期的水化影响更加显著,当硅灰添加量为2%、矿渣添加量为15%时,钢渣的3 d、28 d胶凝活性分别提高18.34%、28.26%;XRD、TG-DTA和SEM分析结果表明,硅灰的晶种效应、火山灰效应和微集料填充效应与矿渣中活性相对较高的铝氧四面体在钢渣高碱性的液相体系中能够协同强化水化反应,使复合胶凝体系中生成更多的C-S-H凝胶和AFt晶体,C-S-H凝胶紧密包裹AFt晶体,两者交错生长形成复杂密实的网络结构,从而提高胶凝材料的力学性能,达到激发钢渣胶凝活性的目的。将钢渣、矿渣、硅灰复合掺合料应用到混凝土中,结果表明,当复合掺合料替代水泥20%时混凝土力学性能和抗碳化性能均得到最大限度提升,其中3 d、28 d力学性能相比纯水泥混凝土分别提高31.53%、25.88%,3 d、28 d抗碳化性能相比纯水泥混凝土分别提高18.75%、24.11%。     

利用钢渣、矿渣生产全尾砂充填胶凝材料

 以机械研磨和化学激发相结合的方法提高钢渣和矿渣的胶凝活性,利用脱硫石膏、氯化钙、电石渣等助剂合理调控水化产物,强化水化过程,开发了一种以钢渣、矿渣为主要成分的全尾砂充填专用胶凝材料。胶凝材料适宜的物料配比为,钢渣35.5%、矿渣35.5%、硅酸盐水泥10%、矿物调控剂19%,胶凝材料28 d抗压强度达到29.47 MPa。适当调整物料配比,可以得到满足不同采空区充填要求的胶凝材料：胶凝材料与尾砂比为1[∶]5～1[∶]10,料浆浓度为70%,充填体28 d,抗压强度达1.0～2.8 MPa。借助XRD、SEM对胶凝材料水化产物和强度调控机理进行了分析,结果表明,对胶凝体系强度起到关键作用的物质为水化C-S-H凝胶和不同类型的高水产物（如AFt）。调控剂的合理搭配,强化了钢渣、矿渣水化过程,优化了水化产物构成。     

含钢渣的低熟料混凝土耐久性及水化机理研究

研究了不同钢渣掺量对C40低熟料胶凝材料混凝土的碳化、电通量、抗冻等耐久性的影响,结果表明,钢渣掺量为15%时,混凝土碳化深度最小,抗碳化等级为T-Ⅳ;抗氯离子渗透和抗冻性能在钢渣掺量为10%时最佳,分别达到Q-Ⅴ和F275等级。采用XRD、IR和SEM等手段分析了10%钢渣掺量的低熟料胶凝材料水化机理,结果表明,胶凝体系主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt);水泥熟料和钢渣先后水化,产生的OH-维持体系的碱性环境,使矿渣中的硅(铝)氧四面体逐渐解离,在SO2-₄的共同作用下形成C-S-H凝胶和AFt;矿渣和钢渣的水化相互促进,使胶凝体系在后期仍然产生大量水化产物,为混凝土后期强度和密实度的提高起到了重要作用。     

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.     

废镁碳砖颗粒(1～0 mm)对镁质浇注料性能的影响

为了研究钢包废镁碳砖1～0 mm颗粒等量代替镁砂1～0 mm颗粒对镁质浇注料性能的影响,以96%高纯镁砂和艾肯951u硅灰为主要原料制备了镁质浇注料。研究了废镁碳砖1～0 mm颗粒代替量为0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%对镁质浇注料性能的影响。结果表明:随着废镁碳砖1～0 mm颗粒加入量的增加,试样经低、中、高温度处理后,体密、抗折强度、耐压强度、1 450℃×1 h高温抗折强度逐渐减小,气孔率和线变化率逐渐变大,抗渣渗透性能先增强后减弱。当废镁碳砖1～0 mm颗粒代替量为8%时能够满足使用,且可以降低制品成本。     

钒钛铁尾矿制备硅酸钙隔声板材及其性能研究

为了促进胶凝活性弱的钒钛铁尾矿的综合利用，研究以钒钛铁尾矿为主要原料制备硅酸钙隔声板材。通过粒度分析、力学性能测试等手段，首先研究了钒钛铁尾矿的粉磨特性，而后以钒钛铁尾矿、硅灰、水泥为原料，制备复合胶凝材料，再添加废橡胶粉和钢纤维为增强材料，采用蒸汽养护的方式来制备硅酸钙隔声板材，并探索增强材料以及层结构对硅酸钙隔声板材性能的影响。结果表明，碱熔能有效促进钒钛铁尾矿中硅、铝活性的提高，Si4+和Al3+最高浓度分别为17.27、6.80 mg/L；当复合胶凝材料配合比为钒钛铁尾矿∶水泥∶硅灰=2∶7∶1，胶砂比为1∶3，水胶比为0.5,28 d抗压强度为39.7 MPa。钒钛铁尾矿所制备的硅酸钙隔声板材中，单层隔声板材中单掺钢纤维0.93%时，抗折强度为8.0 MPa；单掺橡胶粉1%（体积分数）时，抗折强度为8.8 MPa；复合添加（钢纤维1.6%，橡胶粉3%）时，其抗折强度为6.1 MPa。分层浇筑不同配料料浆制备的多层结构板材，抗折强度最高值为8.2 MPa。钒钛铁尾矿制备的硅酸钙隔声板材，其抗折强度符合GB/T 7019-2014和JC/T 564.1-2018标准要求。     

激发剂对赤泥-黄金尾矿-碱矿渣体系性能的影响

为提高危险固体废弃物的综合利用水平,依据赤泥、黄金尾矿以及矿渣三种固体废弃物的特性,研究NaOH、KOH和Na2SiO3三种激发剂对赤泥-黄金尾矿碱矿渣体系的性能影响。并在此基础上通过XRD、FT-IR、TGA/DSC和SEM等表征手段明晰其微观反应机理。结果表明,当Na2SiO3作为激发剂时,复合胶凝材料体系的激发效果最好,标养3天的胶砂抗折强度和抗压强度分别达到5.5和23.5 MPa;标养28天的胶砂试件抗折强度和抗压强度分别为8.8和43.21 MPa,可达到P?I42.5水泥强度指标。通过微观分析得知,试件的主要强度来源物质为钙矾石和水化硅铝酸钙凝胶,力学性能高的材料其微观结构更为密实,碱激发水化产物数量更多。     

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。     

钢渣尾泥制备超高性能混凝土

采用机械活化与多固废协同反应技术,利用钢渣尾泥的胶凝性质与细集料特性,协同其他工业固废制备超高性能混凝土(简称UHPC),实现钢渣尾泥的高掺量、高附加值利用。探讨了钢渣尾泥掺量、矿渣与石膏质量比、单方用水量、养护温度等对超高性能混凝土强度性能的影响。结果表明,在钢渣尾泥掺量60%、矿渣和脱硫石膏的质量比4、单方用水量210 kg、养护温度50℃、钢纤维体积掺量5%时,UHPC试块28 d抗压强度可达140 MPa以上,抗折强度可达35 MPa以上。借助X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析(TG-DSC)测试方法,研究了钢渣尾泥-矿渣-脱硫石膏体系的水化硬化特性,随着反应的不断进行,水化产物钙矾石和C-S-H凝胶强度物质的生成数量不断增长。     

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;...     

Mechanochemical leaching of refractory zinc silicate (hemimorphite) in alkaline solution

A process was developed for extracting zinc from refractory zinc silicate (hemimorphite) by mechano-chemical leaching in sodium hydroxide solution with calcium oxide added to inhibit the leaching of silica. The effects of mechanical activation, calcium oxide dosage, temperature, leaching time, liquid–solid ratio and sodium hydroxide concentration were investigated. The dissolution of silica was considerably inhibited by adding CaO, but zinc extraction was almost unchanged. Under optimum conditions in 4.5 mol/L NaOH and twice the stoichiometric CaO at 383 K, the dissolution of Zn and SiO₂ were 93.6% and 7.3%, respectively, after 1 h using a liquid–solid ratio (L/S) of 10:1.     

巴西某高硅铁矿粉对烧结黏结相流动性及劣质矿物的影响

烧结矿生产原料中适量的二氧化硅有助于烧结黏结相的生成,但过高的二氧化硅含量会增加液相黏度,且对烧结黏结相的矿物组成产生不利影响。巴西某高硅铁矿粉对烧结黏结相的影响尚不明确,故采用微型烧结法,考察配加不同比例该高硅铁矿粉条件下混匀矿的液相流动性,再基于“K值法”的原理,对其矿物进行半定量分析,得出铁橄榄石、钙铁橄榄石和硅酸钙等矿物的含量。结果表明,随着该高硅铁矿粉在混匀矿中配比的增加,黏结相的液相流动性降低,铁橄榄石和硅酸钙等矿物含量也明显增加。基于此,采用提高混匀矿反应性的方法,改善了烧结黏结相的液相流动性,降低了铁橄榄石和硅酸钙的含量。     

单一用硅铝钡铁作转炉炼钢终脱氧剂试验

简要叙述了用硅铝钡铁代替硅铝铁和硅钙（或硅钡钙）作转炉炼钢终脱氧剂工业性试验条件、情况的基础上,着重分析了单一使用硅铝钡铁作终脱氧剂的脱氧效果在改善钢水质量和钢材机械性能、提高经济效益、改善工人劳动条件、减轻劳动强度以及简化原材料和生产管理等方面的优越性,从而确定用硅铝钡铁作终脱氧剂的脱氧工艺。     

原位生成六铝酸钙对刚玉质多孔材料结构和性能的影响

为解决多孔透气材料力学强度与透气性能两者之间的矛盾, 以纯铝酸钙水泥为钙源, 在刚玉质多孔材料中原位生成六铝酸钙相, 研究了六铝酸钙生成量对多孔材料显微结构、物相组成及物理性能的影响。结果表明: 在1700℃保温3 h处理后, 添加纯铝酸钙水泥的试样中均有板状片六铝酸钙生成。当纯铝酸钙水泥添加量(质量分数)不超过3%时, 六铝酸钙的原位生成不仅提高了多孔材料的常温耐压强度和高温抗折强度(1400℃保温0.5 h), 还能改善材料的透气性能; 继续增加纯铝酸钙水泥的加入量, 多孔材料的上述性能降低。当纯铝酸钙水泥添加量(质量分数)为3%时, 试样常温耐压强度为33.6 MPa, 高温抗折强度为6.2 MPa, 达西渗流系数及非达西渗流系数分别为2.54×10-10 m2和1.46×10-6 m。     

电石渣为钙源的硅热法炼镁煅烧过程

电石渣是化工行业用乙炔法生产乙炔气或聚氯乙烯树脂的工业废渣,其主要成分为Ca(OH)2,是高碱性物质,属于较难处理的工业废弃物.现有处理电石渣的工艺都存在不足之处,因此电石渣的综合利用是近年来研究的重点与热点问题.本文提出以电石渣为钙源的硅热法炼镁工艺,可综合利用电石渣,将其与菱镁石、萤石和硅铁制成预制球团,用于真空热...     

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。