超细化铁尾矿—钢渣水泥基复合材料的制备及其性能研究

尾矿资源及冶金固废大量堆存,未能高效利用,从而造成了空气、土 壤污染等重大环保问题。 针对低活 性的铁尾矿、钢渣固废材料,对铁尾矿进行超细化处理,并以经济简单的方 式处理钢渣,用以制备复合胶凝材料。 通过 固定铁尾矿、钢渣复合体系的总掺量,研究了不同比例超细化铁尾矿、钢渣 对复合胶凝材料体系力学性能与抗侵蚀性 能的影响;利用扫描电镜(SEM)和 X 射线衍射仪(XRD)等微观手段,开展了 铁尾矿—钢渣—水泥基三元复合胶凝材 料的侵蚀机理及水化机理研究。 研究表明:120 min 的研磨时间可制得中 值粒径为 0. 89 μm 的超细化铁尾矿;当超细 铁尾矿 ∶钢渣为 1 ∶3 时,所制备的复合体系 3 d、28 d 抗压强度为 9. 7 MPa、29. 8 MPa;钢渣的碱度有利于激发超细化铁 尾矿中硅铝相的活性,所产生的协同效应有利于促进复合体系中水化产物的 生成,提升结构性能。 出于对材料力学 与耐久性能的综合考虑,超细化铁尾矿 ∶钢渣 ∶水泥的掺入比例建议为 1 ∶3 ∶6。 若对所制备材料的抗侵蚀性能要求较 高,可以适当提升超细化铁尾矿的掺入比例,但不宜超过胶凝材料总量的 20%。     

高硫尾矿制备复合掺合料及对混凝土性能的影响

通过机械研磨、添加激发剂和化学改性剂,对高硫尾矿进行活性激发 并改性,使用高硫尾矿与矿粉协同 作用制备复合掺合料,并用于 C30 混凝土的制备,研究高硫尾矿对混凝土工 作性能、物理力学性能和耐久性能的影 响。 结果表明,当高硫尾矿粉用量不高于胶凝材料总用量的 30%时,可以有 效改善混凝土的工作性能;混凝土 28 d 抗 压强度随高硫尾矿粉用量的增加而降低,但均可达到同等用量粉煤灰-矿粉 组强度,且混凝土长龄期抗压强度仍稳定 增长;由高硫尾矿粉制备而成的混凝土具有良好的耐久性能(抗氯离子渗透 性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻性能)。     

石油焦渣和电石渣复合激发赤泥活性的研究

利用石油焦渣和电石渣复合激发拜耳法赤泥,确定三元体系最佳配比制备高活性粉体;比较几种不同辅助性胶凝材料对赤泥复合粉体的改性作用,制备碱激发胶凝材料;利用XRD分析水化产物,并采用SEM观察净浆试样的微观形貌。赤泥、石油焦渣和电石渣的固相质量比7∶2∶1时,制备胶砂28 d抗压强度为11.3 MPa;矿渣对赤泥基高活性复合粉体改性效果最好,掺加30%制备的胶砂28 d抗压强度最高为18.2 MPa;通过XRD与SEM分析,赤泥基碱激发材料主要水化产物为Aft晶体和C-S-H凝胶。     

铁尾矿—磷渣—脱硫灰三元固废混凝土抗压性能研究

为实现铁尾矿固废材料的再生利用,提高工业固废利用率,以铁尾矿、磷渣、脱硫灰作为掺合料部分代替水泥制备混凝土,研究三元体系下钙相固废与铁尾矿协同作用对混凝土抗压强度的影响,测试不同水胶比、铁尾矿研磨时间、掺合料掺量及掺合料比例对混凝土抗压强度的影响。结果表明,混凝土抗压强度与水胶比呈正相关关系,机械研磨提高了铁尾矿的比表面积,有利于铁尾矿表面与自由水发生水化反应,30%掺量混凝土后期抗压强度较20%掺量下降不大,在铁尾矿比表面积为1 589.3 m²/kg,铁尾矿、磷渣、脱硫灰分别占胶凝材料的6%、16%、8%时制备的混凝土抗压强度最高,28 d抗压强度达到40.9 MPa。通过采用压汞法（MIP）和背散射电子成像技术（BSE）研究了混凝土的微观结构,结果表明,掺合料的掺入优化了混凝土的孔隙结构,促进了界面过渡区的发展。铁尾矿、磷渣、脱硫灰三元体系在30%掺量下对混凝土强度影响较小,可代替水泥制备混凝土。     

高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂力学性能的影响

为探究高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂强度的影响,研究了不同铁尾矿粉磨时间下干燥养护时间对试件力学性能的影响,并结合XRD、SEM及EDS等微观手段分析水化产物种类、数量及结构特征。结果表明：①60 ℃干养可激发铁尾矿的火山灰活性,试件的力学性能与养护时间成正比。掺加粉磨时间1 h的铁尾矿,在60 ℃的温度下干养16 h可得到抗折、抗压强度达9.29 MPa、40.46 MPa的铁尾矿基水泥胶砂。②高温干养时长不影响铁尾矿基水泥净浆的水化产物种类,但是对水化产物的结构与数量以及水化产物覆盖程度有影响。随着高温干养时间的延长,净浆内部C—S—H纤维长度增加、数量增多,钙硅摩尔比减小,Ca(OH)2消耗更剧烈,水化产物明显变密实,表面几乎不含有害孔。     

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。     

掺脱硫扒渣尾渣粉水泥胶凝性能研究

鞍钢脱硫扒渣选铁尾矿的矿物组成与硅酸盐水泥相似,用这种尾矿的粉磨料替代部分硅酸盐水泥,分别进行了混合料的标准稠度用水量、凝结时间、安定性和水泥胶砂强度研究。综合分析认为,这种脱硫扒渣的尾渣粉可以部分替代水泥,但对不同龄期胶砂试块的抗压和抗折强度有负面影响,因此,建议将掺加量控制在30%以内。     

电石渣对于矿用充填胶凝材料的影响规律研究

将电石渣、粉煤灰、高炉水渣作为一种矿用充填胶凝原材料应用到矿井充填中。研究发现,当电石渣和粉煤灰的最佳掺入比为21∶50时,电石渣对粉煤灰的激发作用最明显;掺入高炉水渣后,胶凝材料的力学性能明显增加,养护28 d的试件具有更高的强度,这是因为水化作用产生更多的钙矾石和C-H-S凝胶。     

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。     

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。     

铁尾矿粉沥青混凝土胶浆-集料粘附性和TG-DSC实验研究

在研究铁尾矿粉掺入沥青混凝土中的力学性能和路用性能的基础上,分析了铁尾矿粉掺量对沥青胶浆-集料粘附性的影响,并开展了不同铁尾矿粉掺量下沥青混凝土的TG和DSC实验。结果表明,综合不同铁尾矿粉掺量作用下沥青混凝土胶浆基本物理性能指标的变化规律,得到在铁尾矿粉掺量为60%时,沥青混凝土各项指标达到较佳值,且此时沥青混凝土的路用性能也能完全满足公路道路的使用要求。随着铁尾矿粉掺量的不断增大,沥青胶浆接触角和表面能与粘附功和剥落功的变化规律呈现出先增大后减小的趋势,且在铁尾矿粉掺量为60%时取得较大值。同时,铁尾矿粉的掺入可以有效地提升沥青混凝土的耐热性能以及有效地提升了沥青混凝土热稳定性。      

尾矿渣复合胶凝材料制备试验研究

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。     

铁尾矿粉对干粉砂浆性能的影响及机理分析

为了研究不同比例铁尾矿粉掺量对干粉砂浆和易性、力学性能以及微观机理的影响,采用白象山铁尾矿粉作为研究对象,以不同比例替代干粉砂浆中机制砂和水泥的用量进行试验。研究结果表明：在粉体材料和机制砂总量保持不变的情况下,随着铁尾矿粉替代率的增加,干粉砂浆力学性能逐渐降低;铁尾矿粉以10%的比例替代机制砂,满足M20砂浆和易性及力学性能要求且性能最优;当铁尾矿粉对机制砂和水泥替代率达到30%时,满足M5砂浆和易性和力学性能要求。早期掺入铁尾矿粉能够加速水泥的水化,提高水化程度,生成更多的氢氧化钙;铁尾矿粉中的硅氧断键和铝氧断键在Ca(OH)₂作用下发生重聚反应,生成以硅酸钙、硅铝酸钙为主要成分的复盐矿物;掺入铁尾矿粉后,砂浆结构较为松散,强度降低。在10%～30%掺量替代机制砂和水泥的情况下,干粉砂浆能符合标准规范要求。     

某铅锌尾矿粒度与其作水泥混合材性能的灰色关联

水泥混合材中尾矿的掺量和粒度分布对水泥性能有一定影响。为了提高掺加尾矿的水泥混合材的性能,以福建尤溪某铅锌尾矿为主要掺加料,以灰色关联分析为手段,研究了有无减水剂情况下铅锌尾矿粒度分布对水泥混合材胶砂流动度和胶砂试块抗压强度的影响。结果表明:提高尾矿细度有利于提高水泥胶砂的流动度和胶砂试块的抗压强度;在尾矿掺量为30%时,胶砂流动度与胶砂试块的抗压强度均与尾矿中+8.39μm粒级负相关,与-8.39μm粒级正相关,其中与8.39~4.24μm粒级关联度最大,与4.24~2.15、2.15~1.09及1.09~0μm粒级的关联度依次减小;要提高该铅锌尾矿水泥混合材的性能,在尾矿掺量为30%时,应尽量增加-8.39μm粒级的产率,尤其应增加8.39~4.24μm粒级的产率,并尽量降低+8.39μm粒级的产率。     

碱激发增钙液态渣-矿渣基复合胶凝材料的开发与应用

将增钙液态渣、矿渣分别磨细，与激发剂混合后制成生态型胶凝材料。激发剂由改性脱硫石膏和低碱度材料组成。选择增钙液态渣何渣质量比、激发剂用量和粉磨细度3个因素，采用正交试验L9（34）进行配方和工艺参数优化。按GB／T1 7671—1999对胶凝材料进行测试，28d胶砂抗压强度达到34MPa,抗折强度达到5．9MPa。安定性、凝结时间合格。对该胶凝材料在蒸养尾矿砖上的应用情况进行了测试，产品性能与32．5等级的普通硅酸盐水泥相当。     

利用商洛钼尾矿制备混凝土

以钼尾矿、矿渣、熟料和石膏为原料制备胶凝材料,研究了钼尾矿在胶凝材料中的掺量、减水剂掺量、养护工艺对胶砂试块性能的影响,并通过XRD和SEM-EDS对水化产物进行了深入研究。结果表明,当钼尾矿在胶凝材料中掺量为20%、减水剂掺量为0.4%、采用60℃湿热养护所制备的钼尾矿胶砂试块力学性能最好,28 d抗压强度可以达到73.2 MPa。利用钼尾矿制备的胶凝材料的水化产物以钙矾石和C-S-H凝胶为主,二者的相互交织促进了胶砂试块强度的增长。     

铝冶炼硅钙渣基生态混凝土的性能研究

硅钙渣是高铝粉煤灰提取氧化铝过程中排放的固体废弃物。为揭示以其为主要原料制备的硅钙渣基生态水泥的性能,以32.5#普通硅酸盐水泥为参照对象,以天然砂石为骨料、液态聚羧酸为减水剂,分别制备了等级为C30和C40的混凝土,比较了同等级的2种混凝土的力学性能和耐久性能。结果表明:1硅钙渣基生态混凝土的早期力学性能高于相同标号的普通混凝土,后期力学性能则发展缓慢,胶砂28 d的抗折、抗压强度分别达到8 MPa和40MPa以上。2硅钙渣基生态混凝土与普通混凝土相比具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性能;硅钙渣基生态混凝土14 d前(含14 d)的收缩率与普通混凝土相当,14 d后收缩率小于普通混凝土;C40硅钙渣基生态混凝土具有优异的抗碱骨料反应性能,其余耐久性能与普通混凝土相当。3硅钙渣基生态水泥对于Cr离子具有优异的固化特性。因此,硅钙渣基生态水泥总体性能优于32.5#普通硅酸盐水泥。     

用赤泥提高铁尾矿热活化性能的试验研究

为提高铁尾矿的活性,使其能作为水泥原料而得以大宗量综合利用,以通钢铁尾矿为对象,研究了铁尾矿自身的热活化性能以及赤泥对铁尾矿热活化性能的影响。结果表明,单独对铁尾矿进行热活化不能使铁尾矿的活性得到提高;按1∶1的比例将铁尾矿与赤泥共同湿磨,所得混合物料的热活化性能明显改善,以这种混合物料在600 ℃下煅烧2 h的产物为主要原料（用量50%）制备的胶砂试块的28 d抗压强度达47.5 MPa,满足国家标准对42.5#水泥的强度要求。     

激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响

以脱硫石膏和电石渣为主激发剂、硫酸钠和水泥熟料为辅助激发剂,与金川公司镍冶炼渣熔态还原提铁后产生的水淬二次镍渣制成胶凝材料,再按胶砂比为1∶4与棒磨砂制成质量分数为79%的胶结料,着重考察激发剂用量对胶结料强度的影响。结果表明,当胶凝材料中二次镍渣、脱硫石膏、电石渣、硫酸钠、水泥熟料的质量分数分别为85%、5%、5%、3%、2%时,胶结料的28 d抗压和抗折强度分别达到3.42 MPa和1.96 MPa,满足井下充填用胶结料的强度要求。XRD、SEM分析结果显示,在激发剂作用下,二次镍渣胶凝材料中的玻璃相和结晶态物质均可发生水化反应,水化产物主要为钙矾石和含Ca²⁺、Mg²⁺的硅（铝）酸盐凝胶。     

建材用粉煤灰-电石渣混合物性能研究

旨在验证粉煤灰研磨对提高粉煤灰-电石渣混合物无侧限抗压强度(qu)的影响。结果表明,研磨后的粉煤灰能够提高粉煤灰-电石渣混合物的无侧限抗压强度。发现粉煤灰短时间(大于2 h)的研磨,使飞灰颗粒比表面积增加约50%,而环境温度下的强度增加约200%。在23℃下固化7 d的研磨样品与未研磨样品固化温度从23℃上升到40℃,固化7 d的qu值上升趋势相似。最后,可以得出结论,研磨可能成为替代通过提高固化温度或者利用高温固化增强粉煤灰-电石渣混合物强度的可行方法,以缩短固化时间。