碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究

基于黄金尾矿资源化利用这一目标，开展了以碱熔后的黄金尾矿和高炉矿渣为原材料制备胶凝材料的试验研究。研究了高炉矿渣掺量对所制备胶凝材料凝固时间、抗压强度、物相组成及水化产物的影响。结果表明：添加高炉矿渣可以显著缩短材料的凝固时间，增加其抗压强度，并且添加30%高炉矿渣时效果最优，28 d抗压强度可达到14.05 MPa。掺入高炉矿渣后，碱激发胶凝材料的水化产物以水化硅酸钙(CSH)和水化硅铝酸钠(NASH)为主。     

水玻璃模数对碱激发赤泥胶凝材料性能影响研究

为探究赤泥回收利用方法,以烧结法赤泥为活性材料,不同模数的水玻璃溶液为激发剂,制备了赤泥基碱激发胶凝材料,测试了其力学性能及孔结构特征,并通过XRD、SEM及差热分析探究了其微观机理。试验表明,水玻璃模数对材料性能有较大影响,水玻璃模数为0.96时体系的激发效果最好,28 d抗压强度达到10.21 MPa。硬化试件的主要强度来源物质为水化硅酸钙凝胶,强度较高的材料其微观结构更为致密,碱激发产物数量更多。     

钛矿渣-磷石膏复合制备超硫酸盐水泥试验研究

采用磷石膏、钛矿渣、熟料和硅酸钠配制了10组超硫酸盐水泥，对基体的抗压强度、水化放热、水化产物进行了研究，并对纤维增强后的抗折强度、拉伸强度和抗冲击强度进行测试。结果表明，熟料和钛矿渣均能有效提升超硫酸盐水泥的抗压强度，并能促进水化放热和二次水化反应。较优的水泥配比为磷石膏∶钛矿渣∶熟料∶硅酸钠=25∶60∶13∶2，此时抗压强度达到42.1 MPa。玄武岩纤维可显著提高超硫酸盐水泥的抗折强度和抗冲击强度，表现为：当掺入0.3%6 mm纤维时，试件的抗折强度提升了27.0%；掺入0.6%的12 mm纤维时，抗冲击强度提高了120.3%。拉伸试验结果表明，玄武岩纤维对提升水泥的极限拉伸强度不利，但能提高水泥的拉伸应变能力。     

钢渣-矿渣-沸石胶结剂的开发及应用

基于活性激发和不同废渣的协同作用制备一种低成本胶凝材料——钢渣-矿渣-沸石(SBZ)胶结剂。通过响应面优化试验确定基础物料配比为:钢渣38.14%,矿渣38.14%,沸石10%,改性脱硫石膏10%,复合激发剂3.72%。在此基础上,外掺8%的多晶硅渣,物料比表面积为420 m2/kg,产品28天抗折强度达到6.3 MPa,抗压强度达到42.2 MPa。SBZ胶结剂能够有效固化重金属铅(Pb2+)和铬(Cr6+),与普通硅酸盐水泥相比,固化效果好,成本较低,具有良好的应用前景。体系中的水化硅酸钙、水化铝酸钙、钙矾石以及沸石类物质对重金属的固化具有重要贡献。     

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。      

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。     

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。     

利用工业废渣制备绿色胶凝材料的研究

钢渣、矿渣和粉煤灰按特定的比例组成复合废渣,和改性水玻璃等激发剂发生协同水化作用,通过砂浆实验制备得到的浆体抗压强度和抗折强度均较好,凝结时间及安定性均合格,具有较好的抗硫酸盐腐蚀性能,对环境无危害性。     

激发剂对SCM-Ⅰ型炉渣基胶凝材料强度特性的影响

以炉渣基复合胶凝材料为主要原料, 研究不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料的激发效果并通过XRD与SEM分析, 从微观结构与水化产物的角度探讨不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料强度的影响.结果表明:碱激发剂中氢氧化钠与氢氧化钙均具有一定的激发效果，添加氢氧化钙比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了34.77 %，而硅酸钠对强度的提高起到了抑制作用，在其掺量为0.75 %时，抗压强度下降了45.15 %，添加0.50 %硫酸钠的28 d抗压强度提高7.90 %，激发效果并不明显.氯盐激发剂中，添加1.00 %的氯化钙与氯化钠，分别比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了68.08 %与5.62 %.添加氯化钙后促水化反应的进一步进行，并生成大量的钙矾石；添加硅酸钠后抑制了C-S-H凝胶的生成，降低了胶凝材料的强度.      

低成本钢尾渣-矿渣基矿山充填料的优化开发

 为实现多固废协同利用、降低充填成本,在矿渣基全粒级细尾砂胶结充填料基础上,以流动性和抗压强度为表征,利用热闷钢渣磁选尾渣(钢尾渣)替代部分矿渣作为胶凝材料,脱硫灰和水泥熟料替代部分专用添加剂作为外加剂,采用正交试验探寻掺量规律,优化固体填充料配比,开发钢尾渣-矿渣基软性矿山充填料,并研究了外加剂与胶材比、灰砂比等因素的影响。对比分析了矿渣基准组、钢尾渣-矿渣基准组(B1)、强度最优外加剂组分钢尾渣-矿渣组(B7)等3组充填料的微观形貌及XRD图谱以探究其水化机理。结果表明,钢尾渣替代矿渣量增加、外加剂与胶材比减小,充填料浆流动性改善,但充填体抗压强度下降。强度正交试验结果表明,钢尾渣掺量大小决定强度低高,脱硫灰掺量宜高于水泥熟料。进一步调整外加剂组分配比,在灰砂比为1∶6、钢尾渣替代矿渣为20%条件下,找出B7组外加剂组分为脱硫灰、水泥熟料分别替代30%、20%专用添加剂,B7组料浆扩展度为143 mm,充填体形貌为富铁绿泥石胶结假方体钙硅灰石,28 d抗压强度达2.13 MPa,较基准组低0.19 MPa,较B1提高0.26 MPa。该替代方案满足现场充填C2级强度的要求,改善流动性并显著降低了充填成本。优化的外加剂组分配比在灰砂比为1∶4条件下同样具有强度优化作用,但较灰砂比为1∶6条件下低。     

地聚合物混凝土配比及力学性能研究

混凝土是巷道支护过程中的重要建筑材料,然而混凝土在巷道施工中常常出现质量问题,为了不影响正常生产,需要对其进行修补。地聚合物混凝土凝结时间快,早期强度高,界面结合能力强,耐高温性和抗冻性强,耐腐蚀性良好,具有用作修补材料的潜力。以粉煤灰和矿粉为原料,Na₂SiO₃溶液和NaOH为碱激发剂制备地聚合物胶砂,研究不同的碱激发剂模数（1.0、1.2、1.4）和掺量（10%、15%、20%）对不同龄期胶砂力学性能的影响。结果表明：当碱激发剂模数为1.2,碱掺量为15%时,胶砂强度达到最大值。设计正交试验,研究了不同水胶比（0.45、0.50、0.55）、粉煤灰掺量（30%、50%、70%）和砂率（30%、35%、40%）对不同龄期地聚合物混凝土的工作性能和力学性能的影响。结果表明：粉煤灰掺量对抗压强度影响最为显著,水胶比次之,而砂率对强度发展几乎没有影响。最优的配合比为水胶比为0.50,粉煤灰掺量为50%,砂率为35%。     

赤泥-煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能

以拜耳法赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业固废为基本原料在实验室制备了一种公路路面基层材料,并研究了其力学性能、耐久性能和环境性能.通过开展干湿循环以及冻融循环试验研究了该公路路面基层材料的耐久性能,并利用ICP浸出试验和放射性检测研究其环境性能.结果表明,赤泥-煤矸石基路面基层材料赤泥和煤矸石掺量之和75%、固废总掺量97%时,7 d养护后无侧限抗压强度达到6 MPa以上;经过20个干湿循环后,矿渣掺量为5%的路面基层试块强度为5.98 MPa,满足国家标准;经过5个冻融循环后,路面基层材料的7 d抗压强度仍然达到6.89 MPa,具有良好的耐久性能.浸出试验结果显示,浸出液中Na+浓度均符合国家饮用水标准,同时浸出液中Zn、Hg、Cu、Pb、Ni等重金属均未检测出;放射性试验结果表明,试验所用纯赤泥的放射性符合相应的国家标准.通过对该路面基层材料进行固碱分析以及能谱分析发现,硅铝体系能有效固结钠离子.此公路路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,拓宽了路面基层材料的选材范围.      

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。     

铅锌尾矿对水泥性能及矿物组成的影响

研究以铅锌尾矿为水泥原料,设计不同尾矿掺量的配方分别在1350℃下煅烧制备硅酸盐水泥熟料.采用甘油酒精法分析生料的易烧性,根据《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》测量水泥各龄期的抗压、抗折强度,用XRD研究了熟料的矿物组成,用SEM分析了矿物的晶体形貌.试验结果表明：当铅锌尾矿掺量为12.25%时,熟料中f-CaO含量最低,为0.07%.当铅锌尾矿掺量为12.25%-16%时,水泥各龄期强度均超过GB175-2007中规定的42.5标准水泥,其中铅锌尾矿掺量为12.25%时,3 d、28 d抗压强度分别为21.8 MPa、51.3 MPa.掺入铅锌尾矿后,熟料主要矿物为C3S,矿物形成良好.     

莫来石/SiC复相材料的烧结工艺和成分优化

利用工业氧化铝和超细氧化硅合成莫来石，并结合SiC制备出了莫莱石／SiC复相材料。研究了烧结工艺及氧化铝和氧化硅的摩尔比对复相材料密度和强度的影响，并以材料的热震残余强度为指标、利用正交设计法研究了微量添加剂的影响效果。结果表明，复相材料的体积密度随烧结温度的升高和烧结时间的延均出现先升高后降低的规律，而开口气孔率的变化规律则相反；随结合相中Al2O3与SiO2的摩尔比的提高，复相材料的密度增加、气孔密度降低，而强度则先增后减，通过烧结工艺与结合相和添加剂成分的优化，材料密度最高可达2．5g/cm^2，抗折强度达34．5MPa，耐压强度可达90MPa，热震后的残余强度率为67．2％。     

添加剂对镁还原渣泡沫玻璃性能的影响

以镁还原渣和废玻璃为主要原料来制备泡沫玻璃,在确定镁还原渣和废玻璃配比的前提下,通过正交试验研究发泡剂碳酸钠、稳泡剂六偏磷酸钠及助熔剂硼砂的掺量对泡沫玻璃性能的影响,并对不同发泡剂掺量下的泡沫玻璃进行密度、吸水率、力学性能等的检测及XRD物相分析。结果表明,镁还原渣泡沫玻璃中含有明显的CaSiO_3晶相结构,3种因素中发泡剂的影响最为显著,当发泡剂、稳泡剂和助熔剂的掺量分别为2.0%、3.0%和2.0%时,得到的泡沫玻璃性能最好,其表观密度为598kg/m~3,抗压强度为5.34 MPa,吸水率为0.43%。     

Preparation and in vivo evaluation of a newly developed bioglass ceramic

This paper presents details of the fabrication of a glass ceramic, and its application as an artificial bone prosthetic material. This new bioglass ceramic, with composition of Na2O 8.4%, CaO 40.6%, P2O5 12% and SiO2 39%, had 160-190 MPa and 800-980 MPa of three-point bending strength and compressive strength respectively. The ceramic has a (Na, Ca) (P, Si) O3 crystalline phase with a uniform crystal size of about 10 microns, which was attributed to the high nucleation frequency. The rabbit condyle test showed that the material formed a tight chemical bond with biological texture and had good biocompatibility.     

石粉对赤泥基注浆材料的影响机制

为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理,以赤泥基注浆材料为研究对象,系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律,并结合X射线衍射仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）等微观测试手段分析其作用机理。研究表明,结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小,当石粉的质量分数为5%时抗压强度最高,3 d时可达5.65 MPa,抗压强度提升幅度为18.94%,同时浆液泌水率上升幅度仅为9.85%,且28 d结石体孔隙率降低了18.35%,因此,5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳质量分数。在石粉最佳质量分数条件下,随着石粉平均粒径减小,浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势;当石粉平均粒径达到8 μm时,石粉“填充效应”和“成核效应”作用尤为明显,浆液黏度突升,且3 d和28 d试样强度分别提升了11.86%和10%,故石粉平均粒径越小,其对赤泥基注浆材料的提升作用越显著,赤泥基注浆材料的最佳粉料质量配比为赤泥47.5%,矿粉47.5%,石粉5%;微观分析证实,石粉在浆液水化历程中以物理特性参与其中,为Na₂O–SiO₂–Al₂O₃–H₂O凝胶（N–A–S–H）, 水化硅铝酸钙凝胶（C–A–S–H）和水化硅酸钙凝胶（C–S–H）等凝胶提供成核位点,供地聚物凝胶沉淀和生长,加速浆液水化。      

Preparation of Cordierite Ceramic Using Mixtures of Ce4+-Modified Amorphous Powder and Oxide Powders

The cordierite ceramic with a high strength and a low thermal expansion coefficient was prepared by using mixtures of Ce4 -modified cordierite amorphous powder and oxide powders of MgO, Al2O3 and SiO2 as starting materials. The transformation procedure of the powders was analyzed by XRD method and the surface morphology of ceramics was examined by SEM method. The flexural strength was measured in a mechanical property testing machine using the Three-Point-Bending sample. Experimental results show that the ceramic added with 10%(mass fraction) of Ce4 -modified amorphous powder is composed of α-cordierite and small amount of CeO2 particles, and has a porosity of 15%(volume fraction) and a flexural strength of 32.6 MPa when sintered at 1350 ℃ for 3 h. It is suggested that this low-cost process is suitable for preparing the components such as supports of vehicle exhaust converters and diesel particulate trappers.     

利用碳铬渣制备耐火浇注料的试验

对碳铬渣进行矿物分析,得知其矿物组成主要是镁橄榄石和镁铝尖晶石;研究了不同粒径骨料和不同煅烧温度对耐火浇筑料力学性能的影响。结果表明：级配合理的碳铬渣骨料,掺入适量的镁砂粉,以铝酸盐水泥为结合剂,经过1500℃煅烧,可以制备常温力学性能优异的耐火浇注料,其耐压强度大于110MPa,抗折强度可达12.74MPa。