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。     

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。     

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%。     

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。     

改性电解锰渣-矿粉复合胶材料的制备及水化机理

电解锰渣(EMR)是金属锰湿法冶炼过程中产生的一种固体废物,其堆积量大,对环境造成了严重的污染。但电解锰渣中富含硫酸盐,依据其特性,可与矿粉(GGBFS)复合制备胶凝材料。以矿粉为主要原料,电解锰渣为矿粉的硫酸盐激发剂,熟石灰为碱激发剂,制备电解锰渣-矿粉复合胶凝材料。探究电解锰渣、矿粉和熟石灰的最佳配比,并在此基础上对电解锰渣在不同温度下煅烧改性,通过力学测试确定最佳煅烧温度。利用XRD、FT-IR、TG-DTG和SEM等表征方式分析胶凝材料的水化产物及水化机理,同时对硬化体进行毒性测试。结果表明：电解锰渣对矿粉有良好的激发作用,复合胶凝材料中电解锰渣、矿粉、熟石灰最佳质量配比为2∶7∶1,其28 d的抗压强度达到27.2 MPa,电解锰渣经350℃煅烧所制备的复合胶凝材料抗压强度达到30.5 MPa。复合胶凝材料的水化产物主要为钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H);28 d硬化体浸出液中的重金属浓度均在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)标准限值内,复合胶凝材料具有良好的安全性。     

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。     

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,...     

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。     

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比：盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比：33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。     

钒钛铁尾矿复合胶凝材料的制备及性能

为促进钒钛铁尾矿高质量、规模化地有效利用,以钒钛铁尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,采用粒度分析、力学性能测试、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)测试等手段,研究了钒钛铁尾矿粉磨特性、掺量对复合胶凝材料性能影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：粉磨30 min的钒钛铁尾矿比表面积达到400 m²/kg,其28 d活性指数接近70%;当钒钛铁尾矿掺量为27%,胶砂比为1∶3,水胶比为0.4时,所制备的复合胶凝材料3 d和28 d抗压强度分别为14.9 MPa和32.6 MPa,标准稠度为32.6%,凝结时间为125 min(初凝)和396 min(终凝),复合胶凝材料净浆试样14 d的收缩值较同龄期P·O 42.5水泥净浆试样收缩值低51.8%;在标准养护条件下,复合胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和钙矾石(AFt),钒钛铁尾矿水化反应后残余矿物相石英和透辉石颗粒与水化产物的凝聚效应为复合胶凝材料的强度提供了保障,透辉石水化生成Mg(OH)₂对胶凝体系早期自...     

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+.      

碱激发水泥?磷渣固化性能及与含硫尾砂的相容性

基于磷渣材料水化特性和矿山充填应用条件,研究碱激发水泥?磷渣共同作为胶凝材料（CPCM）胶结含硫尾砂的可行性。选取生石灰、NaOH、Na₂SiO₃作为激发剂,开展CPCM固化性能试验,并评价CPCM与含硫尾砂相容性。研究结果表明:磷渣掺量为水泥的100%、生石灰为3%时,CPCM终凝时间300 min,28 d抗压强度40.6 MPa,基本可等量替代P.O 42.5水泥应用于矿山嗣后充填。Na₂SiO₃掺量4%时,CPCM终凝时间比水泥缩短39.3%,7 d强度提高31.1%。与水泥相比,CPCM使充填体凝结时间缩短8 h左右,且固化28 d后强度未出现劣化,表明CPCM与含硫尾砂相容性好。X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析表明,CPCM水化产物主要为Ca(OH)₂和C?S?H。磷渣不断水化,导致Ca(OH)₂含量下降,逐渐形成致密的低Ca/Si摩尔比C?S?H,这不仅保证了CPCM后期强度增加,而且避免了充填体强度劣化。      

利用烧结脱硫灰渣制备新型充填胶凝材料试验

烧结脱硫灰渣是半干法脱硫排放的废弃物.灰渣含有亚硫酸钙和飞灰等不稳定矿物成分,使得该废弃物利用面临困难.针对铁矿全尾砂胶结充填法采矿对廉价的胶凝材料的需求,采用烧结脱硫灰渣和水淬渣,开展了制备全尾砂充填胶凝材料试验研究.以生石灰作为碱激发剂,硫酸盐作为辅助激发剂,对矿渣微粉活性实施复合激发.首先采用正交设计进行试验方案设计;然后采用极差分析对数据进行处理和配比决策,最后以阶段嗣后充填采矿对其强度要求,建立并求解全尾砂新型充填胶凝材料的优化模型,获得了充填胶凝材料的优化配比.结果显示,当胶砂比为1∶8、料浆浓度为68%时,以生石灰和烧结脱硫灰渣作为水淬渣复合激发剂制备的新型充填胶凝材料,烧结脱硫灰渣比例达到10%时,3 d、7 d及28 d的胶结充填体强度不低于相同条件下的32.5R早强水泥,而胶凝材料成本低于水泥材料.     

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。      

大掺量冶金渣制备高强度人工鱼礁混凝土的试验研究

通过正交试验研究了用作制备高强度人工鱼礁的钢渣-矿渣-熟料-石膏体系胶凝材料的强度.净浆正交试验表明:钢渣:矿渣的复合比为5:3,并与10%的水泥熟料和10%的脱硫石膏复合的胶凝材料具有较高的强度.以优化后的胶凝材料代替水泥,并以热闷法稳定化的钢渣颗粒为骨料,可以制备出抗压强度达到50 MPa以上的人工鱼礁混凝土.利用X射线衍射和扫描电镜分析净浆的水化过程,发现体系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝胶,在后期钢渣和矿渣的火山灰活性反应对强度的增长起主要作用.      

复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备

为了实现铜炉渣的废物利用,以碱激发方式为主研究铜炉渣制备矿用胶凝材料的可能性.选取生石灰、NaOH和早强剂组成的混合物作为复合激发剂,开展铜炉渣活性激发和充填材料制备试验,并采用X射线衍射和扫描电子显微镜对铜炉渣水化产物进行分析.试验结果表明,各激发剂对铜炉渣活性的影响顺序依次为生石灰 > 早强剂 > NaOH,在复合激发剂的作用下炉渣净浆试样的7和28 d强度分别可以达到1.5和3.0 MPa以上.铜炉渣尾砂充填料28 d强度为1.0 MPa,流动性良好,满足充填材料要求.铜炉渣早期水化产物主要有片状的Ca(OH)₂和C-S-H凝胶,随着养护时间的增加,C-S-H凝胶Ca/Si比不断减小,水化产物结构更加致密.养护时间至28 d时,铜炉渣中活性成分基本反应完全.      

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。     

凝灰岩石粉制备胶凝材料及激发剂模数对抗压强度的影响

为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用,提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法,并通过抗压强度测试、pH值测定、扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射分析和傅里叶变换红外光谱等表征,探讨了激发剂模数（n(SiO₂)/ n(Na₂O)）对抗压强度的影响规律及相关机理。结果表明,激发剂模数为0.042～0.055时,试样的28 d最大抗压强度达到71.33 MPa。随着激发剂模数的降低,颗粒表面的溶解程度提高;生成的硅铝酸盐增加,使抗压强度提高,但当模数低于最优值后,孔隙直径增大,石粉颗粒表面的黏结面积减小,造成强度降低。当激发剂模数为0.080～0.150和0.034～0.055时,抗压强度发展分别主要在3～7 d之间和7～14 d之间,与试样浸出液的pH值变化有较好的对应关系。因为碱激发反应过程大量消耗OH?,强度上升;而过高的OH?浓度可能使产物重新解聚,以及片层颗粒间一端静电斥力的增大使颗粒趋向点?面接触,引起强度的下降。      

粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度影响的灰色关联分析

为了能够更好地大量利用矿渣、钢渣制备高强建筑材料,实验采用灰色关联分析方法研究了矿渣、钢渣的粒度分布对大掺量矿渣、钢渣胶凝体系抗压强度的影响.矿渣和钢渣掺量分别占胶凝材料总质量的50%和30%,水胶比为0.34.研究表明:粒度小于8.39μm的矿渣、钢渣颗粒对其胶凝体系3 d和28 d抗压强度均起到增强作用,大于8.39μm的矿渣、钢渣颗粒对抗压强度起到削弱作用.为了提高大掺量矿渣、钢渣胶凝体系28d抗压强度,应当主要增加5.03~8.39μm矿渣、钢渣颗粒数量.      

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。