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。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

粉煤灰替代矿渣微粉作为胶凝材料的早期强度激发研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性,通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料会降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1∶4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19 MPa,大于金川矿山设计的1.5 MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,胶结充填体3d强度达到1.504 MPa,也满足金川矿山对充填体强度的要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本,提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

碳酸钙晶须对碱激发高炉矿渣保温材料性能的影响

以高炉矿渣为主要原料,氢氧化钠为碱激发剂,双氧水为发泡剂,碳酸钙晶须为改性剂制备新型无机保温材料。探讨了碳酸钙晶须掺量对所制取保温材料物理性能的影响。试验结果表明：以高炉矿渣质量为基准,在碱激发剂氢氧化钠和发泡剂双氧水添加量分别为6%和2%、水固比为0.5 g/mL的情况下,添加3%的碳酸钙晶须的试件（养护时间为28 d）体积密度为0.52 g/m3,抗压强度为1.15 MPa,导热系数为0.081 W/m·K,该材料的物理性能达到保温材料的标准。     

基于正交试验的碱激发矿渣充填材料配比优化

矿渣基胶凝材料因其强度高、成本低、流动性好等优势,正逐步取代水泥成为金属矿山尾砂充填胶凝材 料。 目前,矿山使用的矿渣激发剂为硫酸盐、碱金属盐、硅酸盐等若干种材料组成的复合材料。 然而,大量研究表明, 硅酸钠是矿渣活化最佳激发剂。 鉴于此,本研究采用正交试验方法,以硅酸钠模数、激发剂浓度以及矿渣细度为变量, 以充填体强度和成本作为优化目标,对碱激发矿渣充填材料组分配比进行了优化。 结果表明,矿渣细度对试件 3 d 强 度影响最显著,硅酸钠模数对 28 d 强度影响最显著,通过充填体力学性能与经济成本综合比较得出最优配比方案为: 硅酸钠模数 0. 34、矿渣细度 800 m² / kg、激发剂浓度 0. 25。     

煤矿采空区膏体充填材料制备试验研究

以煤矸石和粉煤灰为原料、电石渣为外加剂,通过试验得到了适合内蒙古乌海某煤矿采空区膏体充填材料的优势配比。保持充填浆料的质量浓度为67%,当煤矸石、粉煤灰、水泥和外加剂的质量比为14∶10∶2∶3时所形成的充填体,28 d单轴抗压强度为5.71 MPa,可以满足该矿最低充填强度的需求。试验中采用外加剂中的氢氧化钙作为碱性激发剂,用以激发粉煤灰的活性;选用的粉煤灰含有大量的硫酸钙,会和氢氧化钙与活性氧化铝发生反应生成钙矾石,产生胶凝作用,从而形成良好的充填强度。     

基于金川棒磨砂充填料开发新型充填胶凝材料的试验研究

通过分析金川镍矿工业生产中排放的固体废弃物的物化特性,采取正交试验和极差分析,研究采用生石灰和脱硫灰渣复合激发矿渣微粉开发的新型充填胶凝材料的力学特性与变化规律。针对金川矿山下向分层胶结充填法采矿对3d早期强度的要求,开展采用芒硝和NaOH为复合早强激发剂的试验研究。研究结果显示,采用金川矿山的棒磨砂充填骨料,在料浆质量浓度为78%和胶砂比1︰4的试验条件下,生石灰、脱硫灰渣可激发矿渣微粉的活性,最优配比为生石灰5%、脱硫灰渣17.5%、芒硝3%、NaOH 0.5%,矿渣微粉74%,其3d、7d、28d抗压强度均不低于同等条件下的水泥胶凝材料充填体强度,并给出了不同添加剂对充填体强度的影响。     

石膏对氧化钙激发高炉矿渣胶凝性能的影响

高炉矿渣作为碱激发材料的主要原料,在适宜激发剂的催化下可生成具有良好胶凝性能的水泥替代料。本文以高炉矿渣为主要原料,氧化钙为碱激发剂,石膏为添加剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞法(MIP)方法,探讨不同石膏用量对氧化钙激发高炉矿渣力学性质的影响,并分析碱激发高炉矿渣胶凝材料性质得以改善的原因。结果表明:石膏掺量为10%时,胶凝材料试块的抗压性能最佳,养护28d可达22.20MPa。生成物中钙矾石的量对试块的强度有较大的影响,当石膏掺量过多时,多余的石膏无法与反应体系中的物质反应,杂乱地分布于体系之中形成大小不一的孔隙,最终导致试块的强度下降。     

高炉矿渣制备新型胶凝材料的试验研究

高炉矿渣制备新型胶凝材料作为水泥替代剂是资源综合利用的一个重要方向,高炉矿渣在碱性激发剂的条件下能够迅速以及比较完全的发挥其胶凝性能,但碱性激发剂的选取一直是制约新型胶凝剂投入生产实际的一个重要因素。实验室大多使用NaOH激发高炉矿渣的活性,由于NaOH的强腐蚀性,给实际运用带来了危险并加速了仪器的损耗。本文拟利用CaO作为碱激发剂激发高炉矿渣的活性,添加工业石膏探索制备新型胶凝材料的可能性。通过正交实验设计配比并得出最优条件下CaO用量,胶砂比以及石膏用量分别为10%,1:4和5%,最优配比下测得浓度68%试块的抗压强度为5.67 MPa,能够完全满足井下充填的要求。     

碱激发赤泥基可控低强度材料的制备与性能研究

以赤泥、粉煤灰以及矿粉为原材料,NaOH 为激发剂、聚羧酸减水剂为分散剂制备了可控低强度材料,研究了不同赤泥、粉煤灰配比下材料的工作性能和力学性能。当赤泥与粉煤灰的质量比为 2 ∶ 1、矿粉的掺量为 10%, NaOH 掺量为 1. 5%时,拌合物流动度最高为 236 mm,试件 28 d 的无侧限抗压强度最大为 6. 5 MPa,满足可控低强度材料的规范要求。利用 XRD、FTIR、SEM 探究了可控低强度材料的矿物组成、微观结构,结果发现赤泥、粉煤灰以及矿粉在 NaOH 作用下水化形成了 C—S—H、钙矾石(AFt)以及少量水化硫铁酸钙、C₄AF;材料的强度发展与水化产物的絮状、蜂窝状以及片状结构密切相关。研究结果为工业固废在可控低强度材料领域的规模化应用提供了新的技术途径。     

粉煤灰对碱激发高炉矿渣性能的影响

研究了掺加粉煤灰对碱激发高炉矿渣流动性、硬化时间、试件抗压强度及热稳定性与微观结构的影响。结果表明:1随着粉煤灰掺量的增加,料浆的塌落度上升,硬化时间延长。2粉煤灰的掺量越大,试块的抗压强度越低。3粉煤灰较低的反应活性,是造成掺粉煤灰的碱激发高炉矿渣试块硬化时间延长、抗压强度和热稳定性下降、孔隙率上升的原因。     

低成本快硬材料在膏体充填中的应用

以水淬渣为主要胶凝材料,以粉煤灰配入一定比例的铁矿尾砂为集料,通过多种激发剂的激发活化作用,实现了胶结体的早期强度：4 h强度达到0.3 MPa以上,满足了矿山对充填体早期强度要求较高的特点。同时,在胶凝材料中以水淬渣取代了普通水泥,在充分利用了工业废渣的同时降低了充填成本。     

冶金渣基胶凝材料固化生活垃圾焚烧飞灰的性能研究

以矿渣、钢渣、脱硫灰和磷酸淤渣为原材料,优化4种原料的配合比,制备出冶金渣基胶凝材料,考察其对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能。结果表明:当m（矿渣）:m（钢渣）:m（脱硫灰）:m（磷酸淤渣）=36%:32%:12%:20%时,冶金渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度达35.2 MPa。随着垃圾焚烧飞灰掺入量从10%增加到80%,固化体的强度不断下降;但是,当垃圾焚烧飞灰掺量高达到80%时,固化体抗压强度仍达2.2 MPa,Pb、Zn、Cr、Hg和As的固化率仍超过99%,垃圾焚烧飞灰固化体的抗压强度和重金属浸出浓度均满足《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准（GB 16889—2008）》的要求。      

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。     

煤基固废制备充填材料配比优化试验研究

为制备低成本、高强度的煤矿充填材料,以煤矸石做骨料,以粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣为 胶凝材料制作试件,并对其进行单轴抗压强度、坍落度、扩展度指标测试,研究了充填材料配比优 化前后的力学性能、各组分影响情况。 结果表明,脱硫石膏、硅钙渣在一定掺量范围内具有较强 的胶凝作用;随着粉煤灰掺量增加,充填材料初期强度增长较慢,应控制其掺量不高于6.67%;粉 煤灰与硅钙渣联合使用能激发硅钙渣的胶凝性能;煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣、水泥最优 质量比为70:6:3:12.5;8.5。 利用响应面法对结论进行了验证,试验结论与预测一致。     

镍渣—粉煤灰基地质聚合物力学性能及耐久性能的研究

作为新型胶凝材料,地质聚合物应用前景广阔,而利用镍渣制备地质聚合物对实现固废综合利用有重要意义。通过硅酸钠和氢氧化钠复合碱溶液活化制备了镍渣—粉煤灰基地质聚合物,探讨了粉煤灰掺量对地质聚合物力学性能、抗冻性能、抗海水侵蚀性能的影响,并结合XRD、SEM及孔结构分析等手段阐明变化规律。结果表明：① 粉煤灰的引入,提高了地质聚合物的强度;当粉煤灰掺量为10%时,力学性能最优,7、28 d抗压强度分别为37.2、42.5 MPa,相比空白组试样分别提高了21.97%和17.40%。② 适量粉煤灰的掺入能够进一步降低地质聚合物在冻融循环、干湿循环中的抗压强度损失及质量损失。当掺入10%粉煤灰时,50次冻融循环后试样的抗压强度损失率、质量损失率分别为24.7%、14.9%,50次干湿循环后的抗压强度损失率为21.5%。③ 粉煤灰对碱激发的反应有益,增加了反应产物;同时,粉煤灰更小的颗粒粒径,对地质聚合物提供了更好的填充效应。研究结果可为镍渣—粉煤灰基地质聚合物的开发及相关耐久性能问题的探索提供参考。     

碱渣改良矸石胶结充填材料力学性能试验研究北大核心

基于固废碱渣排放量大、处理成本高和污染环境的背景,探讨利用碱渣改良矸石胶结充填材料力学性能的可行性;通过测试碱渣基本物理力学特性,研究碱渣掺量和养护龄期对胶结充填材料力学性能的影响规律及其强度机理。结果表明:随着碱渣掺量在0%~12%范围内逐渐增大,充填体早期强度、中期强度和后期强度均呈现出先增强后降低规律;碱渣胶结充填材料的最佳配合比为碱渣∶粉煤灰∶石灰∶水泥∶矸石∶旧集料=6%∶34%∶10%∶2.5%∶24%∶23.5%,材料早期强度和后期强度增幅高达449%和187%;碱渣胶结充填材料料浆体系中C-S-H胶凝与N-A-S-H胶凝共存,N-A-S-H胶结性能更强,减少了孔隙的连通性,适量的碱渣掺量能够有效提高材料强度;碱渣制备胶结充填材料能够实现节能减排,其技术、经济与社会效益显著,具备良好的工程应用价值。     

高炉熔渣直接资源化绿色制备高效硅肥研究

针对高炉熔渣含大量显热及粉煤灰中二氧化硅含量高的特点,进行高温炉熔渣混合加入粉煤灰制备高效硅肥研究。粉煤灰与熔渣按7.76:92.24质量比加入,经混合水淬后得到硅肥中有效硅含量最高,且随高炉熔渣温度升高,硅肥中有效硅含量提高,高炉熔渣温度为1 550℃,制备出高效硅肥有效硅含量达到22.4%,并提出高炉熔渣协同粉煤灰直接绿色制备高效硅肥技术。