赤泥-钢渣基胶凝材料稳定土性能研究

为实现交通工程绿色、低碳建设,以路基稳定土用胶凝材料为研究对象,选用赤泥、钢渣等固体废弃物,基于地质聚合物合成技术,制备了可替代水泥的赤泥-钢渣基胶凝材料。通过响应面法开展了赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料的配合比设计,采用红外光谱仪、X射线衍射仪以及扫描电镜等方式揭示了赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料稳定土工作性能参数和强度形成机理。结果表明:赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料7 d抗压强度为10.17 MPa,28 d抗压强度可达24.9MPa。新型胶凝材料掺量6%时,稳定土7d无侧限抗压强度达1.37MPa,水稳定性系数为64.6%,且赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料CBR强度达到81.7%,远高于规范要求。微观分析表明,赤泥-钢渣基地聚物类胶凝材料结构致密,水化产物为C-S-H凝胶和C-S-A-H凝胶。扫描电镜分析表明,赤泥基地聚物类胶凝材料水化产物在土中相互交接,包裹土颗粒,稳定土随着水化产物的增加而变得坚固。研究成果能够促进交通工程绿色低碳建设,并提升赤泥等固废的资源化利用效率。

钢渣基胶凝材料强度试验与充填料浆管输特性研究

以某选矿高泥全尾砂为骨料,进行新型钢渣基充填胶凝材料强度试验。在胶砂比和料浆浓度相同条件下,该高泥全尾砂充填体强度显著高于42.5水泥,且成本更低。在此基础上,开展不同料浆浓度和胶砂比的高泥全尾砂充填料浆的管输特性试验,包括料浆的流动性参数和稳定性参数,并建立充填料浆管输特性数学模型。结果表明:当料浆浓度提高时,充填料浆稠度、泌水率、分层度均逐渐减小;当胶砂比增大时,料浆稠度逐渐增大,而泌水率逐渐减小。

基于GA-SVM的钢渣基胶凝材料开发及料浆配比优化

针对某露天转地下矿山充填成本高的问题,充分利用矿山周边的工业废弃物开发满足嗣后充填采矿法所要求的充填胶凝材料,并对充填料浆的配比进行了优化.首先,分析了材料的物化特性,采用不同的激发配方进行了室内试验,构建了用于钢渣基胶凝材料配方预测的GA-SVM模型,确定了钢渣基胶凝材料的最佳配方(质量分数)为:钢渣30%、脱硫石膏4%、水泥熟料12%、芒硝1%;其次采用XRD和SEM分析了钢渣基胶凝材料的水化机理;最后基于灰靶多目标决策模型对料浆配比进行优化实验,以强度(7 d和28 d)、工作特性(坍落度、泌水率)、成本为指标优化料浆配比.结果表明,采用新型钢渣基胶凝材料,充填料浆的最佳配比参数为:灰砂比1∶4,固相质量分数为72%.并进行了验证实验,得到相应强度参数和工作特性参数分别为1.74 MPa、3.61 MPa、24.2 cm和5.91%,均满足嗣后充填的要求,此配比条件下的充填成本为每立方米113元,较水泥充填成本降低了38.92%.

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。

多元固废基胶凝材料水化性能研究

以钢渣、矿渣和石膏为原料制备胶凝材料,测试了50%钢渣掺量试块的宏观强度和孔隙率,通过使用XRD、TG-DTG、水化热、SEM、ICP等测试方法对胶凝材料的水化性能进行了研究。结果表明,当m(钢渣)∶m(矿渣)∶m(石膏)=50∶40∶10时,试块强度较高。水化液相环境早期碱度低,加入石膏促进钢渣的水化,后期碱度上升,矿渣水化反应消耗钢渣水化产物氢氧化钙[Ca(OH)]生成钙矾石(AFt)。体系以AFt生成为驱动力,共同促进水化反应持续进行。在石膏的激发下,3 d龄期时试块内部有大量的水化产物生成,硬化浆体结构基本形成;28 d龄期时,AFt数量增加且尺寸明显增大,同时C-S-H凝胶填充于针棒状AFt空隙,使硬化浆体的结构更加致密。

超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填关键技术研究

针对中关铁矿超细全尾砂存在脱水速度慢、溢流易跑浑、黏度大和充填体强度低等问题,开展了全尾砂粒度测试和化学成分分析、全尾砂自然沉降试验、絮凝沉降试验、选充工艺协同匹配衔接、钢渣基胶凝材料研发及超细全尾砂似膏体充填工艺配置等研究工作。经现场系统调试运行,该超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填技术及工艺合理,充填体强度在2.8~2.9 MPa,满足井下充填体强度要求。

CeO_2负载多孔碱激发钢渣基催化剂的制备及其光催化性能

固体废弃物高附加值利用是资源可持续发展的重要途径之一,创新性的提出了以丙烯酸树脂乳液为孔形成剂,对碱激发钢渣基胶凝材料的孔结构进行调变,制备出新型多孔碱激发钢渣基胶凝材料,采用初湿浸渍法合成了一种新型的CeO_2负载的多孔钢渣基催化剂。利用XRF,XRD,BET,UV-Vis DRS等手段对光催化剂的组成、结构及光谱性能进行了表征,评价了其光催化分解水制氢活性。结果表明:孔形成剂的加入,改变了碱激发钢渣基胶凝材料的孑L结构,其介孔体积增加了70.27%,负载8 Wt%CeO_2的光催化剂介孔体积增加了144.14%。在模拟太阳光源辐照6 h后,负载8 Wt%CeO_2的光催化剂的最高产氢活性(7 653μmol·g^(-1))和产氢速率[1 275.5μmol·(g·h)^(-1)]归因于介孔体积增加了水分子的传质速率以及高分散的CeO_2活性组分与载体中FeO形成的耦合半导体促进了光生电子-空穴对的高效分离。

钢渣基固结粉充填胶凝材料开发与应用研究

针对河钢矿业中关铁矿超细全尾砂充填采矿法存在的胶结体强度低和胶凝材料成本高等问题,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏固体废弃物,开展钢渣基固结粉充填胶凝材料研究。对矿山可以利用的钢渣、矿渣和脱硫石膏等固废物料,进行物化特性分析与质量评价;开展尾砂全固废固结粉胶结充填体强度的正交试验,以及全尾砂充填料浆流变特性研究。试验结果显示,脱硫石膏对胶结体7 d强度的影响大于钢渣微粉,而钢渣微粉对胶结体28 d强度的影响大于脱硫石膏。根据矿山对胶结体强度和充填料浆流变特性的要求,确定钢渣基固结粉胶凝材料的优化配方为:钢渣30%,脱硫石膏10%、矿渣60%。基于胶砂比1∶4和质量分数为64%进行胶结充填体强度测试,其充填体7 d、28 d强度分别达到了1.98 MPa、3.3 MPa,满足矿山对胶结充填强度的要求。固结粉胶凝材料成本分别比42.5水泥和市售胶固粉降低38%、28%,中关铁矿工业化充填试验结果证明其值得在铁矿山推广应用。