锂渣物化特性及其碱激发制备人造集料实验

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。伴随着我国锂矿冶炼规模增长,锂渣产量逐年增加,其资源化利用的必要性日趋凸显。为探明锂渣的物化性能及其作为胶凝材料制备人造集料的潜力,首先通过实验表征了宜春市锂云母锂渣和澳大利亚锂辉石锂渣的组成和性能,并分析其对碱激发性能的影响。其次,以氢氧化钠为碱激发剂,采用圆盘冷造粒法制备了两种锂渣人造集料,并测试了其抗压强度。最后,通过玻璃电极法、电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法和分光光度法等实验论证了人造集料的环境风险。结果表明:锂云母锂渣的物化性质较锂辉石锂渣更适合用于碱激发制备人造集料,所制得的人造集料强度更高,液体浸出物也不具有环境危害性。

铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土耐酸侵蚀性能研究

目的在混凝土中掺入铁尾矿、钢渣、锂渣,分析混凝土的耐酸侵蚀性能,实现铁尾矿、钢渣、锂渣高效资源化利用。方法将铁尾矿、钢渣、锂渣作为掺合料替代部分水泥,铁尾矿碎石和铁尾矿砂作为粗、细骨料制备混凝土;对制备的混凝土标准养护28 d后进行为期60 d的酸侵蚀试验;通过改变水胶比和水泥替代率分析其质量损失率、抗压强度损失率及侵蚀深度,利用MIP、SEM探究铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土耐酸侵蚀的机理。结果掺入铁尾矿、钢渣、锂渣可以降低混凝土的质量损失率、抗压强度损失率和侵蚀深度;其中掺量为30%时,质量损失率为0.12%、抗压强度损失率为-7.8%、侵蚀深度为0.6 mm,均达到最低值;混凝土的质量损失率、抗压强度损失率和侵蚀深度随着水胶比的增大而升高。结论铁尾矿-钢渣-锂渣混凝土中铁尾矿、钢渣、锂渣发挥的填充作用和与水泥发生的二次水化反应使混凝土体系更加致密,很大程度上阻碍了酸的侵入;同时,二次水化消耗了易与酸反应的CH,生成了更稳定的C-S-H凝胶,表现出更好的耐酸侵蚀性能。

碳纳米管/锂渣混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能试验研究

为探究碳纳米管/锂渣混凝土的基本性能,设置水胶比为0.35、0.40和0.45,碳纳米管(CNTs)掺量为0、0.05%、0.10%和0.15%,锂渣(LS)掺量为20%的混凝土配合比,以抗压强度、电通量等作为表征参数,分析不同CNTs掺量、不同水胶比对混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性能的影响,结合工业CT(ICT)扫描技术从细观层面分析碳纳米管/锂渣混凝土的孔隙结构及其特征参数。研究结果表明:CNTs掺量为0.10%时达到抗压强度最大值;水胶比由0.45降低到0.35,抗压强度最大提升34.04%;通过电通量测试分别测得28 d、56 d的数据得出碳纳米管/锂渣混凝土电通量等级分布在低与很低两个水平内,抗压强度与抗氯离子渗透性能之间存在明显的正相关性,通过分析证明,可以考虑初始电流作为氯离子渗透性能的评价指标。此外,通过CT扫描进一步研究碳纳米管/锂渣混凝土的孔隙结构,利用Image Proplus与VGStudio等软件对孔隙结构相关特征参数的提取、统计与分析,分析结果表明,适量的CNTs与较低的水胶比有利于孔结构的优化,且细观结构与宏观性能之间有着较强的相关性。

碱硅酸反应-冻融循环下掺锂渣混凝土力学性能试验分析

研究了掺锂渣混凝土在碱硅酸反应(ASR)和冻融循环(FTC)耦合作用下的抗折和抗压强度。研究结果表明,碱硅酸反应和冻融循环均会降低混凝土的抗压抗折强度,掺入一定量锂渣的混凝土后进行碱硅酸反应会使混凝土的抗折强度略微提高。混凝土抗压强度随冻融循环次数的增多而降低,且两种反应互相耦合。前期碱硅酸反应会加剧后期冻融破坏的影响,先进行冻融破坏同样会加剧后期碱硅酸反应造成的影响。混凝土的力学性能随锂渣掺量的增加,呈现先变优后变劣的趋势,锂渣掺量为20%时对混凝土力学性能的提升最为显著。

冷热-荷载耦合下纤维锂渣混凝土柱偏心受压性能

为研究冷热循环作用及耦合应力对纤维锂渣混凝土(PLiC)柱偏心受压性能的影响,制作6根PLiC柱和2根对照柱,将其施加0、0.10、0.20、0.35的耦合应力之后,经历0次、100次、200次、300次冷热循环作用后进行偏心受压静力试验,研究冷热循环次数、耦合应力比对PLiC柱偏心受压性能的影响。结果表明:单掺锂渣对试验柱的破坏形态、延性、开裂荷载和极限荷载影响均较小,而掺入1.2 kg/m^(3)的PLiC柱受压破坏时无明显混凝土压溃现象,且变形性能更好,延性提高24.7%、开裂荷载提高3.5倍、极限荷载提高24.73%;耦合应力比不变,冷热循环次数从100次增加到300次时,PLiC柱裂缝数量增加且呈现多而密的特点,延性系数提高8.6%,极限承载力下降33.56%;冷热循环200次时,耦合应力比从0.10增加到0.35,构件延性系数变化较小,极限承载力下降34.55%。试验中冷热循环温差为58℃,可为中国西部地区大温差环境下混凝土结构设计提供一定参考。

粉煤灰 - 锂渣基发泡陶瓷的制备及性能研究

为制备低成本兼具高孔隙率与高压缩强度的发泡陶瓷,以粉煤灰、锂渣、长石、滑石和碳化硅为原料,经1180、1200、1220、1240℃分别保温10、20、40、60 min烧结制备发泡陶瓷试样。主要研究了锂渣的掺量(质量分数分别为0、10%、20%、30%)对试样物相组成、显微结构、孔隙率及压缩强度的影响。结果表明:1)随锂渣掺量的增加,发泡陶瓷的孔隙率增加,体积密度降低,压缩强度波动;2)锂渣中丰富的钙、硫成分,可发挥助熔剂和发泡剂作用,降低烧结温度,提高发泡陶瓷的孔隙率,改善气孔圆整度,提高压缩强度;3)当锂渣掺量为20%(w)时,经1220℃保温20~40 min烧结所得发泡陶瓷的体积密度为0.32~0.40 g·cm^(-3),孔隙率为84.4%~87.6%,压缩强度为1.51~2.35 MPa。

基于改进特征筛选的随机森林算法对锂渣混凝土强度的预测研究

本工作提出了特征变量筛选结合特征变量相关性的方法,对构建的锂渣混凝土28 d抗压强度数据库进行优化,分别建立了随机森林模型和深度神经网络模型用于测试数据库,并以相关系数(R)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MAE)三个指标对模型的预测结果进行对比分析。结果表明,预测锂渣混凝土的28 d抗压强度时,采取改进的特征变量筛选方法能够有效提高模型的预测效果,此外,特征变量筛选的前后随机森林(RF)模型的预测效果明显优于深度神经网络(DNN)模型。

微波激活锂渣复合胶凝体系水化性能研究

为提高锂渣在水泥基材料中的利用率,对比了不同微波功率对锂渣火山灰活性的影响。结果表明,微波处理促进了锂渣中的石膏与锂辉石等矿物相的分解,提高了锂渣的火山灰活性,致使锂渣-水泥复合体系形成更多的水化产物。随着微波功率的增加,锂渣复合水泥水化第二放热峰提前出现,且峰值增加,水化放热总量也显著增加。相较原始锂渣,采用40%功率微波激活后的锂渣复合水泥胶砂3 d、7 d及28 d的抗压强度分别增加15.2%、5.0%、13.1%。

不同活化方式锂渣地聚物性能研究

为揭示不同活化方式锂渣制备碱激发地聚合物可行性,对比分析了未活化、微波活化和热活化锂渣基地聚合物物理力学性能。结果表明,热活化和微波活化可以显著提高锂渣活性,增强锂渣基地聚合物放热速率和放热量,且热活化锂渣活性高于微波活化锂渣。掺2%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时地聚物放热速率和放热量最佳,在Na_(2)SiO_(3)掺量相同的情况下,NaOH掺量过多会导致放热速率减慢,累计放热量降低。热活化和微波活化可以显著提高锂渣基地聚合物的抗压强度。掺加2%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时,微波活化锂渣基地聚合物3 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加9.3%。热活化锂渣基地聚合物28 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加18.69%。掺加4%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时,热活化锂渣基地聚合物3 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加23.75%。微波活化锂渣基地聚合物28 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加9.73%。热活化和微波活化活性增强,锂渣地聚合物碱激发反应生成的钙矾石、水化硅铝酸钙或硅铝酸钠((N)C-A-S-H)凝胶等含量高于原始锂渣地聚物,在Na_(2)SiO_(3)掺量相同的情况下,锂渣基地聚合物的活性随NaOH掺量的增加而降低。

新型复合激发锂渣基固化剂加固软土试验研究

为提高固体废弃物锂渣的利用率,以锂渣作为原材料,选择生石灰作为外添加剂,同时添加碳酸钙和氢氧化钠作为复合激发剂,利用碱激发技术研制一种新型软土固化剂材料。采用正交试验研究该新型复合激发锂渣基固化剂的固化配合比,并探究试验中各因素对固化土抗压强度的影响,同时结合XRD及SEM揭示固化剂与软土之间的固化机理及微观结构的演化规律。结果表明,固化剂的最佳配合比为锂渣掺量73%(质量分数)、生石灰掺量18%(质量分数)、复合激发剂掺量9%(质量分数)、碳酸钙与氢氧化钠质量比1∶1。该配合比下固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为1.32和2.35 MPa,水稳定性系数分别为0.80和0.87。在生石灰与复合激发剂的协同作用下,固化土中水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝物质显著增多,土体结构致密度提高强度及水稳定性提高。

热活化锂渣复合水泥基凝胶材料配比优化

为提高热活化锂渣复合水泥基凝胶材料工程性能,实现锂渣高效资源化利用,基于室内单因素试验,采用响应面法分析了热活化锂渣掺量、水玻璃掺量、水固比、水玻璃模数和水玻璃波美度对流动度、凝胶时间、析水率及3 d、28 d抗压强度的影响,确定最优配比,并验证该配比下材料的工程效果。结果表明,在热活化锂渣掺量7.32%、水玻璃掺量8.81%、水固质量比0.6∶1、减水剂0.4%的条件下,制备的热活化锂渣复合水泥基凝胶材料流动度为235.69 mm,凝胶时间为73.54 s,析水率为1.123%,3 d、28 d抗压强度分别为11.54 MPa、22.9 MPa。与传统水泥基凝胶材料性能相比,其工程性能和抗硫酸盐侵蚀性均表现更优。

锂渣和荷载对不同龄期混凝土气体渗透性的影响

为研究持续压荷载和锂渣掺量对不同龄期混凝土气体渗透性能的影响,设计强度等级为C20、C30、C40的不同锂渣掺量的混凝土,取试样极限压应力的0.1倍、0.3倍、0.5倍作为试验施加的持续荷载,测定7 d、14 d、28 d、56 d龄期时各试样的抗压强度和气体渗透系数。通过分析不同水平持续压荷载下试样的气体渗透系数变化情况发现:应力比在0.3以下时,试样气体渗透系数多处于波动状态;应力比大于0.3后,气体渗透系数明显增大。应力比在0.3以下时,10%掺量的锂渣能显著降低试样的气体渗透系数,表明适量锂渣能有效降低混凝土在低应力比作用下的内部孔隙连通程度,并抑制应力作用下混凝土微裂纹的发展。

基于正交试验的锂渣基可控低强度材料配合比研究

本文以锂渣为主要原料,制备可控低强度材料(CLSM)。以单因素试验为基础,通过正交试验探索了水泥掺量、水胶比和减水剂掺量三个因素对锂渣基CLSM的抗折强度、抗压强度、流动度和泌水率的影响。研究表明,在大掺量锂渣的CLSM体系中,水胶比和减水剂掺量对材料流动性和泌水率具有显著影响,水泥掺量对泌水率几乎没有影响,提高水泥掺量会显著增加CLSM的抗压强度和抗折强度。对比各个因素对CLSM的影响,满足CLSM性能指标要求的胶凝材料适宜配合比为水泥掺量12%(质量分数,下同)、锂渣掺量88%、水胶比0.57、减水剂掺量0.20%。此时CLSM的流动度为231 mm,泌水率为1.49,28 d抗折强度可达1.74 MPa, 28 d抗压强度为4.90 MPa,各项指标优良。

锂渣在建筑领域资源化应用的研究进展

锂渣是开采和提炼锂矿资源过程中产生的废渣,其含有大量的SiO_(2)和Al_(2)O_(3),可作为辅助胶凝材料应用于建筑领域中,能够显著提高材料的各项性能。介绍了锂渣的理化性质及活化方法,包括原状锂渣的特性、不同活化方式对活性的影响。总结了锂渣作为辅助性胶凝材料的研究进展,强调了其对水泥基材料力学性能和耐久性的改善作用,以及通过物理活化和化学活化改善锂渣活性的方法。探讨了锂渣与多元固废协同应用的潜力,并介绍了锂渣用于制备骨料的创新研究。最后指出仍需进一步改善锂渣的活化方式,优化与多元固废的协同应用,进行环境评价是未来研究的重点。

锂渣用作充填胶凝材料试验研究

锂渣是铁锂云母生产碳酸锂过程中产生的固体废物,通常富含氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化铁,同时焙烧后的锂渣可产生玻璃相,是制备建筑材料的潜在前驱体。通过检测锂渣的物理化学特性,设计了激发剂改善锂渣-水泥充填配比试验,测试充填体7 d和28 d抗压强度,并利用Design-Expert软件优化混料配方。结果表明,优化后的锂渣充填体28 d抗压强度达到充填要求,其可替代水泥作为井下充填胶凝材料,降低充填成本,实现固废资源化利用。

锂渣作为造纸填料的可行性探讨

本研究分析了2种锂渣的理化性能,探究了锂渣含量对纸张性能的影响。结果表明,锂渣微观形貌呈不规则的块状,具有较大内表面积的多孔结构,粒径较大且分布范围较广。1^(#)锂渣与2^(#)锂渣的白度分别为66.4%和76.5%,加填会降低纸张白度。锂渣加填纸的强度性能优于沉淀碳酸钙加填纸。填料含量为18%时,1^(#)锂渣加填纸的抗张指数较沉淀碳酸钙加填纸提高了38%。填料含量为12%时,2^(#)锂渣加填纸的撕裂指数较沉淀碳酸钙加填纸提高了41%。此外,2^(#)锂渣加填纸的防水性能与沉淀碳酸钙加填纸相当,可以满足纸张防水性的要求。因此,锂渣可应用于对白度要求较低的包装纸中。

激发剂对锂渣-矿粉-水泥复合体系性能的影响

为改善锂渣基胶凝体系水化性能及物理力学性能,以锂渣、矿粉和水泥熟料制备三元复合胶凝材料,并优化了水化硅酸钙/聚羧酸减水剂(C-S-H-PCE)、Na_(2)SiO_(3)、三异丙醇胺(TIPA)3种激发剂的正交配合比。结果表明,C-S-H-PCE明显增加浆体流动度,Na_(2)SiO_(3)显著提升抗压强度和水化性能。相较不掺激发剂的基准组,复配3%C-S-H-PCE、1%Na_(2)SiO_(3)和0.05%TIPA体系的胶凝材料28 d抗压强度提高了5.2%,且72 h放热量最高。Na_(2)SiO_(3)可以促进C-S-H凝胶生成,C-S-H-PCE能够显著降低水泥颗粒与水之间的表面张力,提供更多成核位点促进锂渣后期火山灰反应。TIPA通过加速水化产物形成并优化结构,降低孔隙率。Na_(2)SiO_(3)虽可促进C-S-H生成,但高量Na_(2)SiO_(3)会生成阻碍水化的不溶性硅酸盐。合理配比3种激发剂可显著改善锂渣基胶凝体系的综合性能。

锂渣对水泥砂浆内部硫酸盐侵蚀反应的影响

探究了锂渣中的SO_(4)^(2-)的溶出机制,通过质量损失率、强度和膨胀率试验,研究了锂渣掺量(0、10%、20%、30%)对水泥砂浆内部硫酸盐侵蚀反应的影响,并进行了XRD分析。结果表明:掺锂渣的砂浆试件中会产生大量SO_(4)^(2-),从而发生内部硫酸盐反应,生成侵蚀性产物AFt;随着龄期的增加,掺锂渣的砂浆试件内部硫酸盐反应在210 d时基本全部结束,且未造成试件开裂破坏,宏观表现为试件的后期强度和膨胀率基本稳定,质量损失率基本有所降低,建议锂渣掺量不大于30%。

锂渣对混凝土力学性能影响机理研究的进展

锂渣作为一种富含硅铝质的固体废弃物,具有较高的火山灰活性,可作为混凝土的辅助性胶凝材料。现阶段锂渣作为辅助性胶凝材料的研究还处于起步阶段,主要结论为:锂渣具有火山灰效应;锂渣在混凝土中的掺量不宜高于20%可保证混凝土的力学性能不降低;锂渣的火山灰效应和填充效应会增加混凝土无害孔和危害较小的孔,但会减少有害孔和危害较大的孔。未来针对锂渣的研究可以从以下两个方面进行:首先,锂渣中硫酸盐含量高,但缺乏针对锂渣混凝土耐久性能机理的研究;其次,锂渣中CaO含量低,导致活性指数不高,需要开展锂渣与高CaO固废复合使用的研究。

基于磷酸铁锂提锂渣的电池级磷酸铁制备工艺研究

针对磷酸铁锂电池回收中只回收锂而提锂渣中因含铝杂质导致大量磷酸铁无法回收利用的难题,提出了一种硝酸浸提磷酸铁的新工艺。通过甲醇电解还原及氢氟酸沉淀技术,在反应时间70℃、反应时间60 min条件下铁浸出率达到93.4%,制备的磷酸铁中铝含量仅为72 mg/kg,磷酸铁各项指标满足HG/T 4701—2021电池级磷酸铁标准,该方法为提锂渣资源回收提供了有效方案。