铅锌尾矿/电石渣基加气混凝土的组成及结构

为了综合利用固体废弃物,以铅锌尾矿和电石渣为原料制备加气混凝土(AAC)。综合应用宏观与微观的分析方法,研究了铅锌尾矿的细度和掺量对加气混凝土性能的影响,以及不同养护阶段加气混凝土的物相组成、微观结构和蒸压反应机理。结果表明:随着铅锌尾矿细度减小,料浆的流动性提高,水化反应速度加快。但细度过小,易导致料浆过稠,影响加气混凝土良好气孔结构形成和性能;铅锌尾矿掺量过大,体系内未反应的铅锌尾矿残余颗粒堆积增多,颗粒间缝隙减小,影响了水化产物的生长和结晶,导致加气混凝土制品性能下降;当铅锌尾矿比表面积为420 m^(2)/kg、掺量为63%(质量分数)时,加气混凝土的绝干密度和抗压强度分别为590 kg/m^(3)、4.98 MPa,达到了《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)规定的A3.5、B06级加气混凝土合格品的要求。静停养护前加气混凝土坯体内水化产物为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),经静停和蒸压养护后AFt分解,主要水化产物为C-S-H凝胶和托贝莫来石。

钢渣-矿渣-脱硫石膏复合胶凝材料的制备及水化机理

加速钢渣水化过程、胶凝活性激发对钢渣综合利用率的提高有重要意义。以矿渣和脱硫石膏为复合激发剂,基于交叉试验的设计方法,对复合胶凝材料的组成进行了优化,分析了复合胶凝材料的综合性能,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Flourier transform-infrared spectroscopy,FT-IR)等测试方法表征了复合胶凝材料的组成及结构,并以此揭示复合胶凝材料协同优化的机理。复合胶凝材料配合比的交叉试验结果表明:钢渣30%、矿渣60%、脱硫石膏10%,水灰比为0.5,28 d抗压强度为40.4 MPa,其他各项性能指标满足GB/T1346—2011要求。通过多项测试手段可以判断出,矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解,缩短了水化诱导前期和延长了诱导期,提升早期水化反应程度,释放大量热量,生成了generates ettringite(AFt)和C—S—H凝胶。而浆体的pH值上升,促进钢渣水化反应,加速了浆体由液相反应转为固相反应,证明了各原料之间存在协同反应。

矿冶固废基胶结充填料的制备及性能研究

以钢渣、钒钛矿渣为主要原料制备胶结剂,再将其与钒钛铁尾矿制成矿井充填料,通过力学性能、XRD、SEM、FTIR等测试,研究了胶结充填料的性能及胶结剂水化产物的组成和结构。结果表明:当钢渣、钒钛矿渣的质量比为13∶12,胶结剂中钢渣/钒钛矿渣、磷石膏、双氰胺废渣、复合磷酸、水泥熟料的质量比为84∶3.6∶5.4∶4.2∶2.8,充填料胶砂比为1∶4,料浆浓度为80%,减水剂含量为0.178%时,充填料坍落度为214 mm,充填料28 d抗折和抗压强度分别达到4.04 MPa、8.31 MPa,满足GB/T 39489-2020《全尾砂膏体充填技术规范》要求。XRD和SEM分析表明,胶结剂水化产物主要为钙矾石(AFt),磷石膏的存在促进了AFt的形成,而AFt又进一步促进了钒钛矿渣和钢渣中[AlO_(4)]5-和[SiO_(4)]4-沿桥氧的断裂。

钢渣-钒钛矿渣基坑回填料的制备及机理

为了推动钢铁冶金废弃物的综合利用,以钢渣、钒钛矿渣为原料替代水泥制备了全固废预拌固化剂,再与黏土制成基坑回填料,采用力学性能测试法、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)和能谱分析(energy dispersive spectrometry,EDS)等测试手段,研究了钢渣细度、钢渣掺量及固化剂掺入比对基坑回填料性能的影响,并测试预拌固化剂的稳定性及水化机理。结果表明:当钢渣比表面积为457 m^(2)/kg,料浆浓度(质量分数)为80%,固化剂掺入比(质量分数)为20%,固化剂配比(质量比)为钢渣∶脱硫石膏∶钒钛矿渣=44∶10∶46时,用其制备的基坑回填料力学性能较好,此时固化剂净浆流动度为136 mm且安定性合格,稳定性优于P·O 42.5普通硅酸盐水泥;在固化剂掺入比为7%~25%,掺入占胶结剂总量0.4%PC型聚羧酸型高效减水剂(polycarboxylic acid,PC),基坑回填料28 d抗压强度均大于0.4MPa,最大为4.7 MPa,回填料坍落度大于150mm,满足T/CECS 1037—2022《预拌流态固化土填筑技术标准》指标要求。机理研究可知,固化剂水化后的矿物相为:C_(2)S、C_(3)S、Ca(OH)_(2)、钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶和RO相。C_(2)S、C_(3)S和CaSO_(4)等物质随水化的进行逐渐消失,而AFt和C-S-H凝胶晶体含量增加。

煤基固废复合改性剂高温重构钢渣的性能及机理研究

为了促进钢渣(steel slag,SS)和煤基固废的综合利用,研究了煤基固废复合改性剂(CMCSR)(煤气化渣-硅钙渣-煤田区域水库底泥)对高温重构钢渣(SHTM)的胶凝性能和体积稳定性的影响,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等测试方法,对重构钢渣的物相组成、微观结构及高温重构机理进行分析。结果表明:CMCSR可以提高钢渣的胶凝性能,显著降低了钢渣中游离氧化钙(f-CaO)含量。当重构温度为1250℃,CMCSR掺量为25%时,重构钢渣28 d活性指数比原钢渣可提高16.1%,重构钢渣中f-CaO的含量由4.04%降至1.90%,满足《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(GB/T 20491—2017)中f-CaO含量≤3%的要求。CMCSR掺量由15%增加至35%,重构钢渣中形成透辉石(CMS2)、钙铝黄长石(C_(2)AS)、C_(3)A等硅铝基矿物。高温重构过程促使RO相(CaO-FeO-MnO-MgO固溶体)中的FeO转变为镁铁尖晶石(MgFe_(2)O_(4))和磁铁矿(Fe_(3)O_(4))。重构温度为1250℃,掺25%CMCSR的重构钢渣形成结晶良好、粒径可达10μm以上椭圆形的C_(2)S颗粒。掺入煤基固废复合改性剂的高温改性钢渣,其体积稳定性、胶凝活性和易磨性得到了有效改善,从而为钢渣的低能耗细磨加工进行制品开发,或在水泥和混凝土中的直接应用提供了可能,实现了煤基固废与冶金固废的协同利用。

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 m^(2)/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)对胶凝体系早期自收缩起到抑制作用。

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,Si^(4+)和Al^(3+)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。

钒钛铁尾矿基高强烧结透水砖的制备及性能

以钒钛铁尾矿为主要原料制备高强烧结透水砖,采用正交试验法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究了钒钛铁尾矿高强烧结透水砖的基本性能、烧结机理。结果表明,当烧结透水砖中钒钛铁尾矿掺量为77%,烧结温度为1070℃,保温时间110 min时,烧制的产品抗压强度和透水系数分别达到65.7 MPa和0.063 cm/s,符合《透水砖》(JC/T 945-2005)中Cc60级产品的要求;高强烧结透水砖烧结后的产物为透辉石(CaMgSi_(2)O_(6))和普通辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)_(2)O_(6))。随着烧结温度和保温时间的延长,低熔点元素P、Na、K溶出,烧结产物中Fe、Al元素的含量增多,透辉石中的多数Ca^(2+)被Fe^(3+)置换,使得普通辉石成为主晶相。烧结产物中的孔洞随着烧结温度的提高,发生了由大小不一的密闭孔→孔径不规则的联通孔→不规则塌陷孔→孔径小且均匀圆形孔的变化,这种变化为高强烧结透水砖的透水性提供了保障。该研究提高了钒钛铁尾矿的利用率,为钒钛铁尾矿的大规模应用提供了新途径。