硅铝型铁尾矿粉的无熟料固结性能及水化机理

为探究磨细铁尾矿粉在无熟料体系中的固结性能,以硅铝型铁尾矿为主体材料,掺配钙、硫、硅校正材料,在磨细比表面积约为1 000 m2/kg时,使铁尾矿粉获得无熟料高强度固结效果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描同步热分析仪(DSC-TG)测试技术及化学滴定方法,分析了固结体中水化产物的种类、含量及微观形貌,研究了无熟料固结材料的水化机理.结果表明:当钙、硫、硅校正材料总占比为40%,且三者之间质量比为20∶5∶15时,利用铁尾矿细磨过程中矿物表面晶格畸变形成的非晶质层成分与校正材料之间的水化反应及产物协同效应,能够获得28 d强度为52.08 MPa的固结体;水化过程中,钙矾石(AFt)的快速生成为硬化浆体提供了早期强度,水化硅酸钙(C-S-H)是稳定固结体后期强度的保证,1/7~1/5的晶胶比确保了固结体强度的持续发展.

矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结体中的协同水化机制

超细铁尾矿粉表面非晶态铝硅酸盐矿物成分具有水化活性,能够形成较高强度的无熟料固结体,但存在早期水化速率快、后期强度低的缺点。本工作考察了掺入矿渣粉对超细铁尾矿基无熟料固结体微观结构及强度的影响,分析了硬化浆体中水化产物的形貌、种类及含量的差异,并研究了二者在无熟料固结过程中的协同水化硬化机制。结果表明:磨细铁尾矿粉和矿渣粉质量比在1∶1时无熟料固结体28 d可以获得78 MPa以上的强度,XRD、TG-DSC分析结果及SEM微观形貌显示铁尾矿粉和矿渣粉的水化产物一致,均为铝掺杂水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt),固结体中AFt的生成量早期与矿渣粉的比例呈正相关关系,后期受体系中SO_(3)含量的控制,固结体的线性膨胀率与AFt含量呈正相关关系,矿渣粉和铁尾矿粉复配可以明显改善试样硬化体的孔结构,二者比例在1∶1时孔径分布最优。本研究证实了矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结过程中有明显的水化协同效应,超细铁尾矿粉表面非晶态成分的早期水化产物对硬化浆体早期起到固结和填充效应,矿渣粉的持续水化补充了后期新的水化产物,二者在水化过程中的协同机制增加了体系中水化产物的生成量,改善了浆体的孔结构,提高了密实度,使固结体获得较高的力学性能和体积稳定性。

无熟料超细金属尾矿基固结材料的早期水化与液相特性

为探明超细金属尾矿粉在石灰-石膏体系中的早期水化固结特性,以生石灰、石膏和铁尾砂为原料,采用超细粉磨制备了无熟料铁尾砂粉固结材料,提取水化浆体3 min~24 h的液相并测试了其离子浓度及电导率,结合水化放热速率曲线及扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)等测试结果,研究了固结浆体早期水化行为与液相特性变化的关系.结果表明:固液混合后液相各离子浓度快速上升,在10~30 min达到峰值后快速下降,180 min之后以较缓的速度继续下降;液相电导率与Ca^(2+)、OH-和SO_(4)^(2-)离子总浓度变化有较高的一致性;固结材料水化过程中有两次放热行为,起止时间分别为0~15 min和20~180 min;水化产物物相分析显示浆体中90 min可见AFt特征峰及C-S-H吸热峰.实验证明:在石灰-石膏-水体系中,铁尾砂粉表面的非晶态SiO_(2)和Al_(2)O_(3)能够快速溶解并发生水化反应,生成AFt及C-S-H,水化产物对未水化铁尾砂颗粒胶结固化,使固结体产生强度;延长粉磨时间可显著提高铁尾砂表面非晶态硅铝成分含量及石灰、石膏的溶解速率,加速浆体的水化并增加水化产物的生成量.