钒钛铁尾矿制备绿色建筑材料的研究进展

钒钛磁铁矿是以铁、钒、钛为主的多金属元素共生的复合矿,在世界分布不均衡。中国是该矿石的主要产出国之一,该矿石分布在五个主要矿带。钒钛铁尾矿是钒钛磁铁矿选矿过程中产生的固体工业废弃物,是一种多金属伴生的铁尾矿。该尾矿在中国的堆存量巨大,富含很多有用化学组分,也被称为人工矿床。该尾矿以硅酸盐为主,主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙和氧化铁等,主要矿物是脉石矿物。国内外学者对其在绿色建筑材料综合利用方面做了很多有益探索,但总体来看,这些研究更多停留在实验室里。主要原因是(1)不同尾矿库甚至同一尾矿库的钒钛铁尾矿理化性能可能有较大差异,尾矿原料的稳定性不足;(2)受尾矿原料不稳定的理化性能影响,中试结果经常出现较大差异,难以实现规模化利用;(3)钒钛铁尾矿库大多地处偏僻,运输成本高,且缺乏高附加值的尾矿产品,规模以上企业因投入大产出小望而生畏。本文综述了钒钛铁尾矿在中国的地域分布和堆存量,重点研究了其化学组成、矿物组成、粒度分布和重金属浸出,分析了其作为主要原料在绿色建筑材料方面的研究进展,指出了存在问题并展望了发展前景。

基于响应面法的钒钛铁尾矿基地聚物配比优化

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地聚物胶凝材料,采用响应面法Central Composite Design设计,研究n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))、Na_(2)CO_(3)掺量和液固比对地聚物抗压强度的影响并揭示强度形成机理,通过构建回归模型探究各因素对抗压强度的影响程度,以获得性能最佳配比。结果表明,n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))对地聚物抗压强度影响最大,液固比影响最小,且三者之间存在一定交互作用。钒钛铁尾矿与偏高岭土在碳酸钠激发作用下发生了聚合反应与水化反应,生成N—A—S—H凝胶与C—S—H凝胶等,同时钒钛铁尾矿的微集料效应对地聚物抗压强度也有一定贡献,故地聚物强度形成主要来自胶凝体与集料间紧密交织组成的致密结构。当n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))=2.7,Na_(2)CO_(3)掺量55%,液固比0.25m L/g时,地聚物抗压强度预测值为51.769MPa,试验值为50.320MPa,相对误差在合理范围内,证实了响应面法能有效优化配比并具有较好的预测能力。

铁尾矿加气混凝土制备工艺及结构形成机理分析

以低贫钒钛铁尾矿为主要原料制备蒸压加气混凝土,其制品抗压强度超过3.5MPa,干体积密度为620kg/m^3,达到了A3.5B06级合格品要求。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等手段,重点研究了蒸压加气混凝土砌块的抗压强度和干体积密度、官能团的振动、相变过程和微观结构等特性。结果表明:在常温常压下,硬化坯体中出现了少量结晶差的C-S-H凝胶和钙矾石晶体,铁尾矿中各成分参与化学反应只有很少量的活性组分。在蒸压养护条件下,混合物料中的钙质材料水化形成的Ca(OH)_2与铁尾矿、石英砂中的游离SiO_2和Al_2O_3反应得到了托贝莫来石,钙矾石消失;水化产物的晶簇集合体和骨料交织在一起,形成良好的网状致密结构,对提高制品的强度有积极作用。

攀枝花某低品位钒钛磁铁矿选铁工艺对比试验

某低品位钒钛磁铁矿中含TFe 18.43%,含TiO28.63%,根据矿石性质,进行了原矿磨矿—磁选工艺和粗粒抛尾—阶段选别工艺的对比试验。由试验结果可知,粗粒抛尾—阶段选别工艺更适合该矿石。对粗粒抛尾所得的精矿进行了细磨—弱磁精选工艺和粗磨—磁团聚工艺的对比试验,试验结果表明,采用粗磨—磁团聚工艺更经济、更合理。

橡胶改性预拌混凝土制备、性能检测

为提高预拌混凝土的力学性能,在采用尾矿微粉替代部分粉煤灰和矿渣的前提下,采用橡胶对预拌混凝土进行改性,并对改性后的预拌混凝土性能进行检测。结果表明,尾矿微粉预拌混凝土橡胶最佳掺量为10%;加入30 kg尾矿微粉后,养护龄期60 d,混凝抗压强度比基准混凝土增加了1.65 MPa;冻融循环试验表明,在同等养护龄期的条件下,普通混凝土的抗冻融性能循环次数为25次,橡胶尾矿微粉混凝土的抗冻融性能循环次数为125次;橡胶尾矿混凝土收缩率仅提高了0.88×10^(-4);将该混凝土用于实际工程中时,混凝土表面平整光滑,无明显缺陷,使用情况良好。

陕西某钒钛磁铁矿选铁尾矿工艺矿物学研究

通过X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析、光学显微镜观察、多元素化学分析、扫描电子显微镜观察等手段,对陕西洋县钒钛磁铁矿选铁尾矿的矿物学特征进行了研究。结果表明,该尾矿粒级主要集中在+75μm区间内,主要由Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na等元素组成;尾矿中的主要矿物为斜长石、角闪石、辉石等脉石矿物,以及少量的钛铁矿等金属矿物;TiO_(2)主要分布于-75μm区间内,Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)和SiO_(2)则主要分布于+75μm区间内,而且各组分在不同粒径内含量也不同,其中TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)的含量随着粒径的减小先升高后降低,Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的含量随着粒径的减小先降低后升高。根据工艺矿物学研究结果,推测金属矿物解离度低和弱磁选矿可能是导致钛、铁回收率低的主要原因。

多元固废制备高强烧结透水砖及其性能研究

为充分利用尾矿资源,以多元固废(钒钛铁尾矿、金尾矿、页岩和水库底泥)为原料制备高强烧结透水砖,采用XRF、XRD及SEM研究了原料的物化特性,通过钒钛铁尾矿烧结产品的指标分析了其烧结特性,讨论了钒钛铁尾矿级配及粘结剂配比对透水砖性能的影响,确定了适宜的透水砖制备工艺参数。结果表明:(1)钒钛铁尾矿主要化学组成为SiO2、CaO、MgO,有利于形成辉石体系,促进结构的致密性,应用于烧结材料较为理想。颗粒表面粗糙,用作透水砖骨料时能够形成骨架结构,并在颗粒间形成一定孔隙,有利于砖体的透水性。(2)钒钛铁尾矿在不同烧结温度下颜色变化较大,随着烧结温度的升高,颜色由黄色逐渐转变为褐色,线膨胀率持续降低,质量损失率逐渐升高,堆积密度不断增大。(3)试验确定钒钛铁尾矿的适宜级配为1.18~4.75 mm占20%、0.60~1.18 mm占50%、0.15~0.60 mm占30%,适宜掺量78%;粘结剂的适宜配比为w(金尾矿)∶w(页岩)∶w(水库底泥)=2∶1∶1。(4)以钒钛铁尾矿为骨料制备透水砖,适宜的成型压力为25 MPa、烧结温度为1 080℃、保温时间为90 min,此时透水砖抗压强度达到64 MPa,透水系数为0.062 cm/s,保水性为0.62 g/cm^(2),满足《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993—2010)和《透水砖》(JCT 945—2005)的要求。

从黑山铁矿选铁尾矿中全浮选回收钛的试验研究

为了简化钛的回收流程,对黑山铁矿钒钛磁铁矿的选铁尾矿进行了钛的全粒级单一浮选工艺试验研究。通过脱硫试验、条件试验及流程试验,确定了全浮选工艺的药剂制度及流程结构。试验结果表明,以CMC为抑制剂,YS-1与柴油为混合捕收剂,选铁尾矿脱硫后经一次粗选五次精选的浮选后可获得TiO_2品位36.50%、回收率61.01%的钛精矿,实现了钒钛磁铁矿中钛的综合回收。

外磁式磁选机应用于铁矿预选抛尾工艺的试验研究

外磁式磁选机已成功应用于-10mm钒钛磁铁矿磨前预选作业,具有回收率高、尾矿品位低等优点。采用外磁式磁选机进行了-18mm钒钛磁铁矿预选抛尾、一段分级系统沉砂抛尾试验研究,可实现抛尾产率9%～28%;采用外磁磁选机进行含弱磁性矿物混合型铁矿预选试验,分析了入选粒度、弱磁性矿物含量对于预选指标的影响;采用外磁式磁选机对-18mm原生磁铁矿进行了预选试验,实现磨前抛废42.09%。

陕西某钒钛磁铁矿选铁尾矿磁—浮联合选钛工艺试验研究

陕西某钒钛磁铁矿选铁尾矿TiO_(2)含量6.63%,TiO_(2)分布率占原矿的76.97%。为提高该矿产资源的综合利用价值,对选铁尾矿进行了钛回收试验,根据尾矿原料及入浮物料的性质特点,开展了磁选、浮选相关条件试验,制定了适宜的选钛工艺方案。试验结果表明,采用强磁预选—浮选联合工艺,将选铁尾矿预选获得的强磁精矿作为浮选物料,经1粗1扫5精作业,可获得TiO_(2)品位45.34%、浮选作业回收率77.23%(对原矿回收率38.31%)的钛精矿,选钛技术指标较好,为该矿产资源的开发利用提供了技术参考依据。

钒钛铁尾矿综合利用概述

承德毗邻京津,通达辽蒙,资源富集,是矿业大市,多年的矿业开发在有力的支撑了全市经济和社会发展的同时,也形成了大量的尾矿。钒钛铁尾矿作为承德地区典型工业固废,通过对其产排情况及综合利用情况分析,对尾矿综合开发利用探索和实践和首都生态环境及水资源安全提供了良好的参考,同时对推进承德市工业资源综合利用,打造京津冀水源涵养功能区,以及促进经济调结构、转方式的可持续发展模式具有重要意义。

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。