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        銅尾礦改性制作膠結(jié)材料可行性的初探

        2014-11-05 05:06:30張宏志王逢時艾力亞爾·艾力王締李晶晶趙爽
        科技創(chuàng)新導報 2014年11期
        關(guān)鍵詞:正交試驗活化

        張宏志++王逢時++艾力亞爾·艾力++王締++李晶晶++趙爽

        摘 要:通過對銅尾礦的改性處理,令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料,通過正交試驗的分析方法得到如下結(jié)論:在本試驗中,600 ℃及420m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大;煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性,而比表面積只在一定范圍內(nèi)的提高才有助于尾礦活化,超出該范圍將導致反協(xié)同作用。

        關(guān)鍵詞:銅尾礦 活化 正交試驗

        中圖分類號:TD926 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(b)-0075-02

        礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產(chǎn)資源的不斷開采,尾礦排放量與日俱增。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國現(xiàn)有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山,積存的尾礦已達40多億噸,而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜,即礦石中所含的有益或有害雜質(zhì)多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多,所以選礦產(chǎn)生的尾礦多。僅就冶金工業(yè)而言,由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業(yè)固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放,不僅占用土地,而且還污染環(huán)境,尾礦壩也險情常現(xiàn)。據(jù)400多個尾礦庫的統(tǒng)計,直接污染土地上百萬畝,間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發(fā)綜合利用尾礦,已成亟待解決的問題?,F(xiàn)今銅尾礦的開發(fā)方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1],仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

        本研究采用生態(tài)型膠凝材料取代傳統(tǒng)的普通硅酸鹽水泥,用尾礦部分取代水泥膠結(jié)材料,同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究,提出了若干試驗方法。

        1 原材料與試驗方法

        本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業(yè)生產(chǎn)中排放廢棄物,原材料主要化學組成見表1。

        試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥,ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

        2 試驗方法

        根據(jù)JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》確定砂漿配合比,采用基礎(chǔ)配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

        3 試驗及數(shù)據(jù)分析

        3.1 膠凝材料

        將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右,通過調(diào)整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣,1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣,對于,其主要性能指標見表2

        通過上表可以得到如下結(jié)論,雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料,但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥,導致了對應齡期的強度不足,因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

        3.2 提高活性措施

        通過研磨及相應的煅燒措施,嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要,故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施,引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題,其結(jié)果如表3中所示。

        結(jié)論可歸納如下:通過提高煅燒溫度,β基本是呈增加的趨勢,可以認為該種活化措施可行,其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加,加劇了水化反應;通過研磨增加比表面積的結(jié)果是β呈先增后減的趨勢,因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性,但是比表面積過大時吸附大量的水分,反而抑制了水泥的水化反應,導致了反協(xié)同作用。

        3.3 正交試驗

        正交試驗法通過對試驗結(jié)果進行簡單的統(tǒng)計分析,可以更全面、系統(tǒng)地掌握試驗結(jié)果,做出正確判斷[4-5]。選取1#,其活化措施的影響程度由β1*β2來表征,具體如表4所示。

        由表4可知,在本試驗中,600 ℃及420 m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大。

        4 結(jié)語

        本試驗通過調(diào)整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積,得到了600 ℃及420 m2/kg條件下,其對應的活性達到試驗中的最大值,但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結(jié)材料的潛力,但如何通過更多的手段誘發(fā)其活性仍是值得研究的課題。

        參考文獻

        [1] 曹素改,趙風清,于殿雨,等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用,2008(S1):15-17.

        [2] 陳瑜,周士瓊,龍廣成,等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報,l999,l7(4):63-67.

        [3] LI Geng-ying,ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research,2001,31(10):1393-1402.

        [4] 李云雁,胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.

        [5] 鄧代強,高永濤,吳順川,等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報(自然科學),2010,29(1): 48-57.endprint

        摘 要:通過對銅尾礦的改性處理,令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料,通過正交試驗的分析方法得到如下結(jié)論:在本試驗中,600 ℃及420m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大;煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性,而比表面積只在一定范圍內(nèi)的提高才有助于尾礦活化,超出該范圍將導致反協(xié)同作用。

        關(guān)鍵詞:銅尾礦 活化 正交試驗

        中圖分類號:TD926 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(b)-0075-02

        礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產(chǎn)資源的不斷開采,尾礦排放量與日俱增。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國現(xiàn)有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山,積存的尾礦已達40多億噸,而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜,即礦石中所含的有益或有害雜質(zhì)多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多,所以選礦產(chǎn)生的尾礦多。僅就冶金工業(yè)而言,由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業(yè)固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放,不僅占用土地,而且還污染環(huán)境,尾礦壩也險情?,F(xiàn)。據(jù)400多個尾礦庫的統(tǒng)計,直接污染土地上百萬畝,間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發(fā)綜合利用尾礦,已成亟待解決的問題?,F(xiàn)今銅尾礦的開發(fā)方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1],仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

        本研究采用生態(tài)型膠凝材料取代傳統(tǒng)的普通硅酸鹽水泥,用尾礦部分取代水泥膠結(jié)材料,同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究,提出了若干試驗方法。

        1 原材料與試驗方法

        本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業(yè)生產(chǎn)中排放廢棄物,原材料主要化學組成見表1。

        試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥,ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

        2 試驗方法

        根據(jù)JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》確定砂漿配合比,采用基礎(chǔ)配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

        3 試驗及數(shù)據(jù)分析

        3.1 膠凝材料

        將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右,通過調(diào)整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣,1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣,對于,其主要性能指標見表2

        通過上表可以得到如下結(jié)論,雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料,但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥,導致了對應齡期的強度不足,因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

        3.2 提高活性措施

        通過研磨及相應的煅燒措施,嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要,故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施,引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題,其結(jié)果如表3中所示。

        結(jié)論可歸納如下:通過提高煅燒溫度,β基本是呈增加的趨勢,可以認為該種活化措施可行,其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加,加劇了水化反應;通過研磨增加比表面積的結(jié)果是β呈先增后減的趨勢,因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性,但是比表面積過大時吸附大量的水分,反而抑制了水泥的水化反應,導致了反協(xié)同作用。

        3.3 正交試驗

        正交試驗法通過對試驗結(jié)果進行簡單的統(tǒng)計分析,可以更全面、系統(tǒng)地掌握試驗結(jié)果,做出正確判斷[4-5]。選取1#,其活化措施的影響程度由β1*β2來表征,具體如表4所示。

        由表4可知,在本試驗中,600 ℃及420 m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大。

        4 結(jié)語

        本試驗通過調(diào)整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積,得到了600 ℃及420 m2/kg條件下,其對應的活性達到試驗中的最大值,但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結(jié)材料的潛力,但如何通過更多的手段誘發(fā)其活性仍是值得研究的課題。

        參考文獻

        [1] 曹素改,趙風清,于殿雨,等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用,2008(S1):15-17.

        [2] 陳瑜,周士瓊,龍廣成,等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報,l999,l7(4):63-67.

        [3] LI Geng-ying,ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research,2001,31(10):1393-1402.

        [4] 李云雁,胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.

        [5] 鄧代強,高永濤,吳順川,等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報(自然科學),2010,29(1): 48-57.endprint

        摘 要:通過對銅尾礦的改性處理,令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料,通過正交試驗的分析方法得到如下結(jié)論:在本試驗中,600 ℃及420m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大;煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性,而比表面積只在一定范圍內(nèi)的提高才有助于尾礦活化,超出該范圍將導致反協(xié)同作用。

        關(guān)鍵詞:銅尾礦 活化 正交試驗

        中圖分類號:TD926 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(b)-0075-02

        礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產(chǎn)資源的不斷開采,尾礦排放量與日俱增。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國現(xiàn)有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山,積存的尾礦已達40多億噸,而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜,即礦石中所含的有益或有害雜質(zhì)多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多,所以選礦產(chǎn)生的尾礦多。僅就冶金工業(yè)而言,由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業(yè)固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放,不僅占用土地,而且還污染環(huán)境,尾礦壩也險情?,F(xiàn)。據(jù)400多個尾礦庫的統(tǒng)計,直接污染土地上百萬畝,間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發(fā)綜合利用尾礦,已成亟待解決的問題?,F(xiàn)今銅尾礦的開發(fā)方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1],仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

        本研究采用生態(tài)型膠凝材料取代傳統(tǒng)的普通硅酸鹽水泥,用尾礦部分取代水泥膠結(jié)材料,同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究,提出了若干試驗方法。

        1 原材料與試驗方法

        本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業(yè)生產(chǎn)中排放廢棄物,原材料主要化學組成見表1。

        試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥,ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

        2 試驗方法

        根據(jù)JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》確定砂漿配合比,采用基礎(chǔ)配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

        3 試驗及數(shù)據(jù)分析

        3.1 膠凝材料

        將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右,通過調(diào)整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣,1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣,對于,其主要性能指標見表2

        通過上表可以得到如下結(jié)論,雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料,但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥,導致了對應齡期的強度不足,因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

        3.2 提高活性措施

        通過研磨及相應的煅燒措施,嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要,故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施,引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題,其結(jié)果如表3中所示。

        結(jié)論可歸納如下:通過提高煅燒溫度,β基本是呈增加的趨勢,可以認為該種活化措施可行,其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加,加劇了水化反應;通過研磨增加比表面積的結(jié)果是β呈先增后減的趨勢,因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性,但是比表面積過大時吸附大量的水分,反而抑制了水泥的水化反應,導致了反協(xié)同作用。

        3.3 正交試驗

        正交試驗法通過對試驗結(jié)果進行簡單的統(tǒng)計分析,可以更全面、系統(tǒng)地掌握試驗結(jié)果,做出正確判斷[4-5]。選取1#,其活化措施的影響程度由β1*β2來表征,具體如表4所示。

        由表4可知,在本試驗中,600 ℃及420 m2/kg的條件下,銅尾礦活性最大。

        4 結(jié)語

        本試驗通過調(diào)整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積,得到了600 ℃及420 m2/kg條件下,其對應的活性達到試驗中的最大值,但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結(jié)材料的潛力,但如何通過更多的手段誘發(fā)其活性仍是值得研究的課題。

        參考文獻

        [1] 曹素改,趙風清,于殿雨,等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用,2008(S1):15-17.

        [2] 陳瑜,周士瓊,龍廣成,等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報,l999,l7(4):63-67.

        [3] LI Geng-ying,ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research,2001,31(10):1393-1402.

        [4] 李云雁,胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.

        [5] 鄧代強,高永濤,吳順川,等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報(自然科學),2010,29(1): 48-57.endprint

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