大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

February󰀁2010

金󰀁󰀁属󰀁󰀁矿󰀁󰀁山󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁总第404期

METALMINE

2010年第2期

大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备

李德忠󰀁倪󰀁文󰀁郑永超󰀁杨菁华󰀁魏󰀁浩

(北京科技大学)

*

摘󰀁要󰀁将首钢密云铁矿尾矿按一定方法分级,取-0.08mm粒级与水泥熟料、脱硫石膏通过三级混磨形成胶凝材料,然后将胶凝材料与作为骨料的+0.08mm铁尾矿中的某一粒级混合,并加入减水剂制备成高强混凝土材料。在其他条件一定的情况下,通过正交试验着重考察了骨料粒度、第三级混磨时间、减水剂用量对制品抗压强度的影响。试验结果表明:第三级混磨时间是影响制品抗压强度的主要因素;在合适的条件下,制得的铁尾矿混凝土材料28d抗压强度高达97.63MPa,制品中铁尾矿掺量达到70%,。

关键词󰀁铁尾矿󰀁高强混凝土材料󰀁混磨时间󰀁抗压强度

ExperimentalResearchOnHigh󰀁strengthConcretePreparationwithLargeContentofIronTailings

LiDezhong󰀁NiWen󰀁ZhengYongchao󰀁YangJinghua󰀁WeiHao

(UniversityofScienceandTechnologyBeijing)

Abstract󰀁ShougangMiyunirontailingsareclassifiedaccordingtoacertaingrading,the-0.08mmtailingswithce󰀁mentclincerandgypsumaremixed,groundandproducedcementitiousmaterials.Andthenthecementitiousmaterialsweremixedwithaggregateof+0.08mmirontailings,andbecamehigh󰀁strengthconcretematerialsbyaddingwater󰀁reducinga󰀁gent.Underacertaincondition,theeffectsoftheaggregatesize,thethird󰀁levelmixingandgrindingtime,andthewaterreducerdosageonthepressure󰀁resistantstrengthofproductswerecheckedbytheorthogonaltests.Theresultsshowedthatthethird󰀁levelmixingandgrindingtimeisthemajorfactorofaffectingtheproducts'strength.Undersuitableconditions,theproducldconcretematerials28dobtainedthecompressivestrengthashighas97.63MPaandthecontentofirontailingsinproductsreached70%.

Keywords󰀁

Irontailings,High󰀁strengthconcretemateria,lMixingandgrindingtime,Pressure󰀁resistantintensity

󰀁󰀁铁尾矿是铁矿开采出的矿石经磨细选出有价值的精矿后产生的细砂一样的废渣,是工业固体废弃

[1󰀁2]

物的主要组成部分。近年来,随着建筑行业的发展,社会对钢铁的需求量不断增长,铁尾矿在工业废弃物中占的比例也越来越大

[5]

[3󰀁4]

1󰀁试验原料

(1)铁尾矿。取自北京首钢密云铁矿,其化学成分见表1,XRD分析结果见图1。从表1中可以看出,密云铁尾矿SiO2含量达到69.52%,属高硅型铁尾矿。从图1可以看出,密云铁尾矿的矿物成分主要为石英、斜长石、辉石及云母等。铁尾矿粒度分析结果见表2。

表1󰀁原料化学成分󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁%

原󰀁料铁尾矿高炉渣脱硫石膏

SiO269.52

Al2O37.444.860.78

Fe2O38.133.431.300.25

MgO3.720.838.970.47

CaO4.1466.3038.79

SO30.030.311.00

0.76烧失2.51

。据不完全统计,我

国尾矿堆存总量已超过70亿t。2008年,全国尾矿排量达6亿t以上。

利用铁尾矿制备高强混凝土材料,不仅可以解决极细粒尾矿难以利用的难题,还能够解决尾矿制品附加值低,市场范围受运输的难题,从而解决制约我国铁尾矿大宗高值利用的瓶颈问题,与传统

[6󰀁7]

水泥生产工艺相比还具有节能的优点。本研究通过正交试验,以铁尾矿为主要原料制备出了高强混凝土材料,其28d抗压强度在90MPa以上,尾矿掺量可以达到70%,为进一步开发强度和耐久性要求很高的、具有高附加值的铁尾矿混凝土预制件打下了基础。

水泥熟料22.50

2.84

32.7015.40

40.1333.21

*󰀂十一五 国家科技支撑计划项目(编号:2006BAC21B03)。李德忠(1984!),男,北京科技大学土木与环境工程学院,博士研究生,100083北京市海淀区学院路30号北京科技大学394信箱。

∀167∀

总第404期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁金󰀁󰀁属󰀁󰀁矿󰀁󰀁山󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第2期

2.5,0.315~2.5,0.63~2.5mm粒级铁尾矿中的某一粒级作为骨料,与胶凝材料按照1∋1的质量比混合均匀(铁尾矿在其中的量占70%),加入与混合料(骨料+胶凝材料)的质量比分别为1%,1.2%,1.5%的减水剂和水胶比(水量与胶凝材料量之比)为0.23的水,充分搅拌后在尺寸为40mm(40mm(160mm的模具中进行浇注,并于ZS-15型水泥

图1󰀁密云铁尾矿XRD分析结果

#

胶砂振实台上振捣成型。成型后在温度为(20)1)∗,湿度不低于90%的标准养护箱中养护24h,然后拆模,将试块放在水中标准养护,并按照+GB/T17671!1999󰀁水泥胶砂强度检验方法(ISO法),,用YES-300型数显液压压力试验机测试试块在养护3d,7d和28d时的抗压强度。2.2󰀁混凝土试块强度影响因素考察

通过正交试验,考察骨料粒度、胶凝材料三级混磨时间、减水剂用量这3个因素对混凝土试块3d和28d抗压强度的影响程度大小,并确定它们的适宜条件。。每个因素取3个水平,各因素对应于不同水平的参数取值见表1,其中减水剂用量为与混合料(骨料+胶凝材料)总量的质量比。试验按正交表L9(3)进行。

表3󰀁正交试验各因素在不同水平下的取值

水平123

骨料粒度

/mm0.63~2.50.315~2.50.16~2.5

各因素取值

三级混磨时间

/min

405060

减水剂用量

/%

1.01.21.5

4

!石英;▼!斜长石(钙斜长石);

%

∃

!辉石(顽辉石);

!云母(珍珠云母);

&

!磁铁矿

表2󰀁铁尾矿粒度分析结果

粒级/mm+2.5-2.5+1.25-1.25+0.63-0.63+0.315-0.315+0.16-0.16+0.08

-0.08合󰀁计

粒级产率/%

6.606.6625.5634.6617.627.141.76100.00

负累积产率/%

100.0093.4086.7461.1826.528.901.76

󰀁󰀁(2)水泥熟料。取自河北唐山冀东水泥厂,其化学成分见表1。

(3)高炉渣。取自北京首钢,其化学成分见表1。

(4)脱硫石膏。取自北京石景山电厂,其化学成分见表1。

(5)减水剂。由北京幕湖外加剂有限公司提供,主要化学成分为萘磺酸甲醛缩合物。

(6)水。自来水。

3󰀁试验结果与讨论

3.1󰀁正交试验结果

正交试验结果如表3所示。

表4󰀁正交试验结果

各因素的水平试验

序号骨料粒度三级混减水剂

磨时间用󰀁量1234567

111222333

123123123

123231312

抗压强度/MPa

空白123312231

3d65.6869.9666.8161.38.3467.4763.2371.6066.99

28d90.2095.0197.1994.0695.2196.5590.1193.7997.63

2󰀁试验方法

2.1󰀁铁尾矿混凝土材料的制备

(1)铁尾矿分级。将铁尾矿用振动筛进行分级,制得-0.08,0.16~2.5,0.315~2.5,0.63~2.5mm4种粒级备用。

(2)胶凝材料的制备。采用WL-1型球磨机,每次给料5kg,通过梯级混磨制备胶凝材料。即将分级得到的-0.08mm粒级铁尾矿先进行一级预磨(磨矿时间40min),然后将经过预磨的铁尾矿与高炉渣按照20∋13的质量比进行二级混磨(磨矿时间40min),最后将经过二级混磨的混合料与水泥熟料、石膏按照33∋13∋4的质量比进行三级混磨(磨矿时间改变),得到胶凝材料。铁尾矿在该胶凝材料中的量占40%。

(3)混凝土试块的制备。将分级得到的0.16~

∀168∀󰀁󰀁根据表3正交试验结果计算试块3d和28d抗压强度的极差,结果分别如表5和表6所示。

󰀁󰀁󰀁李德忠等:大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

表5󰀁3d抗压强度的极差󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁MPa

因󰀁󰀁素骨料粒度三级混磨时间减水剂用量

3d强度在各水平下的和1水平202.45190.29204.75

2水平193.19205.90198.33

3水平201.82201.27194.38

极󰀁差9.2610.9810.37

2010年第2期

三级混磨时间在铁尾矿高强混凝土材料的制备过程中之所以处于主要影响地位,而且混磨时间越

长,材料强度越高,究其原因,是将小于0.08mm的铁尾矿与高炉渣和水泥熟料进行混磨的过程中,当高炉渣和水泥熟料磨到常规水泥的细度时,铁尾矿在高炉渣和水泥熟料󰀂微磨球效应 的作用下,很容易被磨细到粒径小于5󰀁m,从而增加了亚微米和纳米级铁尾矿颗粒的的含量,提高了铁尾矿的活性。三级混磨物料放大2万倍的SEM照片如图3所示。由图3可以看出,混磨物料中含有大量粒度小于2󰀁m的超细颗粒,形状不规则,表面无棱角,大多呈圆弧状。

表6󰀁28d抗压强度的极差󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁MPa

因󰀁󰀁素骨󰀁料三级混磨时间减水剂用量

28d强度在各水平下的和1水平282.40274.37280.

2水平285.82284.01286.70

3水平281.53291.37282.51

极󰀁差4.2917.006.16

3.2󰀁讨󰀁论

从表5中的数据可以看出,对于试块的3d抗压强度而言,三级混磨时间的极差最大,为10.98,

表明该因素对3d抗压强度的影响最为显著;减水剂用量的极差为10.27,影响次之;骨料粒度的极差最小,为9.26,影响最弱。根据表4中的数据可知,当三级混磨时间为50min时,3d抗压强度有最大值71.60MPa,此时相应的骨料粒度为0.16~2.5mm,减水剂用量为1.2%。

从表6中的数据可以看出,对于试块的28d抗压强度而言,同样存在三级混磨时间影响最大,减水剂用量影响次之,骨料粒度影响最弱的规律。由表4中的数据可知,当三级混磨时间为60min时,28d抗压强度有最大值97.63MPa,此时相应的骨料粒度为0.16~2.5mm,减水剂用量为1.0%。

以上分析表明,虽然试块的3d和28d抗压强度最大时,对应的三级混磨时间及减水剂用量有所不同,但无论是对于3d抗压强度还是对于28d抗压强度,影响大小排序均为三级混磨时间>减水剂用量>骨料粒度,即三级混磨时间始终占主要地位。图2给出了不同三级混磨时间下试块各龄期的抗压强度,从中可以看出,总体上,三级混磨时间越长,尾矿混凝土材料试块的抗压强度越高。

图3󰀁三级混磨物料放大2万倍的SEM照片

综上所述,合理的试验条件为9号试验条件,即三级混磨时间为60min,骨料粒度为0.16~2.5mm,减水剂用量为1.0%(按骨料+混凝材料总量计)。在此条件下,铁尾矿混凝土材料的28d抗压强度高达97.63MPa,铁尾矿在整个混凝土物料体系中的掺量达到70%。

图4为9号试验条件下试块养护28d的SEM照片,从中可以看到:粗粒尾矿骨料被胶凝材料包裹紧密,空隙率低;胶凝材料中形成大量的针状物质,可以推测其为钙矾石类。这些因素导致了9号试验条件下试块具有很高的强度。

图4󰀁9号试验条件下试块养护28d的SEM照片

4󰀁结󰀁论

图2󰀁三级混磨时间对试块不同龄期抗压强度的影响

∃

(1)在利用铁尾矿制备高强混凝土材料时,三级混磨时间是影响材料强度的最主要因素。

∀169∀

!3d;

%

!7d;

−

!28d

总第404期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁金󰀁󰀁属󰀁󰀁矿󰀁󰀁山󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第2期(2)在其他条件一定的情况下,三级混磨时间取60min,粗粒尾矿骨料细度取0.16~2.5mm,减水剂用量取1%比较合理,此时铁尾矿混凝土材料的28d抗压强度高达97.63MPa。

(3)铁尾矿混凝土材料中形成了大量的针状物质,粗粒尾矿骨料被胶凝材料紧密包裹,空隙率低,这是铁尾矿混凝土材料具有良好性能的微观结构基础。

参󰀁考󰀁文󰀁献

[1]󰀁常前发.我国铁尾矿的资源状况、利用现状及发展方向[J].安

徽地质,1998,8(4):91󰀁96󰀂

[2]󰀁刘󰀁露,郑󰀁卫,祝聪玲,等.铁尾矿在建材中的应用现状[J].

资源与产业,2008,10(3):60󰀁62󰀂

[3]󰀁张锦瑞,倪󰀁文,贾清梅.唐山地区铁尾矿制取蒸压尾矿砖的

研究[J].金属矿山,2007(3):85󰀁87󰀂

[4]󰀁金家康,孙宝臣.浅谈铁尾矿综合利用的现状和问题[J].山西

建筑,2008,34(14):26󰀁27󰀂

[5]󰀁郭建文,王建华,杨国华.我国铁尾矿资源现状及综合利用

[J].现代矿业,2009(10):23󰀁25󰀂

[6]󰀁陈永亮,张一敏,陈铁军.铁尾矿建材资源化研究进展[J].金

属矿山,2009(1):162󰀁165󰀂

[7]󰀁郑永超,倪󰀁文,郭珍妮,等.铁尾矿制备高强混凝土材料的试

验研究[J].新型建筑材料,2009(3):4󰀁6󰀂

(收稿日期󰀁2009󰀁12󰀁20)

(上接第166页)

(3)将该尾矿磨至-0.075mm占61.35%后,

#

以BS为捕收剂、2油为起泡剂,按一粗一精流程进行浮选,可以获得硫品位为45.45%的硫精矿,硫回收率达到83.17%,最终尾矿含硫量降至1.52%。

参󰀁考󰀁文󰀁献

[1]󰀁周乐伦.硫铁矿选别方法及应用中存在的问题[J].矿业快报,

2007(8):49󰀁50.

[2]󰀁李汉文.云浮硫铁矿低品位矿石合理选矿工艺流程的研究

[J].矿冶工程,2008(6):51󰀁53.

[3]󰀁VermaakMKG,DavidtzJC.Theflotationofauriferouspyritewith

amixtureofcollectors[J].InternationalJournalofMineralPro󰀁cessing,2008,28(3):85󰀁93.

[4]󰀁徐帮学.最新矿石精选、分离技术工艺与选矿厂规划设计、规

范运作全书[M].北京:冶金工业出版社,2003:679󰀁680.[5]󰀁陈留红.贵州省煤系硫铁矿石可选性研究[J].化工矿山技术,

1997,26(4):15󰀁17.

[6]󰀁张󰀁渊,洪秉信.川南硫铁矿尾矿的工艺性质与综合利用[J].

矿产综合利用,2006(5):21󰀁24.

(收稿日期󰀁2009󰀁12󰀁02)

∀信息苑∀

巴彦温多尔矿区金资源量有望超20t

󰀁󰀁近日,从黄金一总队四支队中心工作会议上传来消息,内蒙古自治区巴彦温多尔矿区累计探明金资源量12.57。从2009年施工工程的见矿效果看,该矿区资源量有望在t

3年内超20t,达到大型矿床规模。

巴彦温多尔矿区行政区划属内蒙古苏尼特左旗满都拉图镇管辖,处于二连浩特!锡林浩特成矿带,位于北东东向

二连浩特!贺根山深断裂南侧。矿区内发育的北东东巴彦温多尔!巴润萨拉韧性剪切带及其次级压剪性,北东向和北西向压扭性断裂是重要的导矿、控矿构造。矿区内地层、岩浆岩中金的丰度值高于地壳丰度值,且岩浆活动强烈,具有多旋回、多期次的特点,为金成矿提供了充分的物源和热源。

(国土资源网󰀁2010󰀁01󰀁20)

矿山地质环境监测预警技术研究启动

󰀁󰀁

󰀂典型矿山地质环境监测预警关键技术研究 项目于日

键技术研究,实现监测的自动化、系统化、网络化显得尤为重要。

该项目将主要开展五方面的研究:典型金属矿山地下水实时监测系统研究;典型矿区地形变监测预警系统研究;矿区地面塌陷监测预警技术研究;典型矿山环境监测预警管理信息平台研究;采煤沉陷区新农村建设地质环境安全评估研究。项目实施后,将形成一套较为完善的矿山地质环境监测技术体系,进一步推动矿山地质环境监测技术发展。项目局部示范成果也将在社会广泛推广应用,对改善矿山环境,促进人与资源、环境的协调发展,推进和谐社会建设具有重要意义。

(国土资源网󰀁2010󰀁01󰀁20)

前正式启动。该项目将用3年时间,针对矿山地下水污染、矿山边坡稳定性及地面塌陷等问题,选择典型示范区,开展矿山地质环境监测预警关键技术研究,为矿山环境保护和恢复治理以及就地重建提供技术支撑。

我国矿业城市(镇)达400余座,大规模的矿产资源开发活动在保障国民经济发展需要和创造巨大经济效益的同时,引发了大量的矿山地质环境问题。与此同时,我国矿山地质环境监测工作刚刚起步,监测技术比较落后,手段相对单一。随着电子技术、计算机技术的飞速发展,借助于现代高新技术,集中国土资源行业优势,开展典型矿山地质环境监测关∀170∀