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硅质尾矿是我国矿山尾矿的一种重要类型,其弃置、堆存,不仅占用土地资源,而且污染环境。硅质尾矿的化学成分主要为SiO2,并含有Al2O3、Fe2O3等酸性氧化物和少量Na2O、K2O、CaO、MgO等碱性氧化物,化学成分与火山灰物质类似,具有与Ca(OH)2等碱性化合物反应的潜在火山灰活性,在水泥混合材等方面具有巨大的应用潜力。本文旨在通过对硅质尾矿火山灰性能的活化研究,提出增强其火山灰活性的有效方法,为其资源化利用提供科学依据。 本文首先以三种典型的硅质尾矿为研究对象,考察了机械粉磨对不同尾矿火山灰活性的影响,然后针对一种尾矿进行了不同添加量的助磨剂和化学激发剂试验,得到一最佳活化工艺,最后对活化尾矿的应用性能进行了探索性试验。不同细度的粉磨实验表明,随着尾矿比表面积的增大,尾矿的活性指数均提高,当比表面积达到400m2/kg以上时,三种硅质尾矿的28d活性指数均可达到65%以上,能够满足活性混合材的要求。硬脂酸钠助磨剂对尾矿的活性指数具有一定提高作用,其适宜的添加量为0.16%。 在助磨剂试验的基础上,通过氧化钙、硅酸钠、氯化钙、硫酸钠、明矾五种常用激发剂的化学活化对比试验,发现硫酸钠和明矾添加量的增加会明显降低尾矿的28d活性指数;硅酸钠添加量为2%时,尾矿28d活性指数略有提高;随着氧化钙和氯化钙添加量的增加,尾矿的活性指数逐渐提高,氧化钙添加量为5%时,尾矿28d活性指数达到68.84%,氯化钙添加量为5%时,尾矿28d活性指数达到65.92%,但是氯化钙有明显早强作用,其3d的活性指数可达74.55%。综合考虑得出该尾矿的实验室最佳活化方案为添加量为0.16%的硬脂酸钠和5%的氯化钙与尾矿混合后,取125g,采用行星式球磨机在400Hz的条件下粉磨4min,此时尾矿粉体的比表面积为536m2/kg。 借助XRD、SEM-EDS等分析手段,对尾矿水泥不同龄期的水化产物以及变化规律进行系统研究,结合活性指数实验结果,发现28d内发现尾矿发生了部分水化,而且对水泥水化并无不利影响。 活化尾矿对水泥性能影响研究表明,尾矿掺量在20%内,可制备42.5R普通硅酸盐水泥;掺量在20%~30%内,可制备325R火山灰质硅酸盐水泥;尾矿水泥的安定性、凝结时间等均满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求。通过活化尾矿用作化学发泡水泥掺合料的研究发现,活化尾矿的最佳掺量为20%,这时发泡水泥的密度为270.3kg/m3,28d的抗压强度为0.49MPa,质量吸水率为32.36%,等同于目前市场上的同类化学发泡水泥材料;聚丙烯纤维可以有效提高尾矿发泡水泥强度,其最佳添加量为0.42%。