蚀变岩型金矿尾矿火山灰性能的活化及应用研究.pdf 13页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn蚀变岩型金矿尾矿火山灰性能的活化及应#用研究11121*吕宪俊，房杰，吴蓬，谭明洋，曹晓强5（1.山东科技大学化学与环境工程学院，青岛266590；2.金正大生态工程集团股份有限公司复合肥料国家地方联合工程研究中心，临沂276700）摘要：以蚀变岩型金矿尾矿为主要原料，采用活性指数测定的方法，研究了粉磨细度、助磨剂、化学活化剂对尾矿火山灰性能的影响，通过对水化样品的X射线衍射分析、电子探针分析，查明了尾矿在水泥水化中的作用，并对活化尾矿的应用性能进行了试验研究。研究结10果表明，机械粉磨能够有效提高尾矿的火山灰性能，当尾矿比表面积超过400m2/kg以上时，活性指数可达到65%以上，并且硬脂酸钠助磨剂和氯化钙活化剂的添加均有利于活性指数的提高；活化尾矿在水泥水化过程中主要起“晶核”作用，促进水泥的水化，同时也会参与部分水化反应；当活化尾矿掺量小于30%时，可制备强度等级为32.5R的火山灰质硅酸盐水泥；当活化尾矿掺量小于40%时，可用于制备FCA03(JG/T266-2011)等级的发泡水泥。15关键词：蚀变岩型金矿尾矿；机械粉磨；火山灰性能；火山灰质水泥；发泡水泥中图分类号：TD985Activationandapplicationofpozzolanicpropertiesofalteredrocktypegoldtailings1112120LYUXianjun,FANGJie,WUPeng,TANMingyang,CAOXiaoqiang(1.CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590;2.National&LocalJointEngineeringResearchCenterforCompoundFertilizer,KingentaEcologicalEngineeringGroupCo.,Ltd.,Linyi276700)25Abstract:Effectofgrindingfineness,grindingaidsandchemicalactivatoronthepozzolanicpropertiesofalteredrocktypegoldtailingswasstudied.BasedonX-raydiffractionanalysisandelectronprobemicroanalysis,theroleoftailingsincementhydrationwasidentified.Also,theapplicationperformanceofactivatedtailingsincementandfoamedconcretewasstudied.Theresultsshowthatmechanicalgrindingcaneffectivelyimprovethepozzolanicreactivityoftailings,andtheactivityindex30ismorethan65%whenspecificsurfaceareaismorethan400m2/kg.Sodiumstearategrindingaidsandcalciumchlorideactivatorwerebeneficialtoimprovetheactivityindexofthegroundtailings.Theactivatedtailingsmainlyplayaroleof“crystalnucleus”topromotethehydrationofcement,andsometailingsparticlescanalsobehydratedincement.Theactivatedtailingscanbeusedasmajoradmixturestoprapareportland-pozzolanacementandfoamcement.Forthegroundandactivated35tailings,a32.5Rgradecementwaspreparedwhenitsadditionislessthan30%,andaFCA03(JG/T266-2011)gradefoamcementwaspreparedwhenitsadditionislessthan40%.Keywords:goldtailings;mechanicalgrinding;pozzolanicproperties;portland-pozzolanacement;foamcement0引言[1,2]40火山灰质材料作为生产水泥的混合材料和混凝土的掺合料已被广泛应用。火山灰质矿物材料是指具有火山灰活性的天然的或人工的矿物质材料，这类材料的特点是其中的活性SiO2、Al2O3等组分与水泥的水化产物Ca(OH)2能够发生水化反应，生成具有水硬特性的水基金项目：国家自然科学基金项目(51674161)；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20133718110005)；山东省2016年重点研发计划(2016GSF116013)作者简介：吕宪俊（1965-），男，教授、博导，主要研究方向：矿物资源综合利用.E-mail:lu_xianjun@163.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn[3,4][5-7]化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硅铝酸钙等产物，从而改善水泥和混凝土的性能。传统的火山灰质材料主要为呈玻璃体或隐晶质结构的天然火山灰和经过高温煅烧的工业副产品，[8-12]45例如：火山灰、粉煤灰、冶炼矿渣、硅灰等，而结晶质材料一般被认为是火山灰惰性材料，对其火山灰性能的研究报道相对较少。但是与玻璃体结构物质相比，晶质矿物原料的来源更广、产量更大、成本更低，尤其是矿业领域大量排放的矿山尾矿的利用日益迫切，近几[13-15]年关于晶质矿物火山灰性能的研究逐渐引起了一些研究者的兴趣。[16]赵新军指出，铁尾矿可作为复合硅酸盐水泥的活性混合材使用，其化学成分满足活50性混合材的要求，28天（d）的活性指数达67%～68%，符合GB/T2847-2005中规定的28d活性指数不小于65%的要求；在硅酸盐水泥中加入细度为2%（0.08mm筛余）、掺量为11%～[17]14%的铁尾矿制备出的复合硅酸盐水泥，各项指标均能满足国家标准规定。郑永超等利用机械力化学效应提高铁尾砂活性，铁尾砂掺量为70%，在20±1℃、不低于90%的相对湿度条件下养护24h后脱模，然后在90℃的饱和蒸汽中养护，最终制备出28d的抗压强度可达[18]5589.3MPa的高强结构材料。倪明江等进行了金属尾矿作为水泥活性混合材的试验研究，结果表明，全国31种金属尾矿中有6种尾矿的化学成分满足活性混合材的要求，且SiO2和Al2O3含量较高，28d活性指数均在68.72%～76.54%之间，符合活性混合材的国标要求。张[19]国强将黄金尾矿烘干粉磨后加入到硅酸盐水泥中，在黄金尾矿掺量为15%时，可制备出32.5R普通硅酸盐水泥；将黄金尾矿高温煅烧后其活性进一步提高，掺量可达30%。焦向科[20]60等在硅酸盐水泥熟料中掺入10%的高硅钒尾矿，通过球磨的方式提高钒尾矿的潜在活性，当球磨时间为40min时，可以制备出水泥的强度、凝结时间均满足32.5R复合硅酸盐水泥的国标要求。以上研究初步证实，某些矿山尾矿经过适当加工后，能够作为火山灰质材料用于水泥和混凝土中，但对于其活化方法仍缺乏系统研究。为了进一步探索硅质尾矿火山灰性能的活化65方法，本文以硅质尾矿（蚀变岩型金矿尾矿）为主要原料，通过测定不同条件下尾矿的活性指数，阐明机械粉磨、助磨剂、化学活化剂对尾矿火山灰性能的影响，并通过X射线衍射分析、电子探针分析，查明尾矿在水泥水化中的作用，并探讨活化尾矿在水泥和发泡水泥生产中的应用性能。1实验原料及方法701.1实验原料3所用尾矿为蚀变岩型黄金尾矿（山东招远河西金矿选矿厂），其密度为2.66g/cm，-200目含量为39.81%，化学成分主要以SiO2、Al2O3为主，其含量分别为76.14%和11.40%，另含少量K2O、Na2O、Fe2O3等（表1），其结晶物相主要为石英、长石、云母等（图1）。表1尾矿的化学成分分析75Tab.1Chemicalcompositionoftailings化学成分SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOK2ONa2OSO3含量/%76.1411.40.92.470.63.81.330.725-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn4000AA-石英B-长石3000C-云母2000ACB未磨AAAAAA相对衍射强度10004min010203040506070802θ/°图1机械粉磨前后尾矿的XRD图谱Fig.1X-raydiffractionpatternsoftailingsbeforeandaftermechanicalgrinding所用水泥为市售P.O42.5级普通硅酸盐水泥和自制P·Ⅱ525硅酸盐水泥，自制水泥配比280采用m（水泥熟料）：m（矿渣）：m（二水石膏）=90:5:5，比表面积为350m/kg。所用ISO标准砂（厦门艾思欧标准砂有限公司）符合国标GB178-1997《水泥强度试验用标准砂》的要求。所用三乙醇胺、硬脂酸钠、氧化钙、明矾、氯化钙、硅酸钠、硫酸钠等均为化学分析试剂。851.2实验方法1.2.1机械粉磨采用XMQ-4型行星式球磨机干法研磨，钢罐容积为500ml，研磨介质为Φ5mm、Φ8mm、Φ15mm钢球，钢球配比为大：中：小=2:5:3，介质充填率为33%，物料充填率为10%，转速为400r/min，通过控制不同研磨时间，磨制出不同比表面积的尾矿微粉。901.2.2尾矿中位径及比表面积的测定尾矿微粉的中位径采用BT-9300Z型激光粒度分析仪测定，比表面积根据GB/T8074-2008，采用FBT-5勃式比表面积测定仪进行测定。1.2.3活性指数测定根据GB/T2847-2005中的规定，按照试验胶砂混合料配比（表2）制备胶砂，采用95WAY-300型电液式压力试验机测定两组胶砂试块3d、28d抗压强度，比值即为所用尾矿的活性指数。其中对比水泥选用强度等级为52.5的硅酸盐水泥。表2活性指数测定胶砂配比Tab.2Theproportionofthemortarforactivityindexdetermine胶砂种类对比水泥/g尾矿粉/g中国ISO标准砂/g水/ml对比胶砂450——1350225试验胶砂3151351350225活性指数的计算公式如下：100Ai=Ri×100/R0i式中：Ai——尾矿粉i天活性指数，%，-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cnR0i——对比胶砂i天抗压强度，MPa，Ri——试验胶砂i天抗压强度，MPa。1.2.4X射线衍射分析105X射线衍射仪（D/max-2500PC型）日本理学电机RigaKu公司生产，Cu靶，管电压为40kv，管电流100mA，扫描速度8°/min，步长为0.02°，扫描范围2θ=5°-85°。所测试样均为终止水化后的试样，且在105℃下烘干恒重。1.2.5电子探针分析采用日本电子公司生产的JXA-8230型电子探针，配备能谱仪350，二次电子分辨率为-101106nm，加速电压20Kv，探针电流10A。观察材料硬化浆体的显微结构和外观形貌，同时用能谱仪对材料硬化体微区进行元素分析。2结果及讨论2.1黄金尾矿火山灰性能的活化2.1.1单一机械粉磨对尾矿火山灰性能的影响115以黄金尾矿为原料，采用行星式球磨机，通过控制不同粉磨时间1、2、3、4、5、6min，制备出不同比较面积的尾矿微粉，结果如图2所示；按照试验方法1.2.3测定机械粉磨后尾矿的28d活性指数，结果如图3所示。700600-1·kg2500/m400比表面积3002001234567粉磨时间/min图2机械粉磨对尾矿比表面积的影响120Fig.2Theimpactofmechanicalgrindingonspecificsurfaceareaoftailings6766/%6564活性指数63622003004005006007002-1比表面积/m·kg图3尾矿比表面积对活性指数的影响Fig.3Theimpactofspecificsurfaceareaonactivityindexoftailings-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图2显示的是尾矿比表面积随着粉磨时间的变化规律，由图可以看出，随着粉磨时间的125延长，尾矿的比表面积大幅提高。当粉磨时间由1min增加到6min时，尾矿比表面积由22204.3m/kg增加至657.0m/kg。这说明，机械粉磨能够对尾矿起到明显的细化作用，减小尾矿颗粒的粒径。由图3可知，尾矿的活性指数与其比表面积密切相关，随着尾矿比表面积的增加，活性2指数不断增大，当比表面积达到500m/kg左右以后，活性指数趋于稳定。由此可知，机械2130粉磨能够对尾矿的火山灰活性起到一定的活化作用，其最佳粉磨细度为500m/kg左右。根据GB/T2847-2005中规定的28d抗压强度比（活性指数）≥65%的要求，当黄金尾矿粉磨至2比表面积为400m/kg以后时，活性指数可以满足要求。2.1.2复合机械粉磨对尾矿火山灰性能的影响2.1.2.1助磨剂对尾矿火山灰性能的影响135水泥助磨剂的种类有很多，作用效果随研磨物料而异。本实验选用常见的三乙醇胺、硬脂酸钠和复合助磨剂（m(NaCl)：m（聚乙二醇）：m（CaO）：m（粉煤灰）=5:10:15:70）作为助磨剂，考察其对尾矿粒度分布和火山灰性能的影响。尾矿与不同掺量助磨剂混合后，采用行星式球磨机研磨2min，采用激光粒度分析仪测定尾矿的中位径，并测其28d活性指数。22641867(a)(b)中位径活性指数6221中位径1766活性指数60m20/%m/%/μ/μ58166519中位径56活性指数中位径活性指数15641854175214630.00.30.60.91.21.51.80.00.10.20.30.40.5140三乙醇胺掺量/%硬脂酸钠掺量/%1867(c)1766中位径m活性指数/%/μ1665中位径活性指数156414630.00.30.60.91.21.51.8复合助磨剂掺量/%图4助磨剂掺量对活性指数的影响Fig.4Theimpactofgrindingaidsdosageonactivityindex助磨剂掺量对尾矿中位径及活性指数的影响规律如图4所示，其中图4-a、4-b、4-c分145别为三乙醇胺、硬脂酸钠、复合助磨剂的影响。由图可知，三乙醇胺和硬脂酸钠对尾矿中位径及活性指数影响较大，而复合助磨剂基本不起作用。图4-a结果显示，三乙醇胺掺量较低时（0.16%），能够起到一定的助磨作用，掺量过多则会明显起到相反作用；尾矿28d活性指数随着三乙醇胺掺量增加不断降低，尤其是当三乙醇胺掺量超过0.8%以后。图4-b结果-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn显示，添加适量硬脂酸钠可以明显的降低尾矿细度，当其最佳掺量0.16%时，可使尾矿中位150径由17.52μm降低为14.98μm；尾矿28d活性指数随着硬脂酸钠掺量的增加先增大后减小，变化规律与中位径相反，当硬脂酸钠掺量为0.16%时，28d活性指数由63.40%提高到65.92%。图4-c结果表明，复合助磨剂添加后对中位径及活性指数都没有显著影响。综上所述，仅有硬脂酸钠能够对金矿尾矿起到一定的助磨作用，同时又能够有效改善尾矿的活性指数，其最佳掺量为0.16%。硬脂酸钠是一种表面活性剂，根据列宾捷尔(Rehbinder)155的助磨剂强度削弱理论，表面活性剂可吸附在固体表面，使固体颗粒表面能降低，从而导致键合力减弱，因此尾矿可以在适量硬脂酸钠的作用下，能够明显细化。硬脂酸钠对活性指数的提高主要源于提高了尾矿细度，而对水泥的水化无明显作用。2.1.2.2化学活化剂+助磨剂对尾矿火山灰性能的影响为了进一步提高尾矿的活性指数，在助磨剂研究基础上（硬脂酸钠添加量为0.16%），160采用氧化钙、明矾、氯化钙、硅酸钠、硫酸钠作为活化剂，与尾矿、硬脂酸钠按比例混合后，采用行星式球磨机研磨2min，测其3d、28d活性指数，研究不同种类、不同掺量条件下化学活化剂对尾矿火山灰性能的影响。7575(a)(b)70706565/%/%6060氧化钙氧化钙明矾明矾氯化钙活性指数55氯化钙活性指数55硅酸钠硅酸钠硫酸钠50硫酸钠50454501234560123456活化剂掺量/%活化剂掺量/%图5化学活化剂对活性指数的影响（a-3d，b-28d）165Fig.5Theimpactofactivatoronactivityindex(a-3days,b-28days)不同种类、不同掺量化学活化剂对尾矿活性指数的影响规律如图5所示。由图可知，活化剂种类和掺量对尾矿活性指数具有明显影响。在活化剂掺量小于2%时，仅有掺有明矾的尾矿28d活性指数小于65%；在活化剂掺量大于3%时，掺有氧化钙、氯化钙的尾矿28d活性指数大于65%。170尾矿活性指数随活化剂掺量的变化结果显示，硫酸钠和明矾两种活化剂添加后，对尾矿3d、28d活性指数均会起到明显降低作用，且随着活化剂掺量的增加，活性指数不断降低。硅酸钠在掺量小于2%时，对尾矿活性指数的提高起到一定的促进作用，但掺量超过2%后，随着掺量的增加，尾矿活性指数迅速降低。氧化钙和氯化钙的添加，均对尾矿3d、28d活性指数起到提高作用，氧化钙掺量为5%时，尾矿的28d活性指数由65.92%增加到70.34%，175氯化钙掺量为5%时，28d活性指数可达到67.92%，，但是氯化钙相对于氧化钙具有更明显的早强作用，可使尾矿3d活性指数最高达到73.55%。综合考虑，最终选用氯化钙作为化学活化剂，推荐掺量为5%。因此，该黄金尾矿的最佳活化配比为m(尾矿)：m(硬脂酸钠)：m(氯化钙)=100:0.16:5。-6- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2.2活化黄金尾矿的水化机理180以上研究初步证实，黄金尾矿通过适当的活化工艺和活化方法后，活性指数能够满足GB/T2847-2005的要求。为了查明活化后尾矿活性指数提高的实质，同时为了消除助磨剂、化学活化剂对水泥水化的影响，实验以高能球磨4min的黄金尾矿、硅酸盐水泥为原料，按照水泥：尾矿：水=7:3:5的比例制备试样，对水化反应前后的样品进行X射线衍射分析、电子探针分析，查明尾矿在水泥水化过程中的作用。1852.2.1X射线衍射分析（XRD）未研磨前和高能球磨4min后纯尾矿的XRD图谱如图1所示。结果显示，高能球磨后尾矿的XRD图谱发生了一定程度的改变，石英、长石、云母等晶质矿物的衍射峰强度明显减弱，这表明高能球磨破坏了尾矿中矿物的晶体结构，使其无定型化程度加深，从而提高了尾矿的水化反应活性。600600(a)(b)AA-石英A-石英500BB-氢氧化钙B-硅酸三钙500C-云母C-长石D-水化铝酸钙D-云母400400E-长石300300A衍射强度衍射强度200200BABBB100DCB100BBACDABABBBAAAABBAEAAAABAAA00102030405060708010203040506070801902θ/°2θ/°图6水泥+尾矿水化反应前后的XRD图谱（a-未水化，b-水化28d）Fig.6X-raydiffractionpatternsofcementcontainingtailingsbeforeandafterhydration(a-unhydratedsample,b-hydrationfor28days)掺有30%尾矿的水泥未水化和水化28d的XRD图谱如图6所示。结果显示，未水化前195存在于样品中的结晶物质主要有石英、长石、云母和硅酸三钙等，水化28d后存在于水化产物中的结晶物质主要有氢氧化钙、石英、云母、水化铝酸钙、长石等。水化反应前后，结晶物质的种类发生明显变化，硅酸盐水泥中的硅酸三钙水化生成大量氢氧化钙，同时熟料水化还会生成少量水化铝酸钙。而尾矿中石英的衍射峰强度在水化后则明显减弱，这表明尾矿中的石英参与了部分水化，其活性来源于机械粉磨过程中产生的活性SiO2和水泥水化产生的200氢氧化钙发生反应生成了水化硅酸钙，同时也可以和高碱度的C-S-H凝胶反应生成低碱度的C-S-H凝胶。-7- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2.2.2电子探针分析（SEM-EDS）205图7水泥+尾矿水化反应前后的SEM图像（a，b-未水化前，c-3d，d-28d）Fig.7SEMimagesofcementcontainingtailingsbeforeandafterhydration(a,b-unhydratedsample,c,d-hydrationfor3and28days)表3水泥+尾矿水化反应前后的EDS分析结果Tab.3EDSresultsofcementcontainingtailingsbeforeandafterhydration氧化物MgOAl2O3SiO2FeOCaO可能的矿物组分或水化产物图7b-1017.8520.672.045.67SiO2和Al2O3图7b-20.490.8511.760.347.43硅酸三钙图7b-30.424.2911.033.4850.58硅酸三钙和铝酸三钙图7b-40.402.4411.641.8948.77硅酸三钙图7b-50.25037.500.855.61SiO2图7b-69.727.203.978.1530.92硅酸三钙和铝酸三钙图7c-10.5215.4223.573.015.10SiO2和Al2O3图7c-208.993.99028.61CH、C-S-H和Al2O3图7c-32.721.459.450.7731.85CH、C-S-H图7c-41.027.134.211.7636.20CH、C-S-H、水化铝酸钙图7c-50.220.696.402.2075.26CH图7c-60.110.584.2910.5675.39CH图7c-70.487.3021.85027.31CH、SiO2和Al2O3图7d-10.460.7942.480.4519.92SiO2、CH图7d-20.642.8414.031.9628.75CH、SiO2和Al2O3图7d-31.251.948.261.5632.64CH、C-S-H、水化铝酸钙图7d-4040.723.8500.76Al2O3-8- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图7d-500.4630.9402.54SiO2图7d-61.078.0013.282.9418.87CH、SiO2和Al2O3图7d-70.981.8711.8416.2119.63SiO2、CH图7d-80.742.223.940.6739.14CH、C-S-H、水化铝酸钙图7d-900.642.29044.32CH图7d-100034.8200.68SiO2210结合图7和表3可知，水化反应前样品颗粒在电镜下呈现简单的堆积，大颗粒的表面附着一些微细颗粒（图7-a）。尾矿颗粒（图7-b-1,5）的粒径比水泥颗粒更小，形貌上，尾矿表面平整，而水泥颗粒（图7-b-2,3,4,6）形状不规则，呈多棱角状态。水化反应后，样品的致密程度明显提高，且随着养护龄期的延长，致密程度增大（图7-c，d）。水化3d时，从形貌上看，部分颗粒已经参与了水化反应，尤其是一些细小颗粒，215但整体仍较为松散，大颗粒依然保持着较为清晰的外形，这些大颗粒主要为尾矿颗粒。随着养护龄期延长至28d，样品基本形成一个整体，水化前期形成的“陨坑”被水化产物所填平，表面较为平整，且大颗粒轮廓变得模糊不清。以上研究结果表明，尾矿颗粒在水泥水化过程中主要起“晶核”作用，为水泥水化产物的[21,22]附着提供场所，促进水泥的水化。同时，少量尾矿颗粒也会参与水化反应，消耗体系220中的氢氧化钙，降低体系碱度，进一步促进水泥的水化，同时生成的水化产物填充在空隙间，促进了结构致密度的提高。2.3活化黄金尾矿的应用性能为了研究活化黄金尾矿的应用性能，将活化尾矿（硬脂酸钠添加量0.16%，氯化钙添加量5%，与尾矿混合后共同粉磨2min）用于制备不同强度等级的水泥和发泡水泥保温材料，225探讨尾矿掺量对水泥性能和发泡水泥性能的影响。2.3.1活化尾矿在水泥生产中的应用将活化尾矿以0%、5%、10%、20%、30%的比例添加到P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥中，参照GB/T17671-1999制备胶砂试块，测定其3d、28d抗压强度和抗折强度，并按照国标GB/T1346-2011测定标准稠度用水量、凝结时间、安定性，研究不同尾矿掺量对水泥性能的影响，230测定结果如表4所示。表4不同活化尾矿掺量对水泥性能的影响Tab.4Theimpactofthedifferentblendingamountoftailingontheperformanceofcement抗压强度/MPa抗折强度/MPa凝结时间/min尾矿掺量/%标准稠度用水量/%安定性3d28d3d28d初凝时间终凝时间032.1554.327.459.3211216327.4合格531.4352.877.028.4313319428.4合格1029.3348.646.878.0117121728.9合格2026.4343.136.227.3218024128.7合格3023.4635.545.116.4418325929.1合格由表4可知，随着尾矿掺量的增加，水泥的抗折抗压强度均逐渐降低，凝结时间延长，而且标准稠度用水量增加。这主要是因为尾矿活性相对较低，水化速度相对较慢，因此增加235尾矿掺量势必会降低水泥的强度，延长水泥的凝结时间，同时由于尾矿粒度较细，表面裂纹及毛细孔隙较多，增加了对水的吸附能力，因此标准稠度用水量会增加。-9- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn按照GB175-2007的要求，不同品种不同等级强度的通用硅酸盐水泥，其不同龄期的强度应满足表5的规定，其中普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min，安定性合格。对比表4可知，活化尾矿添加量在5%内，可用于制240备强度等级为52.5R的普通硅酸盐水泥；活化尾矿添加量在5%~20%时，可用于制备强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥；活化尾矿添加量在20%~30%时，可用于制备强度等级为32.5R的火山灰质硅酸盐水泥，安定性、凝结时间等均满足国标要求。表5不同品种不同等级强度的通用硅酸盐水泥Tab.5Commonportlandcementofdifferentvarietiesanddifferentstrengthgrade抗压强度/MPa抗折强度/MPa品种强度等级3d28d3d28d42.5≥17.0≥3.5≥42.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥4.0硅酸盐水泥≥52.5≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28.0≥5.0≥62.5≥8.062.5R≥32.0≥5.542.5≥17.0≥3.5≥42.5≥6.542.5R≥22.0≥4.0普通硅酸盐水泥52.5≥23.0≥4.0≥52.5≥7.052.5R≥27.0≥5.032.5≥10.0≥2.5≥32.5≥5.532.5R≥15.0≥3.5矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅42.5≥15.0≥3.5酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水≥42.5≥6.542.5R≥19.0≥4.0泥、复合硅酸盐水泥52.5≥21.0≥4.0≥52.5≥7.052.5R≥23.0≥4.52452.3.2活化尾矿在发泡水泥生产中的应用将活化尾矿以0%，10%，20%，30%，40%，50%的比例添加到P.O42.5级普通硅酸盐水泥中，在此基础上添加0.8%硬脂酸钙、0.25%促凝剂，按照图8工艺流程图制备发泡水泥，测定养护28d后发泡水泥的密度、抗压强度、吸水率、平均孔径等指标（按照JG/T266-2011中规定的方法），研究活化尾矿掺入后对发泡水泥性能的影响。实验结果如表6所示，发泡250水泥效果如图9所示。图8化学发泡水泥的工艺流程图Fig.8Processchartofchemicalfoamingcement255-10- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn表6尾矿化学发泡水泥试验结果Tab.6TestResultsofchemicalfoamingcementwithdifferenttailingadditions3尾矿掺量/g密度/kg/m抗压强度/Mpa质量吸水率/%平均孔径/mm0301.870.4625.031.510%279.900.6528.111.720%270.300.4932.361.830%258.590.3935.122.140%232.450.3343.672.550%214.680.2248.433.0260图9活化尾矿不同掺量下的化学发泡水泥效果图Fig.9foamcementwithactivatedtailingofdifferentadditions265由表6和图9可知，随着尾矿掺量的增加，发泡水泥的密度不断降低，吸水率和平均孔径不断增大，而抗压强度先增大后降低，在尾矿掺量为10%，抗压强度达最大值。这主要-11- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn是由于尾矿细度要比所用水泥细，所形成的气孔壁密实度更高，因此抗压强度增大，但是继续增加尾矿用量，一方面是因为活化尾矿的水化活性比水泥差，另一方面，随着尾矿掺量的增加，水泥浆体凝结时间延长，导致发泡水泥气孔变大，发泡水泥密度变小，从而引起抗压270强度降低。此外，由于发泡水泥气孔变大，连续孔增多，从而使得其吸水率升高。根据标准JG/T266-2011规定，活化尾矿掺入后泡沫混凝土的密度均能够满足最高等级A03。活化尾矿掺量为10%时，抗压强度满足C0.5等级，吸水率满足W30等级（记作“FCA03-C0.5-W30-P-JG/T266-2011”）；活化尾矿添加量为20%、30%时，抗压强度满足C0.3等级，吸水率满足W40等级；活化尾矿添加量为40%时，抗压强度满足C0.3等级，吸水率275满足W50等级；活化尾矿添加量大于50%时，抗压强度不能满足最低等级C0.3。3结论2机械粉磨能够有效提高蚀变岩型金矿尾矿的火山灰活性，当尾矿比表面积超过400m/kg以后时，活性指数可达到65%以上，满足水泥活性混合材的国标要求。在相同粉磨条件下，助磨剂硬脂酸钠的加入能够对尾矿起到一定的助磨作用，同时有利于活性指数的提高，其最280佳掺量为0.16%。化学活化剂石灰、氯化钙均有利于尾矿活性指数的提高，但氯化钙对早期活性指数的提高更为明显，其适宜掺量为5%左右。机械粉磨能够破坏尾矿中矿物的晶体结构，使其无定型化程度加深，提高其水化反应活性。同时，少量尾矿也参与了水化反应，促进了结构致密度的提高。活化尾矿的掺入虽然会降低水泥的抗压强度，但当其掺量在30%以内时，能够制备出285强度等级为32.5R的火山灰质硅酸盐水泥。活化尾矿掺量在40%以内时，能够用于制备发泡水泥，密度等级满足A03、抗压强度等级满足C0.3～C0.5、吸水率等级满足W30～W50。[参考文献](References)[1]蔡丰礼.硅灰的火山灰活性及其对水泥性能的影响[J].水泥技术,2002,(3):90-93.[2]董芸,杨华全,李鹏翔.天然火山灰质材料对骨料碱活性的抑制研究[J].混凝土,2011,(11):77-79.290[3]中国建筑材料科学研究院,GB/2847-2005.用于水泥中的火山灰质混合材料[S].北京:中国标准出版社,2005.[4]ASTM,D5370-14.StandardSpecificationforPozzolanicBlendedMaterialsinConstructionApplications[S].ASTM:AmericanSocietyofTestingMaterial,2014.[5]TaylorHFW.Cementchemistry[M].London:ThomsonTelfordPublishers,1997.295[6]MalhotraVM.Pozzolanicandcementitiousmaterials[M].Amsterdam:GordonandBreachSciencePublishers,2004.[7]Kupwade-PatilK,Al-AibaniAF,AbdulsalamMF,etal.MicrostructureofcementpastewithnaturalpozzolanicvolcanicashandPortlandcementatdifferentstagesofcuring[J].Construction&BuildingMaterials,2016,113:423-441.300[8]LuC,YangH,LiuW,etal.Effectofflyashoncompressivestrengthdegradationduetocalciumleachingprocedure[J].AdvancesinCementResearch,2014,26(3):137-144.[9]GengH,LiQ.DevelopmentofmicrostructureandchemicalcompositionofhydrationproductsofslagactivatedbyordinaryPortlandcement[J].MaterialsCharacterization,2014,87(1):149-158.[10]KwanAKH,ChenJJ.Addingflyashmicrospheretoimprovepackingdensity,flowabilityandstrengthof305cementpaste[J].PowderTechnology,2013,234:19-25.[11]RossenJE,LothenbachB,ScrivenerKL.CompositionofC-S-Hinpasteswithincreasinglevelsofsilicafumeaddition[J].Cement&ConcreteResearch,2015,75:14-22.[12]SanjuánMÁ,ArgizC,GálvezJC,MoraguesA.EffectofsilicafumefinenessontheimprovementofPortlandcementstrengthperformance[J].Construction&BuildingMaterials,2015,96(3):55-64.310[13]KunduS,AggarwalA,MazumdarS,DuttKB.Stabilizationcharacteristicsofcopperminetailingsthroughitsutilizationasapartialsubstituteforcementinconcrete:preliminaryinvestigations[J].EnvironmentalEarthSciences,2016,75(3):1-9.[14]OnuaguluchiO,ErenÖ.Recyclingofcoppertailingsasanadditiveincementmortars[J].Construction&BuildingMaterials,2012,37(12):723-727.-12- 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