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1、铁 尾 矿 粉 用 作 混 凝 土 掺 和 料 的 活 性 研 究王 安 岭 1 马 雪 英 2 欣 2 王 栋 民 3杨（ 1. 北 京 东 方 建 宇 混凝 土 科学 技 术 研 究 院 北 京 110119；2. 北 京 新 奥混凝 土 集 团 有 限 公 司 北 京 100076； 3. 中 国 矿 业 大 学 北 京 100083）摘 要：本 文 重 点 分 析 了 河 北 迁 安 和 北 京 密 云 的 高 硅 型 铁 尾 矿 的 化 学 组 分 和 矿 物 组 成 ， 发现铁 尾 矿 中 SiO2含 量 高 达 60%以 上 ， 其 中 主 要 矿 物 组 分 为 石 英 。 不
2、 同 细 度 的 活 性 影 响 测 定 结 果 及 潜 在水 硬 性 和 火 山 灰 效 应 的 分 析 表 明 ， 铁 尾 矿 粉 的 总 体 活 性 偏 低 。 通 过 采 取 与 矿渣 粉掺 和 料 复 合 的 办 法 ， 制 备 出 了 一 种 具 有 较 高 水 化 活 性 的 辅 助 胶 凝 材 料 。关 键词 ： 铁 尾 矿 粉 ； 混 凝 土 ； 掺 和 料 ； 活 性泥 混 合 材 潜 在 水 硬 性 和火 山 灰 效 应 的 试 验 方 法 ， 对 活 性作 出 总 体 评 价 。 然 后 采 取 与 其 他 矿 物 掺 和 料 复 合的 方 法 ， 综 合 提 高 其
3、活 性 ， 从 而为 铁 尾 矿 粉 的 工 程 应 用 提 供 技 术 支 撑 。引 言铁 尾 矿 是 对铁 矿 石 原 料 进 行 选 矿 破 碎 ， 提 取 其 中 的 有用 组 分后 剩 下 的废 渣 1。 随 着 矿 产 资 源 的 快 速 开 发 ， 铁 尾 矿 排 放 越 来 越 多 ， 占 用 土 地 ， 污 染 环 境 ， 对 人 民 生 命 财 产 造 成 很 大 威 胁 ， 因 此 对 铁 尾 矿 的 合 理 应 用 迫 在 眉 睫 。目 前 ， 国 内 外 对 铁 尾 矿的 二次 利 用 主 要 集 中 于 尾 矿 再 选 （ 从 尾 矿 中 回 收 有 价 成 分 ）
4、 、 矿 山 采 空 区 的 充 填 、 尾 矿 复 垦 、 用 作建 筑 材 料 等 方 面 。 建 筑行 业 中 利 用铁 尾 矿 烧 制 水 泥 、 代替 天 然 骨 料 、 制 砖 或 加 气 混 凝 土 、 制 备 微 晶 玻 璃 、 制 备 白 炭 黑 等 方 面 2 4， 但 总 体 利 用 率 仍 较 低 。把 硅 质 铁 尾 矿 磨 至 一 定 细度 ， 作 为 一 种 产 品 混 凝 土 矿 物 掺和料 应 用 于 混 凝 土 ， 是 尾 矿 资 源 综 合 利 用 开 发 的 新 设 想 和新 途 径 。 混 凝 土是 一 种 大 宗建 筑 材 料 ， 城市 中 一 座
5、座 高 楼 无 不 由混 凝 土 浇 筑 而成 ， 随 着 混 凝 土 技 术 的 发 展 ， 多 种 工 业 废 料 在 混 凝 土 中 变 废 为 宝 。 铁 尾 矿粉 应 用 于 混 凝 土 中 不 仅 拓 宽 了 铁 尾 矿 在 建 材 中 的 应 用 范 围 及 领 域 ， 而 且 对 发 展 循 环 经 济 、 保 护 环 境 等 具 有重 大 意 义 。2 研 究 过 程2.1 原材料冀 东 P.O42.5水 泥 ， 兴 达 S95矿 渣 粉 ， 河 北 涿 州 细 度 模数 为 2.6 2.8的 中 砂 ， 三 河 最 大 公 称 粒 径 为 25.0 mm的 碎 石 ， HD
6、P聚羧 酸 系 高性 能 减 水 剂 ， 河 北 迁 安 和 北 京 密 云 铁 尾 矿 。2.2 铁尾矿的化学和矿物成分分析选 取 河 北 迁 安 的铁 尾 矿 ， 进 行 化 学 成 分和 矿 物 组 分 分析 ， 结 果 见 表 1和 表 2。 铁 尾 矿的 主 要 化 学 成 分 是 SiO2， Fe2O3， Al2O3， MgO，其 中 SiO2含 量 高 达 60%以 上 ， 从 铁 尾 矿 分类 来 看 是 典 型 的高 硅 鞍 山 型铁 尾 矿 。 铁 尾 矿 的 主 要 矿 物 组分 为 没 有 活性 的石 英 等 ， 推 断 其 活 性 较 低 。2.3 粉磨细度对铁尾矿粉
7、活性的影响把 铁 尾 矿 粉 磨 成 不 同 细 度 ， 以 考察 细 度 对 活 性 指 数的影 响 ， 其中 原 材 料 采 用 基 准 水 泥 、 标 准 砂 和 饮 用 水 ， 试 验 结 果 见 表 3。从 表 3可 以 看 出 ， 随 着 铁 尾 矿 粉 比 表 面 积 的 提 高 ， 不 同 龄 期 的 胶 砂 活 性 指 数 略 有 提 高 ， 但 提 高 幅 度 不明显 ， 铁 尾1 主 要 研 究 内 容在 分 析 铁 尾 矿 化 学 成 分 及 矿 物 成 分 的 基 础 上 ， 通 过物理 粉 磨 ， 研 究 细 度 对 铁 尾 矿粉活 性 的 影 响 程 度 ， 借
8、鉴 水收稿日期：2013-06-0866 2013.08CHINA CONCRETE NO.50试验研究Experimental Research矿 的 总 体 活 性 较 低 。对铁 尾 矿 进 一 步 磨 细处 理 ， 并 改 为 在 30%的 较 小 掺 量 下 检 验其 活 性指 数 ， 试 验 结 果 见 表 4。在 30%掺 量 下 ， 活 性 指 数 有 明 显 幅 度 的 提 高 ， 其 中 比 表 面 积 约 为 60 0m2 /kg和 80 0m2 /kg的 铁 尾 矿 粉 28d活 性 指 数 都 大于 65%， 如 按 用于 水泥 中 的 火 山 灰 质 混 合 材 料
9、 （ GB/T2847-2005） 标 准 从 活 性 指数 单 项 结果 进 行 判 定 ， 其 用 于 水 泥时 可 判 为 活 性混 合 材 。 但 超 细 粉 磨 铁 尾 矿存 在 不 经 济 、 加 工 成 本 高 的 缺 点 。 因 此 ， 有 必 要 采 取 其 他 技 术 手 段 来 综 合 提 高 混 凝 土 矿 物 掺和料 的活 性 。2.4 铁尾矿粉潜在水硬性和火山灰特性的分析铁 尾 矿 粉 潜 在 水 硬 性 和 火 山 灰 性 的 分 析 ， 可 参 考 用于 水 泥 混 合 材 的 工 业 废 渣 活 性 试 验 方 法 （ GB/ T12957-2005） 和 用
10、 于 水 泥 中 的 火 山 灰 质 混 合 材 料 （ GB/T2847-2005） 进 行 分 析 测 试 。 活 性 混 合 材 是 指 具 有 火山 灰性 或 潜 在 水 硬 性 ， 或 兼 有 火 山 灰 性 和 水 硬 性 的 矿 物 质 材料 ， 而非 活 性 混 合 材 料 是 指 主 要 起 填充 作 用 而 又 不 损 害 水 泥 性 能 的 矿 物 质 材 料 。 其 中 水 硬 性的 测 试 方 法 简 述 如 下 ： 将 铁 尾 矿粉 和 符 合 天 然 石 膏 （ GB/T5483-2008） 二 级 以 上 品 质 要求 、 80 m筛 余 为 1% 3%的 二
11、水石膏 按 8020（ 或 9010） 的 比 例 制 成 标 准稠度 的净 浆 ， 在 温 度 20 1 、 湿 度 大 于90%的养 护 箱 养 护 7d， 再 转 入 20 1 的 水 中 浸 泡 3d， 然 后 观 察 试 饼 形 状 ， 若 边 缘 保 持 清 晰 完 整 ， 则 认 为 具 有 潜在 水 硬 性 。 火 山 灰 性 是 把 铁 尾 矿 粉 与 水 泥 按 37的 比 例 混 合 ， 通 过 在 规 定 时 间 周 期 后 ， 用 化 学 滴 定 的 方 法 分 析 溶 液 的 CaO含 量 和 OH-浓 度 ， 然 后 对 比 水 化 水泥 接 触 的水 溶 液 中
12、 存 在 的 Ca（ OH） 2量 与 能 使 同 一 碱 性 溶 液饱 和的 Ca（ OH） 2 量 ， 如 果 溶 液 中 Ca（ OH） 2浓 度 低 于 饱和 浓 度 ， 则判 定 该 火 山 灰 水 泥 具 有 火 山 灰 性 （ 或 火 山 灰 性 合 格 ） 。（ 1）铁尾矿粉的潜在水硬性分析试 验 时 选 取 比 表 面 积 为 40 0m2/kg 20m2/kg、 60 0m2/ kg 30m2/kg、 800m2/kg 50m2/kg的 3种 铁 尾 矿 粉 分 别 与 二 水 石 膏 按 8020的 比 例 混 合 ， 然 后 按 规 定 要 求 制 作 并 养 护 试
13、饼 ， 潜 在 水 硬 性 的 测 定结 果 见 图 1。试 验 结 果 表 明 ， 用不 同 细 度 的 铁 尾 矿 粉 成 型 的试饼 周 边 都 能 保 持 清 晰 完 整 ， 证 明 铁 尾 矿 粉 具 有 潜 在 的 水 硬 性 。表 1 铁 尾矿的 化 学 成 分表 2 铁 尾矿的矿物组分表 3 50%掺 量 下 不 同 细 度 铁 尾矿粉的 活 性 指数表 4 30%掺 量 下 铁 尾矿粉的物理 性 能 指 标672013.08总 50期 混凝土世界试 验 编 号 比表 面 积 （ m2/kg） 水 泥 （ g） 铁 尾 矿 粉 （ g） 水 （ ml） 标 准 砂 （ g） 活
14、 性 指 数 （ %）7d 28d2-0 / 450 0 225 1350 100 1002-1 418315 13554 632-2 596 60 682-3 802 64 75试 验 编 号 比表 面 积 （ m2/kg） 水 泥 （ g） 铁 尾 矿 粉 （ g） 水 （ ml） 标 准 砂 （ g） 活 性 指 数 （ %）7d 28d1-0 / 450 0 225 1350 100 1001-1 434225 22537.2 48.31-2 532 38.6 50.61-3 618 40.5 54.4石英 （ %） 钾 长 石 （ %） 斜 长 石 （ %） 方 解 石 （ %） 白
15、 云 石 （ %） 角 闪 石 （ %） 粘 土 矿 物 总 量 （ %）52.5 6.4 28.5 1.8 1.4 6.7 2.7样 品 名 称 化 学 成 分 （ %）SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 其 他铁 尾 矿 63.8 2.69 6.54 11.1 6.94 8.93试验研究Experimental Research（ 2）铁尾矿粉的火山灰性分析按 上 述 试 验 方 法 ， 取 上 述 3种 不 同 细 度 的 铁 尾 矿 粉 ， 经 化学 分 析 得 到 的 结 果 见 表 5。把 上 述 分 析 结果 标 示 于图2 火 山 灰 性 评 定 曲 线 图上 ，
16、 不 同 比 表 面 积铁 尾 矿 粉的 试 验 点 都 位 于 曲 线 上 方 ， 说 明 铁 尾 矿 粉 不 具 有 火 山 灰 性或 火 山 灰 性 不 合 格 。以 上 测 定 结 果 进 一 步 表 明 ， 不 管 采 用 何 种 活 化 方 式 ， 铁 尾 矿粉 的 总 体 活 性 较低 ， 用 作 混 凝 土 矿物 掺 和 料 时 ， 其 掺 量 不 宜 太 高 。2.5 铁 尾 矿 粉 与 矿 渣 粉 复 合 后 对 活 性 指 数 的 影 响选 择 比 表 面 积为 430m2/kg 20m2/kg的 铁 尾 矿 粉 ， 与 矿渣 粉 分 别 按 100、 82、 64、 46、 28和 010的 比 例 复合 ， 在 50%掺 量 下 得 到 的 试 验 结 果 见 表 6。铁 尾 矿 粉 与 矿 渣 粉 按 不 同比 例 复 合 后 ， 整 体 活 性 有 了 明 显 提 高 ， 且 随 矿 渣 粉
