铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料

D0I:10.13374/i.issnl00103x.2010.04.016 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vo132N94 2010年4月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing APr 2010 铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 郑永超》倪文D徐丽2)李德忠D 杨菁华1D 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京1000832)中国电力科学研究院北京102401 摘要以北京密云铁矿尾和矿为原料采用机械力化学方法对其进行活化，并采用粒度分析、X射线衍射(RD)、扫描电子显 微镜(S田M)及红外光谱(R)分析机械力化学效应对尾矿活性的影响.以铁尾矿为主要原料制备出抗压强度达到89MP尾 矿总体掺量达到7%的尾矿高强结构材料. 关键词铁尾矿；机械力化学：反应活性；结构材料 分类号TB321X756 M echanochem ical activation of iron ore tailings and preparation of h gh-strength con struction mater ja]s ZHENG Yong_chao).NIWe),XU LP.LIDe hong),YANG Jing hua) 1)K ey Laboraony of the Mnisty of Education ofChna rH hEfficientM ining ad Sfety ofMelM nes Universit of Scence and Technopgy Bei jing Beijig 100083 China 2)China E ectric Power Research Institute Beijing 102401 Chna ABSTRACT M iyun iron ore tilngs in Beijing were activated by a mechanochemical metha The influence of mechanochem cal effect on he activaton of the iron ore tailngs was analyzed by means of gran size analys is X-ray diffraction(XRD)scanning elec tron microscope SEM)and n frared nd ation (R)technopgies The iron ore tailings as rav materalswere used o produce high strength constructpn matrals It is shown that the cm pressive strength of the produced constructipn maerials n which the overll content of the ion ore ilings is70%can reach up to 89MPa KEY WORDS iron ore tailng mechanochemistry reaction activation constructionm aterals 随着中国钢铁工业的发展和选矿技术水平的提 矿制备符合要求的蒸压砖，陈家珑等9用尾矿砂代 高，铁尾矿的产出量逐年增加.据测算，我国矿山铁 替部分天然砂配制了28d强度达到63.4MP的商 矿尾矿累计堆存量达26亿多吨.尾矿堆存占用 品混凝土等.但是，目前铁尾矿利用还存在着综合 大量土地，对大气、水和土壤造成严重污染，对矿区 利用率低、高附加值产品少和缺乏市场竞争力等 和周边生态环境造成威胁.随着矿产资源日趋减 问题9 少，尾矿作为二次资源受到越来越多的重视心.目 铁尾矿活性一般较低要作为胶凝材料大掺量 前，我国尾矿利用的途径主要是从尾矿中回收有价 使用，必须先对其进行活化.机械力化学效应7可 金属与非金属元素、尾矿制作建筑材料、磁化尾矿作 使物料反应活化能降低.机械力不仅使颗粒粒度缩 土壤改良剂以及尾矿整体利用回填采空区等几个方 小、比表面积增大，且随着大量新表面的产生，表面 面。在尾矿制作建筑材料方面的研究，谢朝学等1 自由能增加，反应活性随之增强.本文以北京密云 用掺量达30%~40%的铁尾矿制备混凝土小型空 巨各庄铁矿尾矿为对象，研究了机械力化学效应对 心砌块，张锦瑞等用占原料配比50%以上的铁尾 铁尾矿反应活性的影响，并制备出了以尾矿为主要 收稿日期：2009-06一01 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(N92006BAC213) 作者简介：郑永超(198-，男.博士研究生：倪文(196一，男.教授博士生导师Emnw@c5used山m

第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.4 Apr.2010 铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 郑永超 1) 倪 文 1) 徐 丽 2) 李德忠 1) 杨菁华 1) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室, 北京 100083 2)中国电力科学研究院, 北京 102401 摘 要 以北京密云铁矿尾矿为原料, 采用机械力化学方法对其进行活化 , 并采用粒度分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显 微镜(SEM)及红外光谱(IR)分析机械力化学效应对尾矿活性的影响.以铁尾矿为主要原料制备出抗压强度达到 89 MPa、尾 矿总体掺量达到 70%的尾矿高强结构材料. 关键词 铁尾矿;机械力化学;反应活性;结构材料 分类号 TB321;X756 Mechanochemicalactivationofironoretailingsandpreparationofhigh-strength constructionmaterials ZHENGYong-chao1), NIWen1), XULi2), LIDe-zhong1), YANGJing-hua1) 1)KeyLaboratoryoftheMinistryofEducationofChinaforHigh-EfficientMiningandSafetyofMetalMines, UniversityofScienceandTechnologyBei￾jing, Beijing100083, China 2)ChinaElectricPowerResearchInstitute, Beijing102401, China ABSTRACT MiyunironoretailingsinBeijingwereactivatedbyamechanochemicalmethod.Theinfluenceofmechanochemical effectontheactivationoftheironoretailingswasanalyzedbymeansofgrainsizeanalysis, X-raydiffraction(XRD), scanningelec￾tronmicroscope(SEM)andinfraredradiation(IR)technologies.Theironoretailingsasrawmaterialswereusedtoproducehigh￾strengthconstructionmaterials.Itisshownthatthecompressivestrengthoftheproducedconstructionmaterialsinwhichtheoverall contentoftheironoretailingsis70% canreachupto89MPa. KEYWORDS ironoretailing;mechanochemistry;reactionactivation;constructionmaterials 收稿日期:2009--06--01 基金项目:国家科技支撑计划资助项目(No.2006BAC21B03) 作者简介:郑永超(1978— ), 男, 博士研究生;倪 文(1961— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:niwen@ces.ustb.edu.cn 随着中国钢铁工业的发展和选矿技术水平的提 高 ,铁尾矿的产出量逐年增加.据测算, 我国矿山铁 矿尾矿累计堆存量达 26 亿多吨 [ 1] .尾矿堆存占用 大量土地,对大气 、水和土壤造成严重污染 , 对矿区 和周边生态环境造成威胁 .随着矿产资源日趋减 少 ,尾矿作为二次资源受到越来越多的重视 [ 2] .目 前 ,我国尾矿利用的途径主要是从尾矿中回收有价 金属与非金属元素、尾矿制作建筑材料、磁化尾矿作 土壤改良剂以及尾矿整体利用回填采空区等几个方 面 .在尾矿制作建筑材料方面的研究 ,谢朝学等 [ 3] 用掺量达 30% ～ 40%的铁尾矿制备混凝土小型空 心砌块 ,张锦瑞等 [ 4]用占原料配比 50%以上的铁尾 矿制备符合要求的蒸压砖 , 陈家珑等 [ 5] 用尾矿砂代 替部分天然砂配制了 28 d强度达到 63.4 MPa的商 品混凝土等.但是, 目前铁尾矿利用还存在着综合 利用率低、高附加值产品少和缺乏市场竞争力等 问题 [ 6] . 铁尾矿活性一般较低, 要作为胶凝材料大掺量 使用 ,必须先对其进行活化.机械力化学效应 [ 7--8] 可 使物料反应活化能降低 .机械力不仅使颗粒粒度缩 小、比表面积增大, 且随着大量新表面的产生, 表面 自由能增加, 反应活性随之增强 .本文以北京密云 巨各庄铁矿尾矿为对象, 研究了机械力化学效应对 铁尾矿反应活性的影响, 并制备出了以尾矿为主要 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.04.016

第4期 郑永超等：铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 ·505 原料的高强结构材料 透辉石、角闪石，含少量绿泥石和云母，性质比较稳 1实验 定.化学成分以S门为主，主要以非活性硅的石英 形式存在，属高硅型铁尾矿.铁尾矿中含有FO、 1.1铁矿尾矿的性质 FO等铁相矿物，多以磁铁矿形式存在.少量其他 北京地区铁矿以产于古老变质岩中的沉积变质 金属多以稳定的氧化物形式存在.表1为北京密 型铁矿为主，铁尾矿矿物组成主要为石英、斜长石、 云巨各庄铁矿尾矿主要化学成分. 表1铁尾矿主要成分（质量分数） Table1 Comnposition of ion ore tailings % S02 A40 TFeO M80 CaO KO NaO B20 烧失量 69.52 7.44 813 3.72 414 1.97 1.38 025 0.012 251 1.2实验方法 磨性不同，且石英的硬度较高，造成粉磨后物料不呈 使用0.08mm方孔筛对铁矿尾矿进行筛分， 正态分布.粉磨初期，主要以矿物的颗粒尺寸减小 十008m粒级尾矿作为骨料备用，将一0.08mn粒 为主，粉磨40m后颗粒尺寸迅速下降，在尾矿磨 级尾矿在5k球磨机中分别磨料40.80和120m口 矿80m后大部分颗粒粒度达15μm以下，亚微米 利用粒度分析、X射线衍射(XRD)扫描电子显微 级颗粒的量明显增多.此时，弱键被断裂后，进一步 镜(S丑M和红外光谱(R)分析机械力化学效应对 断裂较强的高能键的难度增大，因此粉磨效果减弱. 尾矿活性的影响，并检测尾矿作为水泥混合材的反 由图2(b)~(d山可以看出，尾矿颗粒在机械力 应活性.在此基础上，依据活性粉末混凝土10原 作用下，产生大量亚微米和纳米级尾矿颗粒，颗粒形 理，以铁尾矿为主要原料制备尾矿高强结构材料. 状不再像原尾矿那样呈不规则棱角状，颗粒表面趋 于球形，并有团聚体出现 2结果与讨论 2.2不同粉磨时间铁尾矿的XRD分析 2.1不同粉磨时间铁尾矿的粒度分布和SM 图3为密云铁尾矿RD谱图.密云铁尾矿的 分析 主要矿物成分为石英、斜长石、角闪石、绿泥石、透辉 图1为一0.08m粒级原尾矿和不同粉磨时间 石、云母和磁铁矿.由图4可以看出，随着粉磨时间 得到的尾矿粒度分布图，图2为一0.08m粒级原 的增长，尾矿的各矿物衍射峰值越来越低.该现象 尾矿和不同粉磨时间的SM照片. 表明：矿物颗粒在机械力化学作用下，发生晶格畸 16 一原矿 变，原子间距发生变化.晶格畸变使晶格能量增加， 14 ◆40min 晶格常数发生变化，致使矿物产生无序结构.矿物 ±80min -120 min 晶体结构变化影响矿物的X射线衍射峰强度，随着 10 晶体有序结构的破坏，X射线衍射峰强度降低，表明 8 矿物的无定形程度加深. 2.3不同粉磨时间铁尾矿R分析 图5中为一0.08m粒级铁尾矿，图6为粉磨 不同时间铁尾矿R谱图. 在图5中1080~1250mT为石英吸收谱带的 1 10 10 10 粒度加m 最强吸收区，属S:O非对称伸缩振动，由一强带 图1不同粉磨时间尾矿的粒度分布 (1080-1100r1)和一弱带(1160~1250r1) Fg 1 Grain size distrbution of the irn ore tailings ground prdiffer 组成，吸收带宽而强.800~600m有两个中等强 ent periads of tme 度的窄带，属S:GS对称伸缩振动.800ar'附 近的中等强度吸收带是石英族矿物的特征峰. 由图1可以看出，一0.08m粒级原尾矿中有 600~300amr1属S+O弯曲振动，460amr1附近为 部分>0.08mm尾矿，这是因为尾矿中有部分颗粒 吸收谱的第2个强吸收带.从图5、图6的R谱图 长度大于0.08mm的棒状尾矿颗粒进入筛下 分析可以看出，在粉磨初期，主要是石英颗粒尺寸变 (图2()).尾矿成分复杂，各种矿物成分硬度、耐 化微纳米粒级颗粒增加.此时，红外光谱的变化可

第 4期 郑永超等:铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 原料的高强结构材料 . 1 实验 1.1 铁矿尾矿的性质 北京地区铁矿以产于古老变质岩中的沉积变质 型铁矿为主 ,铁尾矿矿物组成主要为石英 、斜长石 、 透辉石、角闪石 ,含少量绿泥石和云母 ,性质比较稳 定.化学成分以 SiO2 为主, 主要以非活性硅的石英 形式存在, 属高硅型铁尾矿.铁尾矿中含有 Fe2 O3 、 FeO等铁相矿物 ,多以磁铁矿形式存在.少量其他 金属多以稳定的氧化物形式存在 [ 9] .表 1为北京密 云巨各庄铁矿尾矿主要化学成分 . 表 1 铁尾矿主要成分(质量分数) Table1 Compositionofironoretailings % SiO2 Al2O3 TFe2O3 MgO CaO K2 O Na2O P2O5 S 烧失量 69.52 7.44 8.13 3.72 4.14 1.97 1.38 0.25 0.012 2.51 1.2 实验方法 使用 0.08 mm方孔筛对铁矿尾矿进行筛分 , +0.08 mm粒级尾矿作为骨料备用 ,将 -0.08 mm粒 级尾矿在 5 kg球磨机中分别磨料 40、80和 120 min. 利用粒度分析、X射线衍射 (XRD)、扫描电子显微 镜 (SEM)和红外光谱 (IR)分析机械力化学效应对 尾矿活性的影响 ,并检测尾矿作为水泥混合材的反 应活性.在此基础上 , 依据活性粉末混凝土 [ 10] 原 理 ,以铁尾矿为主要原料制备尾矿高强结构材料. 2 结果与讨论 2.1 不同粉磨时间铁尾矿的粒度分布和 SEM 分析 图 1为 -0.08mm粒级原尾矿和不同粉磨时间 得到的尾矿粒度分布图 , 图 2为 -0.08 mm粒级原 尾矿和不同粉磨时间的 SEM照片. 图 1 不同粉磨时间尾矿的粒度分布 Fig.1 Grainsizedistributionoftheironoretailingsgroundfordiffer￾entperiodsoftime 由图 1可以看出 , -0.08 mm粒级原尾矿中有 部分 >0.08 mm尾矿 , 这是因为尾矿中有部分颗粒 长度大 于 0.08 mm的 棒状尾 矿颗 粒进 入筛下 (图 2(a)).尾矿成分复杂, 各种矿物成分硬度、耐 磨性不同 ,且石英的硬度较高 ,造成粉磨后物料不呈 正态分布 .粉磨初期, 主要以矿物的颗粒尺寸减小 为主 ,粉磨 40 min后颗粒尺寸迅速下降 , 在尾矿磨 矿 80 min后大部分颗粒粒度达 15 μm以下, 亚微米 级颗粒的量明显增多.此时 ,弱键被断裂后, 进一步 断裂较强的高能键的难度增大,因此粉磨效果减弱. 由图 2(b)～ (d)可以看出 ,尾矿颗粒在机械力 作用下,产生大量亚微米和纳米级尾矿颗粒 ,颗粒形 状不再像原尾矿那样呈不规则棱角状 ,颗粒表面趋 于球形,并有团聚体出现 . 2.2 不同粉磨时间铁尾矿的 XRD分析 图 3为密云铁尾矿 XRD谱图.密云铁尾矿的 主要矿物成分为石英、斜长石 、角闪石、绿泥石、透辉 石、云母和磁铁矿 .由图 4可以看出 ,随着粉磨时间 的增长,尾矿的各矿物衍射峰值越来越低 .该现象 表明 :矿物颗粒在机械力化学作用下, 发生晶格畸 变, 原子间距发生变化.晶格畸变使晶格能量增加, 晶格常数发生变化 ,致使矿物产生无序结构 .矿物 晶体结构变化影响矿物的 X射线衍射峰强度, 随着 晶体有序结构的破坏, X射线衍射峰强度降低 ,表明 矿物的无定形程度加深 . 2.3 不同粉磨时间铁尾矿 IR分析 图 5中为 -0.08 mm粒级铁尾矿 , 图 6 为粉磨 不同时间铁尾矿 IR谱图 . 在图 5中 1 080 ～ 1 250 cm -1为石英吸收谱带的 最强吸收区 , 属 Si— O非对称伸缩振动, 由一强带 (1 080 ～ 1 100 cm -1 )和一弱带 (1 160 ～ 1 250 cm -1 ) 组成 ,吸收带宽而强.800 ～ 600 cm -1有两个中等强 度的窄带 ,属 Si— O— Si对称伸缩振动 .800 cm -1附 近的中等强度吸收带是石英族矿物的特征峰. 600 ～ 300 cm -1属 Si— O弯曲振动 , 460 cm -1附近为 吸收谱的第 2个强吸收带.从图 5、图 6的 IR谱图 分析可以看出 ,在粉磨初期, 主要是石英颗粒尺寸变 化,微纳米粒级颗粒增加 .此时 ,红外光谱的变化可 · 505·

。506 北京科技大学学报 第32卷 图2不同粉磨时间尾矿的SBM像.（原矿：(b)40m日(980m卑（山120mn Fg 2 SEM mages of the ion ore tailingsgound prdifferent perpdsof tie (a)orginal sp (b)40mn (c)80m (d)120min 有序结构可能有所改变由此导致晶体对红外线吸 ★石英 收的变化”.随着粉磨时间的延长，石英红外光谱 △斜长石 ?角闪石 的一个强带出现简并现象并扩宽，中等谱带开始分 ◇透辉石 ★云母 裂尖锐化，二强带也出现分裂现象.S:O化学键的 滋绿泥石 断裂与重组、颗粒细化是导致石英红外光谱简并扩 。磁铁矿 宽或分裂尖锐的根本原因以， 40 30 40 506070 30 28r 25 图3铁尾矿XRD谱图 2 Fg3 XRD pattem of the iron ore tail ings 15 79g695 原矿 11701090 464 2000 1500 1000 500 波数cm ★*★120min* 图5一008mm铁尾矿R谱图 80mn, Fg 5 R spec tum of the ion ore tailingsw ith a grade of-0 08mm 40 min 流。。原矿入 2.4不同粉磨时间铁尾矿用作水泥混合材料的活 10 20 3040 506070 性实验 26 参照《GB/①2957-2005用作水泥混合材料的 图4不同粉磨时间铁尾矿XRD谱图 工业废渣活性试验方法》依据《GB/T7671一1999 F4 XRD pattems of the iron ore tailings gound fr differnt tme perods 水泥胶砂强度检验方法》（法制备胶砂试块，测 试胶砂试块28抗压强度，检测不同粉磨时间铁尾 能是由于晶粒尺寸减小到纳米级，原有非纳米常规 矿反应活性 晶体满足的周期性边界条件遭到破坏，晶体的长程 实验配料方案如表2所示.表2中，T为对比水

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 不同粉磨时间尾矿的 SEM像.(a)原矿;(b)40min;(c)80min;(d)120min Fig.2 SEMimagesoftheironoretailingsgroundfordifferentperiodsoftime:(a)originalstate;(b)40min;(c)80min;(d)120min 图 3 铁尾矿 XRD谱图 Fig.3 XRDpatternoftheironoretailings 图 4 不同粉磨时间铁尾矿 XRD谱图 Fig.4 XRDpatternsoftheironoretailingsgroundfordifferenttime periods 能是由于晶粒尺寸减小到纳米级, 原有非纳米常规 晶体满足的周期性边界条件遭到破坏, 晶体的长程 有序结构可能有所改变, 由此导致晶体对红外线吸 收的变化 [ 11] .随着粉磨时间的延长, 石英红外光谱 的一个强带出现简并现象并扩宽 , 中等谱带开始分 裂尖锐化 ,二强带也出现分裂现象 .Si— O化学键的 断裂与重组、颗粒细化是导致石英红外光谱简并扩 宽或分裂尖锐的根本原因 [ 12] . 图 5 -0.08mm铁尾矿 IR谱图 Fig.5 IRspectrumoftheironoretailingswithagradeof-0.08mm 2.4 不同粉磨时间铁尾矿用作水泥混合材料的活 性实验 参照 《GB/T12957— 2005用作水泥混合材料的 工业废渣活性试验方法 》, 依据 《GB/T17671— 1999 水泥胶砂强度检验方法 》(ISO法 )制备胶砂试块 ,测 试胶砂试块 28 d抗压强度, 检测不同粉磨时间铁尾 矿反应活性. 实验配料方案如表 2所示 .表 2中 , T为对比水 · 506·

第4期 郑永超等：铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 ·507° 料制备高强结构材料.实验方法如下：将一0.08mm 铁尾矿粉磨100m识高炉水淬矿渣、熟料和热电厂 40 mir 脱硫石膏单独粉磨60m即按照粉磨尾矿矿渣熟 料脱硫石膏=402626的比例进行混合，使用 80 min 十0.08粒级铁尾矿作为骨料，按照胶凝材料骨 120 mir 料=1的比例混合，加入为总质量1.2%的UNF-5 64 高效减水剂，按照027水胶比搅拌后，在尺寸为 1090 2000 1500 1000 500 30mmX30mn50的模具中进行浇注振动成 波数em 型.成型后的试件在20士1℃，不低于90%的相对 图6不同粉磨时间铁尾矿R谱图 湿度条件下养护24后拆模再将试件在90℃的饱 Fg 6 IR spectra of the ion ore tailings ground for different perods 和蒸汽中养护，分别测试试件的3.7和28坑压强 of tme 度，实验结果如表4所示 泥试样，0为掺入一0.08mm粒级原尾矿试样， 表4高强结构材料抗压强度 T~3分别为掺入粉磨40.80和120m尾矿 Table 4 Conpressive strength ofh stengh constuction ma terials 试样. 龄期/d 7 28 表2混合胶凝材料配合比 抗压强度MPa 73.9 806 89.3 Table 2 Poponion ing ofm xed cemn entitious ma terials 样品 水泥掺 尾矿掺 石膏掺 活性粉末是活性粉末混凝士土(R℃的基本组成 水灰比 编号 配比% 配比% 配比% 部分.一般将含有大量无定形态SO和AQ并具 2 100 05 有火山灰活性的粉末状物质称为活性粉末.通常使 To 67.5 30 25 05 用的硅粉提高了RC的生产成本.通过粉磨后的 ① 67.5 30 25 05 尾矿，反应活性大为提高，将廉价的尾矿磨细代替硅 2 67.5 30 25 05 灰、粗粒尾矿代替河砂作为骨料可以起到降低成本、 0 67.5 30 25 05 保护环境的作用！.本实验所制备的尾矿高强结 构材料，尾矿总体使用量达到70%，28抗压强度 实验采用北京琉璃河水泥厂生产的金隅 达到89MP?该技术在进一步优化后可望制备出成 PQ425水泥，石膏使用天然二水石膏.实验结果 本低廉、强度更高的预制构件. 如表3所示. 3结论 表3尾矿作为水泥活性掺合料实验结果 Tabe3 Expermental results of the iron ore tailngs as om ent active (1)机械力化学作用可以改善尾矿活性.粉磨 admixure 初期，主要以矿物颗粒尺寸减小为主，随着粉磨时间 样品编号 8抗压强度MPa R% 的延长，尾矿中各矿物的晶格畸变程度加深，表面能 T 522 一 迅速增加，矿物由晶态向非晶态转化. To 285 546 (2)粉磨80m后，铁尾矿活性达到较高水平， T 369 70.7 可作为水泥活性混合材使用 2 440 843 (3)利用铁尾矿制备高强结构材料，尾矿总体 B 45.2 86.6 使用量达到70%，试块抗压强度达到89MP以上， 注：R为28坑压强度比 且大部分材料使用工业固体废弃物，固体废弃物总 根据R大小，将水泥混合材活性大致分为4 体掺量达到87%，为铁尾矿等二次资源的大宗高值 类：>90%、80%~90%、70%~80%和<709%.由 利用提供了新的思路 表3的实验结果可知，一008m粒级原尾矿不具 参考文献 有火山灰活性，而粉磨40m后尾矿活性依然较 [I]Policy set by National Deveppment and Refm Conm issimn p en 低，粉磨80m以后，尾矿活性达到较高水平. courge comprehensive util izaton of tailings China Mine Eng 2.5利用铁尾矿制备高强结构材料实验 200635(5)53 依据活性粉末混凝土原理，以铁尾矿为主要原 (国家发改委将制定政策鼓励尾矿综合利用.中国矿山工程

第 4期 郑永超等:铁尾矿的机械力化学活化及制备高强结构材料 图 6 不同粉磨时间铁尾矿 IR谱图 Fig.6 IRspectraoftheironoretailingsgroundfordifferentperiods oftime 泥试样, T0 为掺入 -0.08 mm粒级原尾矿试样 , T1 ～ T3 分别为掺入粉磨 40、 80 和 120 min尾矿 试样. 表 2 混合胶凝材料配合比 Table2 Proportioningofmixedcementitiousmaterials 样品 编号 水泥掺 配比 /% 尾矿掺 配比/% 石膏掺 配比 /% 水灰比 T 100 — — 0.5 T0 67.5 30 2.5 0.5 T1 67.5 30 2.5 0.5 T2 67.5 30 2.5 0.5 T3 67.5 30 2.5 0.5 实验采用 北京琉璃 河水泥厂生 产的金隅 P.O42.5水泥 ,石膏使用天然二水石膏.实验结果 如表 3所示 . 表 3 尾矿作为水泥活性掺合料实验结果 Table3 Experimentalresultsoftheironoretailingsascementactive admixture 样品编号 28d抗压强度 /MPa R28 /% T 52.2 — T0 28.5 54.6 T1 36.9 70.7 T2 44.0 84.3 T3 45.2 86.6 注:R28为 28d抗压强度比. 根据 R28大小 , 将水泥混合材活性大致分为 4 类 :>90%、80% ～ 90%、70% ～ 80%和 <70%.由 表 3 的实验结果可知, -0.08 mm粒级原尾矿不具 有火山灰活性, 而粉磨 40 min后尾矿活性依然较 低 ,粉磨 80 min以后 ,尾矿活性达到较高水平 . 2.5 利用铁尾矿制备高强结构材料实验 依据活性粉末混凝土原理, 以铁尾矿为主要原 料制备高强结构材料.实验方法如下:将 -0.08 mm 铁尾矿粉磨 100 min, 高炉水淬矿渣、熟料和热电厂 脱硫石膏单独粉磨 60 min, 按照粉磨尾矿 ∶矿渣 ∶熟 料∶脱硫石膏 =40∶26∶26∶8的比例进行混合 , 使用 +0.08 mm粒级铁尾矿作为骨料, 按照胶凝材料 ∶骨 料 =1∶1的比例混合, 加入为总质量 1.2%的 UNF--5 高效减水剂, 按照 0.27 水胶比搅拌后 , 在尺寸为 30 mm×30mm×50 mm的模具中进行浇注振动成 型.成型后的试件在 20 ±1 ℃、不低于 90%的相对 湿度条件下养护 24 h后拆模,再将试件在 90 ℃的饱 和蒸汽中养护 ,分别测试试件的 3、7和 28 d抗压强 度, 实验结果如表 4所示 . 表 4 高强结构材料抗压强度 Table4 Compressivestrengthofhigh-strengthconstructionmaterials 龄期 /d 3 7 28 抗压强度 /MPa 73.9 80.6 89.3 活性粉末是活性粉末混凝土 (RPC)的基本组成 部分 .一般将含有大量无定形态 SiO2 和 Al2 O3 并具 有火山灰活性的粉末状物质称为活性粉末 .通常使 用的硅粉提高了 RPC的生产成本.通过粉磨后的 尾矿 ,反应活性大为提高 ,将廉价的尾矿磨细代替硅 灰、粗粒尾矿代替河砂作为骨料可以起到降低成本、 保护环境的作用 [ 13] .本实验所制备的尾矿高强结 构材料, 尾矿总体使用量达到 70%, 28 d抗压强度 达到 89 MPa.该技术在进一步优化后可望制备出成 本低廉、强度更高的预制构件 . 3 结论 (1)机械力化学作用可以改善尾矿活性.粉磨 初期 ,主要以矿物颗粒尺寸减小为主,随着粉磨时间 的延长,尾矿中各矿物的晶格畸变程度加深 ,表面能 迅速增加 ,矿物由晶态向非晶态转化. (2)粉磨 80min后 ,铁尾矿活性达到较高水平, 可作为水泥活性混合材使用 . (3)利用铁尾矿制备高强结构材料 ,尾矿总体 使用量达到 70%,试块抗压强度达到 89 MPa以上, 且大部分材料使用工业固体废弃物 , 固体废弃物总 体掺量达到 87%,为铁尾矿等二次资源的大宗高值 利用提供了新的思路. 参 考 文 献 [ 1] PolicysetbyNationalDevelopmentandReformCommissiontoen￾couragecomprehensiveutilizationoftailings.ChinaMineEng, 2006, 35(5):53 (国家发改委将制定政策鼓励尾矿综合利用.中国矿山工程, · 507·

。508 北京科技大学学报 第32卷 200635(5,53) from superfie grindng Min Proces EquP 2005 33(10):6 [21 Zhang S Xue X Liu X et a]Cument sitation and comnpehen (秦景燕王传辉.超细粉碎中的机械力化学效应.矿山机械 sive utilization of ion ore tailing resources JMin Sci 2006 42 200533(10.6) (4:403 【习Ryau】mprovement on reactivit of cmentitous waste maras 【[3刭XieCX YunH Z Deve bpment of mall lolbw bbckwith ion bymechana chemical activa tion Mater Iett 2003 58 903 tailirgs ad slag JKurming UnivSci Technol SciTehnol 200 【身Tian J$YangR J WangH B Research utiliza tin of ion ore 34(3片21 tailings i cement and concrete industry in Beijing Archit Deoom (谢朝学，袁慧珍.用铁尾矿和炉渣研制小型空心砌块.昆明理 tion Cult Crea tion 2009(2)33 工大学学报：理工版.200934(3)：21) (田景松，杨荣俊.王海波北京地区铁尾矿砂在水泥混凝土中 [4 Zhang JB NiW JiQM Investigation on makng aupclaved 的资源化利用技术研究.建筑装饰材料世界.2009(2,33) tailing bricks fromn iron tailings in Tangshan District Met Mine [10 Richad P Cheyrezy M Campositin of reactive powder cn 2007(3):85 crete Cem Concr Re 1995 25(7):1501 张锦瑞，倪文，贾清梅.唐山地区铁尾矿制取蒸压尾矿砖的研 11]LiLJ Sun F J Sudy on infmred spectm of ac icu ar nanoparti 究.金属矿山，2007(3：85) cles of cak im carbonate povder J Norheast Uni Nat Sci [5]Chen JL Song SM LuH B Research an applications of com. 200627(4):462 mercial concre te prepared with mil ings Archit Technol 2004 35 (李莉娟，孙风久.针状纳米C门的红外光谱分析.东北大 (1:42 学学报：自然科学版200627(4)462) 陈家珑宋少民路宏波.尾矿配制商品混凝土的应用研究。 [12 Hao B H Sudies on mechanochemistry of powdered silica grin 建筑技术200435(1)：42) ded n differentways Non MetMings 2002 25(2)16 [6 Leil ZhauX L.LiJy et al Stauus quo and panderng on om (郝保红.粉石英在不同超细粉磨条件下的机械力化学效应 Prehensive utilization ofm ine tailings esources n Chna Express 研究.非金属矿，200225(2,16) hfMn Ind 2008(9):5 13]WargZ Y Chen SL Yuan J Advance of research and applica (雷力，周兴龙李家毓，等.我国矿山尾矿资源综合利用现状 tion on reactive powder concrete Concrete 2003(11):39 与思考.矿业快报.2008(9片5) (王震宇，陈松来袁杰.活性粉末混凝土的研究与应用进展 [7]Q J Wang CH Chemn ical effect ofmechanical oe brught 混凝土，2003(11).39)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 2006, 35(5):53) [ 2] ZhangS, XueX, LiuX, etal.Currentsituationandcomprehen￾siveutilizationofironoretailingresources.JMinSci, 2006, 42 (4):403 [ 3] XieCX, YuanHZ.Developmentofsmallhollowblockwithiron tailingsandslag.JKunmingUnivSciTechnolSciTechnol, 2009, 34(3):21 (谢朝学, 袁慧珍.用铁尾矿和炉渣研制小型空心砌块.昆明理 工大学学报:理工版, 2009, 34(3):21) [ 4] ZhangJR, NiW, JiaQM.Investigationonmakingautoclaved tailingbricksfromirontailingsinTangshanDistrict.MetMine, 2007(3):85 (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.金属矿山, 2007(3):85) [ 5] ChenJL, SongSM, LuHB.Researchonapplicationsofcom￾mercialconcretepreparedwithtailings.ArchitTechnol, 2004, 35 (1):42 (陈家珑, 宋少民, 路宏波.尾矿配制商品混凝土的应用研究. 建筑技术, 2004, 35(1):42) [ 6] LeiL, ZhouXL, LiJY, etal.Statusquoandponderingoncom￾prehensiveutilizationofminetailingsresourcesinChina.Express InfMinInd, 2008(9):5 (雷力, 周兴龙, 李家毓, 等.我国矿山尾矿资源综合利用现状 与思考.矿业快报, 2008(9):5) [ 7] QinJY, WangCH.Chemicaleffectofmechanicalforcebrought fromsuperfinegrinding.MinProcessEquip, 2005, 33(10):6 (秦景燕, 王传辉.超细粉碎中的机械力化学效应.矿山机械, 2005, 33(10):6) [ 8] RyouJ.Improvementonreactivityofcementitiouswastematerials bymechano-chemicalactivation.MaterLett, 2003, 58:903 [ 9] TianJS, YangRJ, WangHB.Researchutilizationofironore tailingsincementandconcreteindustryinBeijing.ArchitDecora￾tionCultCreation, 2009(2):33 (田景松, 杨荣俊, 王海波.北京地区铁尾矿砂在水泥混凝土中 的资源化利用技术研究.建筑装饰材料世界, 2009(2):33) [ 10] RichardP, CheyrezyM.Compositionofreactivepowdercon￾crete.CemConcrRes, 1995, 25(7):1501 [ 11] LiLJ, SunFJ.Studyoninfraredspectraofacicularnanoparti￾clesofcalciumcarbonatepowder.JNortheastUnivNatSci, 2006, 27(4):462 (李莉娟, 孙凤久.针状纳米 CaCO3 的红外光谱分析.东北大 学学报:自然科学版, 2006, 27(4):462) [ 12] HaoBH.Studiesonmechanochemistryofpowderedsilicagrin￾dedindifferentways.NonMetMines, 2002, 25(2):16 (郝保红.粉石英在不同超细粉磨条件下的机械力化学效应 研究.非金属矿, 2002, 25(2):16) [ 13] WangZY, ChenSL, YuanJ.Advanceofresearchandapplica￾tiononreactivepowderconcrete.Concrete, 2003(11):39 (王震宇, 陈松来, 袁杰.活性粉末混凝土的研究与应用进展. 混凝土, 2003(11):39) · 508·