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·