王雪等：钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的固化机理 ·1185· 由于A10。八面体的存在26-，4，这是费里德尔盐的 石及其他水合物等，这些物质在养护过程中不断生 指示特征峰.纯费里德尔盐的A-OH弯曲振动发 长，并且相互穿插和包裹，使得体系结构更加致密， 生在425、534和791cm'.轻微的变化可能证明了 孔隙率更低，从而促进试块强度的持续增长 AIO,八面体与环境之间的振动能量发生了改变.这 (4)在体系中出现很多的类质同象代替现象， 意味着Fe进入了费里德尔盐，并替代了AL,导致微 尤其是微观结构呈层状的水铝钙石和水滑石中， 观周围的晶体结构发生变化，或者氯离子被其他离 Ca2+、Mg2+、Fe2+,Fe3+、A3+和Si+都可以相互取代 子如碳酸根离子和羟基离子所取代 位置而使得OHˉ和Cˉ参与其中，起到固定体系中 杂质离子的作用，对充填料的稳定性有利. 不同龄期 -3d (5)同步热分析和红外分析的结果进一步论证 7d 了水铝钙石以及C-S-H凝胶等水化产物的生成. 28d -60d (6)试验初步证明增加钢渣细度和提高养护温 度均可促进反应速率的增加，在一定程度上为提高 试块早期强度提供参考 在后续的研究中，研究重点将集中在提升充填 料的早期强度.分为两个方面：第一，以钢渣作为钾 盐矿充填料单一胶结剂时提升钢渣活性的方法，并 40003500 1500 1000 500 与其他胶结剂进行系统而全面的对比：第二，将钢渣 波数lem-l 与其他活性高的胶结剂混合作为复合胶结剂时充填 图12B2水化产物的红外分析 料的性能和反应机理. Fig.12 FIRT spectrum of hydration products of B2 sample at differ- ent aging times 特别指出，1433cm-1处和875cm-1处分别表示 参考文献 C0}ˉ的不对称伸缩振动带和弯曲振动带，在所有的 [1]Fall M,Benzaazoua M.Modeling the effect of sulphate on strength 样品中都出现CO?~的振动带是样品制备和烘干过 development of paste backfill and binder mixture optimization. 程中的碳化反应所致 Cem Concr Res,2005,35(2):301 [2]Fall M,Pokharel M.Coupled effects of sulphate and temperature 3结论 on the strength development of cemented tailings backfills:port- land cement-paste backfill.Cem Concr Compos,2010,32(10): 探索了钢渣作为胶结剂在钾盐矿充填料中的水 819 化性能，从充填料的流动性能和强度性能两方面分 [3]Ghirian A,Fall M.Coupled thermo-hydro-mechanical-chemical 析了钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的优点和不足以 behaviour of cemented paste backfill in column experiments.Part 及可行性，重点探索了钢渣在钾盐矿充填料中的水 I:physical,hydraulic and thermal processes and characteristics. Eng Geol,2013,164:195 化机理，并初步探索了钢渣细度、料浆中固相质量分 [4] Tariq A,Yanful E K.A review of binders used in cemented paste 数以及养护条件对充填料性能的影响.结果如下： tailings for underground and surface disposal practices.Enriron (1)钢渣作为胶结剂所得的充填料料浆的流动 Manage,2013,131:138 度在8h以内都可以维持在200mm以上，而且所得 [5] Pang B.Cheng K.Wang Y K.Development status and prospects 料浆不分层、不泌水，这对现场的远距离输送非常有 of cement filling in mines.Mod Min,2015,31(11):28 利，试块的长期强度也满足要求.该结果表明钢渣 (庞博，程坤，王玉凯.矿山胶结充填发展现状及展望.现代 矿业，2015,31(11)：28) 微粉具有作为钾盐地下采矿充填料胶结剂的潜力. [6]Liu J.Analysis on China's demand-supply status and world poten- (2)对净浆试块的X射线衍射分析结果表明， tials of potash resource.China Min Mag,2011,20(Suppl):24 反应初期钢渣中的Ca(OH)2和游离氧化钙与尾液 (刘佳.我国钾盐资源供需态势与国内外供矿前景分析.中国 中的MgCL,发生水化反应生成了氯氧镁水泥硬化体 矿业，2011,20（增刊）：24) 的主品相群，如3-1-8相和9-1-5相，这为试块早 [7]Liu X L,Wu G P.Discussion on application of filling mining 期强度的增长起到主要的作用. technology in well potash mining.Min Technol,2013,13(3):I (刘小力，吴国平.充填采矿技术在井采钾盐矿应用的探讨 (3)短期内在体系中形成了一定量的C-S-H 采矿技术，2013,13(3)：1) 凝胶和水铝钙石(Ca4AL,0,CL2·10H,0)以及类水滑 [8]Zhu M S.General idea of the scale of exploiting Laos potash re王 雪等: 钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的固化机理 由于 AlO6八面体的存在[26鄄鄄28,34] ,这是费里德尔盐的 指示特征峰. 纯费里德尔盐的 Al鄄鄄 OH 弯曲振动发 生在 425、534 和 791 cm - 1 . 轻微的变化可能证明了 AlO6八面体与环境之间的振动能量发生了改变. 这 意味着 Fe 进入了费里德尔盐,并替代了 Al,导致微 观周围的晶体结构发生变化,或者氯离子被其他离 子如碳酸根离子和羟基离子所取代. 图 12 B2 水化产物的红外分析 Fig. 12 FIRT spectrum of hydration products of B2 sample at differ鄄 ent aging times 特别指出,1433 cm - 1处和 875 cm - 1处分别表示 CO 2 - 3 的不对称伸缩振动带和弯曲振动带,在所有的 样品中都出现 CO 2 - 3 的振动带是样品制备和烘干过 程中的碳化反应所致. 3 结论 探索了钢渣作为胶结剂在钾盐矿充填料中的水 化性能,从充填料的流动性能和强度性能两方面分 析了钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的优点和不足以 及可行性,重点探索了钢渣在钾盐矿充填料中的水 化机理,并初步探索了钢渣细度、料浆中固相质量分 数以及养护条件对充填料性能的影响. 结果如下: (1)钢渣作为胶结剂所得的充填料料浆的流动 度在 8 h 以内都可以维持在 200 mm 以上,而且所得 料浆不分层、不泌水,这对现场的远距离输送非常有 利,试块的长期强度也满足要求. 该结果表明钢渣 微粉具有作为钾盐地下采矿充填料胶结剂的潜力. (2)对净浆试块的 X 射线衍射分析结果表明, 反应初期钢渣中的 Ca(OH)2和游离氧化钙与尾液 中的 MgCl 2发生水化反应生成了氯氧镁水泥硬化体 的主晶相群,如 3鄄鄄1鄄鄄8 相和 9鄄鄄1鄄鄄5 相,这为试块早 期强度的增长起到主要的作用. (3) 短期内在体系中形成了一定量的 C鄄鄄 S鄄鄄 H 凝胶和水铝钙石(Ca4Al 2O6Cl 2·10H2O)以及类水滑 石及其他水合物等,这些物质在养护过程中不断生 长,并且相互穿插和包裹,使得体系结构更加致密, 孔隙率更低,从而促进试块强度的持续增长. (4)在体系中出现很多的类质同象代替现象, 尤其是微观结构呈层状的水铝钙石和水滑石中, Ca 2 + 、Mg 2 + 、Fe 2 + ,Fe 3 + 、Al 3 + 和 Si 4 + 都可以相互取代 位置而使得 OH - 和 Cl - 参与其中,起到固定体系中 杂质离子的作用,对充填料的稳定性有利. (5)同步热分析和红外分析的结果进一步论证 了水铝钙石以及 C鄄鄄 S鄄鄄H 凝胶等水化产物的生成. (6)试验初步证明增加钢渣细度和提高养护温 度均可促进反应速率的增加,在一定程度上为提高 试块早期强度提供参考. 在后续的研究中,研究重点将集中在提升充填 料的早期强度. 分为两个方面:第一,以钢渣作为钾 盐矿充填料单一胶结剂时提升钢渣活性的方法,并 与其他胶结剂进行系统而全面的对比;第二,将钢渣 与其他活性高的胶结剂混合作为复合胶结剂时充填 料的性能和反应机理. 参 考 文 献 [1] Fall M, Benzaazoua M. Modeling the effect of sulphate on strength development of paste backfill and binder mixture optimization. Cem Concr Res, 2005, 35(2): 301 [2] Fall M, Pokharel M. Coupled effects of sulphate and temperature on the strength development of cemented tailings backfills: port鄄 land cement鄄paste backfill. Cem Concr Compos, 2010, 32(10): 819 [3] Ghirian A, Fall M. Coupled thermo鄄hydro鄄mechanical鄄chemical behaviour of cemented paste backfill in column experiments. Part I: physical, hydraulic and thermal processes and characteristics. Eng Geol, 2013, 164: 195 [4] Tariq A, Yanful E K. A review of binders used in cemented paste tailings for underground and surface disposal practices. J Environ Manage, 2013, 131: 138 [5] Pang B, Cheng K, Wang Y K. Development status and prospects of cement filling in mines. Mod Min, 2015, 31(11): 28 (庞博, 程坤, 王玉凯. 矿山胶结充填发展现状及展望. 现代 矿业, 2015, 31(11): 28) [6] Liu J. Analysis on China蒺s demand鄄supply status and world poten鄄 tials of potash resource. China Min Mag, 2011, 20(Suppl): 24 (刘佳. 我国钾盐资源供需态势与国内外供矿前景分析. 中国 矿业, 2011, 20(增刊): 24) [7] Liu X L, Wu G P. Discussion on application of filling mining technology in well potash mining. Min Technol, 2013, 13(3): 1 (刘小力, 吴国平. 充填采矿技术在井采钾盐矿应用的探讨. 采矿技术, 2013, 13(3): 1) [8] Zhu M S. General idea of the scale of exploiting Laos potash re鄄 ·1185·