矿渣磷尾矿免烧砖的开发研究

论文摘要

磷尾矿是磷矿浮选精矿时排出的未能加以充分利用的固体废料。由于我国磷矿石原矿的品位不高,造成磷化工业每年产生大量的磷尾矿没有充分利用,一般呈细砂状形态自然堆积在尾矿库中。不仅耗费资金、占用土地而且还带来一系列环境问题、安全问题。把磷尾矿变废为宝是我国工业可持续发展的必然要求,也是建设和谐社会的长久之计。利用磷尾矿与钢渣、矿渣、磷石膏及石灰石生产新型的矿渣磷尾矿免烧砖,不仅可以缓解资源的压力,还可以减轻环境的污染,是大量消耗磷尾矿的有效的途径之一。本文通过广泛探索及大量实验,证实了实验室条件下用钢渣、矿渣、石灰石和磷石膏组成的胶凝材料与磷尾矿砂制备矿渣磷尾矿免烧砖是有效可行的。实验室条件下,选矿渣磷尾矿砂砖的胶砂比为3：7,含水量为9.5%。矿渣磷尾矿免烧砖中各胶凝材料原料的适宜配比范围为：钢渣粉1.6%-2.7%；石灰石粉2.7%-3.8%；矿渣粉14.1%-17.4%,磷石膏6.5%-7.6%。成型压强为20MPa较合适。同时还研究了不同比表面积的钢渣粉、石灰石粉和矿渣粉对砖强度的影响；根据不同的胶砂比实验结果,确定了本体系中合适的尾矿砂掺量。在成型制度方面重点研究了成型压力对尾矿砂砖抗压强度的影响。所研制出的尾矿砖抗压强度普遍可以达到20MPa以上。为了缩短生产周期,提高生产效率,本文还探讨了提高制品早期强度的两种方法：1)胶凝材料中钢渣、矿渣共同超细粉磨；2)采用低温蒸汽养护和标准养护相结合的养护制度。参照《混凝土实心砖》（GB／T21144-2007）和《非烧结垃圾尾矿砖》（JC／T422-2007）标准对矿渣磷尾矿免烧砖进行了全面性能测试,发现本矿渣磷尾矿免烧砖具有良好的抗冻性、抗软化和耐碱性能。通过XRD与SEM微观测试方法对钢渣、矿渣、石灰石、磷石膏所组成的胶凝体系的水化过程进行了对比分析,从而探讨了矿渣磷尾矿免烧砖的强度形成机理。本课题的突出创新性在于采用了钢渣、矿渣、石灰石、磷石膏这样一个新的凝胶体系来制备尾矿免烧砖,对开发能耗低、成本低、强度高的尾矿建材有一定的探索性意义,为尾矿的有效利用开拓了新的方向,具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 尾矿综合利用现状
• 1.3 我国尾矿在建材行业的利用
• 1.4 国内尾矿制免蒸免烧砖的研究现状及存在的问题
• 1.4.1 免烧砖的概念和分类
• 1.4.2 国内尾矿制免蒸免烧砖的研究现状
• 1.4.3 国内尾矿制免蒸免烧砖存在的问题
• 1.5 钢渣、矿渣、石灰石、磷石膏在免烧砖的应用现状
• 1.6 本课题研究的主要内容及意义
• 第2章 实验原材料及实验方案
• 2.1 实验原材料
• 2.1.1 钢渣
• 2.1.2 矿渣
• 2.1.3 石灰石
• 2.1.4 磷石膏
• 2.1.5 磷尾矿
• 2.1.6 水
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 半干法压制成型
• 2.2.2 试件制备
• 2.2.3 试件养护
• 2.2.3.1 养护条件对免烧砖强度的影响
• 2.2.3.2 养护类型
• 2.2.3.3 养护条件的确定
• 2.2.4 实验仪器
• 2.2.5 实验工艺流程
• 2.2.6 实验检测标准
• 2.2.7 水化机理及微观结构测试方法
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 成型工艺参数
• 3.1.1 水分
• 3.1.2 各组分的掺量实验
• 3.1.2.1 胶凝材料中各原料的合适掺量
• 3.1.2.2 胶砂比的影响
• 3.1.3 胶凝材料的比表面积的影响
• 3.1.3.1 钢渣比表面积的影响
• 3.1.3.2 矿渣粉比表面积的影响
• 3.1.3.3 石灰石比表面积的影响
• 3.1.4 颗粒级配的影响
• 3.2 成型制度实验
• 3.3 提高制品早期强度的实验
• 3.3.1 钢渣、矿渣共同粉磨的影响
• 3.3.2 蒸汽养护
• 3.3.2.1 恒温温度的确定
• 3.3.2.2 静停时间、升温速度和恒温温度
• 3.3.3 钢渣矿渣的不同粉磨方式和不同养护方式的对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 矿渣磷尾矿免烧砖的性能研究
• 4.1 密度等级和吸水率
• 4.2 干燥收缩率
• 4.3 相对含水率
• 4.4 抗冻性能
• 4.5 抗碳化性能
• 4.6 抗软化性能
• 4.7 耐碱性能
• 第5章 矿渣磷尾矿免烧砖的水化机理分析
• 5.1 胶凝材料的微观分析
• 5.1.1 钢渣、矿渣单独粉磨,标准养护至不同龄期的对比分析
• 5.1.2 钢渣、矿渣的不同粉磨工艺和不同养护条件的对比分析
• 5.1.2.1 蒸汽养护1天的对比分析
• 5.1.2.2 标准养护至7天的对比分析
• 5.1.3 胶凝材料的水化机理分析
• 5.2 矿渣磷尾矿免烧砖强度产生的机理
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术成果