銅尾礦改性制作膠結材料可行性的初探

張宏志++王逢時++艾力亞爾·艾力++王締++李晶晶++趙爽

摘 要：通過對銅尾礦的改性處理，令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料，通過正交試驗的分析方法得到如下結論：在本試驗中，600 ℃及420m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大；煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性，而比表面積只在一定范圍內的提高才有助于尾礦活化，超出該范圍將導致反協同作用。

關鍵詞：銅尾礦 活化 正交試驗

中圖分類號：TD926 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0075-02

礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產資源的不斷開采，尾礦排放量與日俱增。據不完全統計，我國現有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山，積存的尾礦已達40多億噸，而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜，即礦石中所含的有益或有害雜質多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多，所以選礦產生的尾礦多。僅就冶金工業而言，由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放，不僅占用土地，而且還污染環境，尾礦壩也險情常現。據400多個尾礦庫的統計，直接污染土地上百萬畝，間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發綜合利用尾礦，已成亟待解決的問題。現今銅尾礦的開發方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1]，仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

本研究采用生態型膠凝材料取代傳統的普通硅酸鹽水泥，用尾礦部分取代水泥膠結材料，同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究，提出了若干試驗方法。

1 原材料與試驗方法

本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業生產中排放廢棄物，原材料主要化學組成見表1。

試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥，ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

2 試驗方法

根據JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設計規程》確定砂漿配合比，采用基礎配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

3 試驗及數據分析

3.1 膠凝材料

將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右，通過調整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣，1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣，對于，其主要性能指標見表2

通過上表可以得到如下結論，雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料，但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥，導致了對應齡期的強度不足，因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

3.2 提高活性措施

通過研磨及相應的煅燒措施，嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要，故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施，引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題，其結果如表3中所示。

結論可歸納如下：通過提高煅燒溫度，β基本是呈增加的趨勢，可以認為該種活化措施可行，其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加，加劇了水化反應；通過研磨增加比表面積的結果是β呈先增后減的趨勢，因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性，但是比表面積過大時吸附大量的水分，反而抑制了水泥的水化反應，導致了反協同作用。

3.3 正交試驗

正交試驗法通過對試驗結果進行簡單的統計分析，可以更全面、系統地掌握試驗結果，做出正確判斷[4-5]。選取1#，其活化措施的影響程度由β1*β2來表征，具體如表4所示。

由表4可知，在本試驗中，600 ℃及420 m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大。

4 結語

本試驗通過調整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積，得到了600 ℃及420 m2/kg條件下，其對應的活性達到試驗中的最大值，但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結材料的潛力，但如何通過更多的手段誘發其活性仍是值得研究的課題。

參考文獻

[1] 曹素改，趙風清，于殿雨，等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用，2008（S1）：15-17.

[2] 陳瑜，周士瓊，龍廣成，等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報，l999，l7（4）：63-67.

[3] LI Geng-ying，ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research，2001，31（10）：1393-1402.

[4] 李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2008.

[5] 鄧代強，高永濤，吳順川，等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報（自然科學），2010，29（1）： 48-57.endprint

摘 要：通過對銅尾礦的改性處理，令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料，通過正交試驗的分析方法得到如下結論：在本試驗中，600 ℃及420m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大；煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性，而比表面積只在一定范圍內的提高才有助于尾礦活化，超出該范圍將導致反協同作用。

關鍵詞：銅尾礦 活化 正交試驗

中圖分類號：TD926 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0075-02

礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產資源的不斷開采，尾礦排放量與日俱增。據不完全統計，我國現有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山，積存的尾礦已達40多億噸，而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜，即礦石中所含的有益或有害雜質多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多，所以選礦產生的尾礦多。僅就冶金工業而言，由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放，不僅占用土地，而且還污染環境，尾礦壩也險情常現。據400多個尾礦庫的統計，直接污染土地上百萬畝，間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發綜合利用尾礦，已成亟待解決的問題。現今銅尾礦的開發方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1]，仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

本研究采用生態型膠凝材料取代傳統的普通硅酸鹽水泥，用尾礦部分取代水泥膠結材料，同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究，提出了若干試驗方法。

1 原材料與試驗方法

本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業生產中排放廢棄物，原材料主要化學組成見表1。

試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥，ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

2 試驗方法

根據JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設計規程》確定砂漿配合比，采用基礎配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

3 試驗及數據分析

3.1 膠凝材料

將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右，通過調整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣，1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣，對于，其主要性能指標見表2

通過上表可以得到如下結論，雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料，但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥，導致了對應齡期的強度不足，因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

3.2 提高活性措施

通過研磨及相應的煅燒措施，嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要，故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施，引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題，其結果如表3中所示。

結論可歸納如下：通過提高煅燒溫度，β基本是呈增加的趨勢，可以認為該種活化措施可行，其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加，加劇了水化反應；通過研磨增加比表面積的結果是β呈先增后減的趨勢，因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性，但是比表面積過大時吸附大量的水分，反而抑制了水泥的水化反應，導致了反協同作用。

3.3 正交試驗

正交試驗法通過對試驗結果進行簡單的統計分析，可以更全面、系統地掌握試驗結果，做出正確判斷[4-5]。選取1#，其活化措施的影響程度由β1*β2來表征，具體如表4所示。

由表4可知，在本試驗中，600 ℃及420 m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大。

4 結語

本試驗通過調整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積，得到了600 ℃及420 m2/kg條件下，其對應的活性達到試驗中的最大值，但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結材料的潛力，但如何通過更多的手段誘發其活性仍是值得研究的課題。

參考文獻

[1] 曹素改，趙風清，于殿雨，等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用，2008（S1）：15-17.

[2] 陳瑜，周士瓊，龍廣成，等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報，l999，l7（4）：63-67.

[3] LI Geng-ying，ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research，2001，31（10）：1393-1402.

[4] 李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2008.

[5] 鄧代強，高永濤，吳順川，等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報（自然科學），2010，29（1）： 48-57.endprint

摘 要：通過對銅尾礦的改性處理，令其替代部分的硅酸鹽水泥膠凝材料，通過正交試驗的分析方法得到如下結論：在本試驗中，600 ℃及420m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大；煅燒溫度的提高相應地提高了尾礦的活性，而比表面積只在一定范圍內的提高才有助于尾礦活化，超出該范圍將導致反協同作用。

關鍵詞：銅尾礦 活化 正交試驗

中圖分類號：TD926 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0075-02

礦山尾礦的處置一直是一個世界性的難題。隨著人類對礦產資源的不斷開采，尾礦排放量與日俱增。據不完全統計，我國現有800多個國營礦山和11萬多個集體所有制礦山，積存的尾礦已達40多億噸，而且每年還以1億多噸的速率增長。礦石的平均品位低、雜，即礦石中所含的有益或有害雜質多且礦石中各種礦物的嵌布粒度細。由于貧礦多，所以選礦產生的尾礦多。僅就冶金工業而言，由于礦山開采而排放的固體廢棄物已占我國冶金工業固體廢物的50%以上。礦山固體廢物的排放，不僅占用土地，而且還污染環境，尾礦壩也險情常現。據400多個尾礦庫的統計，直接污染土地上百萬畝，間接污染土地上千萬畝。所以進一步開發綜合利用尾礦，已成亟待解決的問題。現今銅尾礦的開發方式有代替粗、細骨料直接用于土木工程[1]，仿效粉煤灰[2]、礦渣粉[3]等替代部分水泥膠凝材料等。

本研究采用生態型膠凝材料取代傳統的普通硅酸鹽水泥，用尾礦部分取代水泥膠結材料，同時對如何提高銅尾礦的活性進行了可行性研究，提出了若干試驗方法。

1 原材料與試驗方法

本試驗用原材料銅尾礦為承德銅興礦業生產中排放廢棄物，原材料主要化學組成見表1。

試驗采用42.5普通硅酸鹽水泥，ISO標準砂等標準材料進行試樣制備。

2 試驗方法

根據JGJ/T98-2010《砌筑砂漿配合比設計規程》確定砂漿配合比，采用基礎配合比為膠凝材料∶ISO標準砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》制備標準的水泥膠砂40*40*160試樣并進行相應的受力試驗。

3 試驗及數據分析

3.1 膠凝材料

將銅尾礦磨細至與42.5O普通硅酸鹽水泥相同的細度350 m2/kg左右，通過調整銅尾礦所占總體膠凝材料的比例制備不同的試樣，1#、2#分別對應水泥中含有225 g、150 g銅尾礦的試樣，對于，其主要性能指標見表2

通過上表可以得到如下結論，雖然銅尾礦中存在著可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料，但其水化反映的程度遠遠弱于相應的硅酸鹽水泥，導致了對應齡期的強度不足，因此提高銅尾礦的活性使其水化程度增加就十分有必要了。

3.2 提高活性措施

通過研磨及相應的煅燒措施，嘗試提高銅尾礦中礦物的活性。由于水泥的各項指標中抗壓強度最為重要，故而此處僅通過抗壓強度的變化評價相應的活化措施，引入β為活化后強度與未活化強度比值以直觀說明問題，其結果如表3中所示。

結論可歸納如下：通過提高煅燒溫度，β基本是呈增加的趨勢，可以認為該種活化措施可行，其原因應該是溫度使得銅尾礦中的CaO及SiO2等礦物成分活性增加，加劇了水化反應；通過研磨增加比表面積的結果是β呈先增后減的趨勢，因為銅尾礦表面積初始增加時能夠提高對應礦物成分的活性，但是比表面積過大時吸附大量的水分，反而抑制了水泥的水化反應，導致了反協同作用。

3.3 正交試驗

正交試驗法通過對試驗結果進行簡單的統計分析，可以更全面、系統地掌握試驗結果，做出正確判斷[4-5]。選取1#，其活化措施的影響程度由β1*β2來表征，具體如表4所示。

由表4可知，在本試驗中，600 ℃及420 m2/kg的條件下，銅尾礦活性最大。

4 結語

本試驗通過調整銅尾礦煅燒溫度及相應比表面積，得到了600 ℃及420 m2/kg條件下，其對應的活性達到試驗中的最大值，但是該值同相應水泥的同齡期強度仍有較大差異。意味著雖然銅尾礦雖然擁有作為新型膠結材料的潛力，但如何通過更多的手段誘發其活性仍是值得研究的課題。

參考文獻

[1] 曹素改，趙風清，于殿雨，等.銅尾礦、粉煤灰制備干粉砂漿的研究[J]. 粉煤灰綜合利用，2008（S1）：15-17.

[2] 陳瑜，周士瓊，龍廣成，等.大摻量粉煤灰高性能混凝上的實驗研究[J].長沙鐵道學院學報，l999，l7（4）：63-67.

[3] LI Geng-ying，ZHAO xiao-hua.Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag[J].Cement and Concrete Research，2001，31（10）：1393-1402.

[4] 李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2008.

[5] 鄧代強，高永濤，吳順川，等.水泥分級尾砂充填材料正交試驗多元分析[J].山東科技大學學報（自然科學），2010，29（1）： 48-57.endprint