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铁尾矿陶粒制备工艺及混凝土性能研究

李涵  
【摘要】:矿产资源是一种不可再生资源,随着矿产资源的日益枯竭,作为铁矿资源开采的伴生产物——铁尾矿,已经成为我国目前堆存量最大的固体废弃物。如何将铁尾矿变废为宝,实现二次利用,成为当今节能减排的研究热点。本文以陕南地区特有的中硅铁尾矿为原材料,成功制备出满足国标要求的铁尾矿陶粒。通过微观分析,掌握了铁尾矿陶粒的烧成机理,并在回转窑内进行工业化生产。同时对铁尾矿陶粒混凝土的各项性能进行研究分析,主要内容及成果如下:(1)对铁尾矿的化学成分进行了详细的分析,发现铁尾矿中存在大量的SiO_2和Al_2O_3,基本满足制备陶粒基础化学成分,通过矿物组成以及差热分析,掌握了铁尾矿的基本特性。在此基础上,选取膨润土、铝矾土作为辅助原料,通过大量试验,验证了铁尾矿制备陶粒的可能性,并对铁尾矿陶粒制备流程进行了研究分析。(2)对原材料的可塑性进行分析,发现在含水率为25%~30%时,铁尾矿陶粒的成球性能最好,且具有较高的早期强度。通过大量配比试验,确定铁尾矿陶粒最佳原材料配比为:铁尾矿:膨润土:铝矾土=7:2:1,煤粉外掺总质量的10%。通过正交试验,确定铁尾矿陶粒实验室最佳烧成制度为:预热温度为350℃,预热时间为30min,焙烧温度为1160℃,焙烧时间为10min,自然冷却。在上述配比和烧成制度上制备出的铁尾矿陶粒,其基本性能检测结果为:堆积密度为820kg/m~3,表观密度为1855kg/m~3,吸水率为5.63%,筒压强度为7.91MPa。各项性质指标均能满足GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》对900级陶粒的要求。(3)对铁尾矿陶粒的烧成机理分析,物相分析结果表明,成品陶粒主要矿物组成为由石英、长石以及莫来石等,对陶粒的强度均有较大贡献。同时由于铁尾矿中Fe_2O_3含量较高,在制备陶粒时,不仅可以降低陶粒的烧结温度,而且可以被C还原充当发气成分,减小陶粒密度。微观分析中,可以明显看到强度较高的陶粒内部出现的液相较多,生成的液相填充在陶粒内部的颗粒之间时,使陶粒结构相对致密。(4)通过工业回转窑进行了陶粒的大批量工业化试验研究,发现工业试验和实验室试验处在一定程度的差异。由于二者的加热方式不同,工业试验中所需要的温度比实验室低100℃左右。其制备的陶粒基本性能测试结果为:堆积密度860kg/m~3,表观密度1970kg/m~3,吸水率为3.94%,筒压强度5.59MPa,略低于实验室制备结果,但也能满足国标要求。(5)采用工业回转窑所制备的陶粒进行铁尾矿陶粒混凝土的试配,通过对铁尾矿陶粒配合比的是设计与试配,发现筒压强度5.59MPa的陶粒可以配置LC15~LC30四种强度等级的陶粒混凝土,且混凝土表观密度均在1950kg/m~3以下。通过铁尾矿陶粒混凝基本性能测试,其基本性能满足工程实际的需求。


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