铁尾矿对混凝土性能的影响.pdf

Vo L 3 O No 5 S e pL 2 01 1 冶金能源 ENERGY FOR METALLURGI CAL I NDI S 1 限 Y 41 铁尾 矿对 混凝土性能 的影响 郭玉香 ，2 孙加林 曲殿利2 王飞 ( 1 北京科技大学 ，2 辽宁科技大学 ，3 沈阳建筑大学) 摘要为实现铁尾矿的无害化大宗利用，研究了鞍t h e e铁尾矿的组成、结构和性能，探 讨了用铁尾矿替代河砂配制混凝土对其性能的影响。结果表明：通过掺人粉煤灰、矿渣粉、 硅灰等活性矿物掺合料和高效减水剂 ，可以弥补铁尾矿细度模数小的缺陷，生产出符合工程 需要 的混凝 土。 关键词铁尾矿混凝土性能 Effe c t o f i r o n r a i l i ng s o n p r o pe r t i e s o f c o nc r e t e G u o Y u x i a n g S u n J i a l i n Q u D i a n l i Wa n g F e i ( 1 U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， 2 Uni v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y Li a o ni n g， 3 S h e n y a n g J i a n z h u U n i v e rsi t y U r b a n C o n s t r u c ti o n C o l l e g e ) Ab s t r a c t T o r e a l i z e t h e u ti l i z a t i o n o f i r o n r a i l i n g s h a r ml e s s l y a n d a b u n d a n t l y， t h e c o mp o s i ti o n ，s t r u c t u r e a n d p e rf o r manc e o f th e i r o n t a i l 8 f r o m A n s h an w e r e s t u d i e d ， a n d the e ff e c t o f i r o n t a j l i n g s s u b - s t i t u t i n g t o fiv e r s a n d O i l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e r a s dis c u s s e d T h e r e s l I l 姆i n d i c a t e t h a t i r o n t a i 1 i n c a n p r o d u c e c o n c r e t e t h a t me e t s e n g i n e e r i n g r e q u i r e me n t b y a d d i n g a c ti v e mi n e r a l s s u c h 8 s fl y a s h，s l a g p o wd e r ，s i l i c a f u me and s u p e r p l a s t i c i z e r Ke y wo r d s i ron r a i l i n g s c o n c r e t e p rop e r t i e s 尾矿是在开采、分选矿石之后排放的暂时不 能被利用的固体或粉状废料 ，包括矿山尾矿和选 矿厂尾矿。在我国 ，现有大 中型 的铁尾 矿库达 4 0 0多个 ，堆存的铁尾矿达到 8 0亿 t 以上。目前 铁尾矿废弃物均采用尾矿库集中堆放方式寄存， 不仅占用 大量土地 ，对周 围环境产生严重 的污 染 ，而且导致了资源的严重浪费 ，尾矿已成为巨 大的安全隐患 - 6 。如何把这些铁尾矿综合利用 起来 ，变废为宝 ，是广大科技工作者为之奋斗多 年的目标 o 在对鞍山地区铁尾矿的组成 、结构和性能进 行分析的基础上，研究用铁尾矿替代河砂制备混 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 4 2 5 郭玉香( 1 9 6 9一 ) ， 副教授 博= = t ： ； 1 0 0 0 8 3 北京市海淀 区 。 凝土对其性能的影响。 1 试验 1 1 原料 试验所采用的铁尾矿来 自鞍山地区齐大山铁 矿， 其主要化学成分及物理力学性能见表 1 、表 2 。采用鞍钢矿建公司水泥厂生产的 4 2 5号普通 硅酸盐水泥 ，其 主要物理性能指标见表 3 。采用 山东德州粉煤灰 ，其主要性能见表 4 。采用鞍钢 矿渣粉 ，其主要性能见表 5 。采用埃肯公司硅 灰 ，其主要性能见表 6 。采用大连西卡建筑材料 有限公 司 的 S i k a V i s c o C r e t e 3 0 0 0系列 高效 减水 剂 ，其主要技术参数见表 7 。采用 当地碎石及河 砂 。 冶金能源 4 2 ENERGY FOR METAL LURGI CAL I NDUs TRY V0 1 3 0 No 5 S e p t 2 01 1 参数基体 外观 安全性 普通型 自 密型 一 指标 改性聚羧酸盐溶液 浅棕色液体 1 0 51 2 6 8 0 42 0 0 8 5 0 安全无毒 1 2 试验过程 根据 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝土配合 比设计 规程及已有的文献技术资料设计基准配合 比， 在基准配合比的基础上铁尾矿等体积替代 0 、 2 5 、5 0 、7 5 、1 0 0 的河砂。基准配合 比 见表 8 ，试样编号见表 9 。 表 8 混凝土基准配合比 表 9 试样编号 2 结果与讨论 2 1 工作性能 Vo L 3 O No 5 S e p t 201 1 冶金能源 ENERGY FOR METAL LURGI CAL I NDUs TRY 4 3 不 同比例铁尾矿制备的混凝土的工作性能见 表 l O 。由表 1 0可知，1号、2号及 3号试样 在 坍落度 、扩展度、和易性、流动性上都具有较好 的工作性能 ，4号、5号试样性 能较差 ，且 出现 了严重的离析现象。这是由于铁尾矿颗粒本身细 度较小、级配均匀。当铁尾矿掺量较低时，铁尾 矿与河砂级配良好 ，沉入度值差别不大。当铁尾 矿掺量较大时 ，混凝土细颗粒增多 ，阻力减小 ， 沉人度增大。综合起来考虑， 3号试样既满足了 混凝土要求的工作性能，又可充分利用铁尾矿。 表 1 0 铁尾矿混凝土工作性能 试样编 号坍落度 m m 扩展度 i f lift 和易性 ，流动性 2 2 力学性能 不同比例铁尾矿制备的混凝土其力学性能见 表 1 1 。由表 1 1 可知 ，混凝土试样 的抗压和抗折 强度随着铁尾矿加入量的增加呈现下降的趋势。 这是 由于随着铁尾矿用量的增加，集料 中细颗粒 增多 ，级配不合理 ，集料与水泥石间的粘结程度 降低 ，从而使强度降低。但是当铁尾矿加入量不 超过 5 0 时，其强度降低不明显，可满足工程 需要。 表 1 l 铁尾矿混凝土力学性能 2 3 抗碳化性能 不同比例铁尾矿制备的混凝土其抗碳化性能 见表 1 2 。由表 l 2可知 ，掺加不 同比例铁尾矿制 备的混凝 土其碳化深度都在 较小数值 范 围内波 动 ，可以认 为基本相同。 袁 1 2铁尾 矿混凝 土抗碳 化性 能 2 4千缩性 能 不同比例铁尾矿制备的混凝土其干缩性能见 表 1 3 。由表 1 3 数据可知，掺加不同比例铁尾矿 制备的混凝土其干缩数据非常接近，干缩变形性 能部分反映了混凝土的体积稳定性和干缩开裂趋 势 。实验研究表明铁尾矿混凝土体积稳定性和干 缩开裂趋势符合耐久性要求和工程实践需要。 表 1 3 铁尾矿混凝土干缩变形率 1 0 一 试 样编号 1 d 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6 0 d 1 号 一0 5 81 1 01 4 61 9 9 3 0 1 3 6 6 2号 一n6 21 1 61 5 1 2 0 6 3 0 5 3 6 9 3号 一0 6 81 2 01 5 2 2 1 8 3 0 8 3 7 8 4号 一0 7 1 1 2 21 5 3 2 2 3 3 1 0 3 8 0 5号 一 0 7 5 1 2 51 5 62 2 9 3 1 2 3 8 4 3结论 ( 1 )在混凝土中掺人适量 的铁尾矿后 不但 具有 良好的施工和易性、力学性能和耐久性 ，又 可充分利用铁尾矿资源。 ( 2 )通过掺人粉煤灰、矿 渣粉、硅灰等 活 性矿物掺合料和高效减水剂 ，可以弥补铁尾矿细 度模数小 的缺陷 ，生产 出符合工程需要 的混凝 土 。 参考文献 1 杨国华，郭建文 ，王建华 尾矿综合利用现状调查 及其意义 J 矿业工程， 2 0 1 0 ，( 1 ) ： 5 5 5 7 2 唐宝彬，张丽霞 矿山尾矿等二次资源的综合利用 与问题探讨 J 湿法冶金 ，2 0 0 5 ，( 2 ) ：6 9 7 2 3 袁剑雄，刘炜平 国内尾矿在建筑材料 中的应用现 状及发 展前 景 J 中 国非金 属矿 工 业导 刊， 2 0 0 5，( 1 ) ：1 31 6 4 D as S K， K u ma r S n j a y ，R a ma c h a n d r a ro P E x p l o i t a - ti o n o f i r o n o r e ：f o r t h e d e v e l o p me n t o f c e r a mi c t i l e s C J Wa s t e Ma n a g e me n t 。 2 0 0 0 ， 2 0 ：7 2 57 2 9 冶金能源 ENERGY FOR ME I ALL URGI CAL I NDUS TRY Vo L 3 0 No 5 Se p L 2 01 1 I s Z h a n g S ，X u e S ，L i u x，e t a1 C u r r e n t s i t u a t i o n a n d c o mp r e h e n s i v e u t i li z a t i o n o f i r o n O r e t a i l i n g D e s o u r c e s J J o u r n a l o f Mi n i n g S c i e n c e ， 2 0 0 6 ，4 2( 4 ) ：4 0 3 40 8 6 】K O，G u n e y九 P i l o t s c a l e t e s t a f o r e v a l u a t i o n o f I d s p a r t a i f o r c e r a mi c i n d u s t r y J K e y E n n e e r i n g Ma t e r i a l s ，2 0 0 4 ，2 6 4( 2 ) ：1 4 1 51 4 1 8 7 】陈永亮， 张一敏， 陈铁军 铁尾矿建材资源化研究 进展 J 金属矿山，2 0 0 9 ，( 1 ) ：1 6 21 6 5 8 】余春刚， 李心继， 赵仁应 梅山铁尾矿代替铁粉研制 优质水泥熟料 J 水泥工程， 2 0 0 8 ， ( 5 ) ： 1 9 2 3 9 S i r k e c i A A，G u l A ，B u l u t G R e c o v e r y of C o ，N i ， a n d C uf r o m t h e r a i l i n g s o f Di v r i g i I r o nOr eC o n c e n t r a t o r J 】 M i n e r a l P r o c e s s i n g a n d E x t r a c t i v e M e t i h r g y R e - v i e w，2 0 0 6 ，2 7 ( 2 ) ：1 3 1 1 4 1 1 0 D a s B，R e d d y P S R，M i s m V N R e c o v e r y o f I r o n Va l u e s F r o m T mli n g Du mp s Ad o p ti n g Hy d r o c y c l o n e a n d M a g n e ti c S e p a r a t i o n T e c h n i q u e s J A u s t r al a - s i a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g a nd Me t a l l u r g y P u bl i c a t i o n S e - r i c o 。2 0 0 2 ( 2 ) ：2 8 5 2 8 9 1 1 Ma i fi S K，N a n d h i n i S ，D a s Ma n a b A c c u mu l a t i o n o f me t a l s by n a t u r a l l y g r o wi n g h e r b a c e o u s a nd t r e e s p e c i e s i n i r o n o r o t a i l l n g s J I n t e rna t i o n a l J o u rna l o f E n v i r o n m e n t a l S t u d i e s ，2 0 0 5， 6 2 ( 5 ) ：5 9 5 6 0 3 1 2 李勤金属矿山尾矿在建材工业中的应用现状 及展望 J 铜业工程， 2 0 0 9 ，( 4 )； 2 5 2 8 赵艳编辑 ( 上接第 4 0页) 转炉煤气回收 C O含量起始浓度由3 8 提高 到 4 0 后 ，转炉煤气 的回收量降低，部分热量 损失。图 2是根据对炼钢转炉实际监测统计数据 的整理 ，显示了达到不同 C O含量时转炉煤气 的 发生量累计值的情况。 图 2 达 到不 同 C O含 量 时转 炉煤 气的 发 生量 累计值 根据线性趋势预测 ，当 C O达到 3 8 时，转 炉煤气的发生量累计值约为 8 4 5 4 7 k m ，当 C O 达到 4 o 时，转炉煤气的发生量累计值约为 8 9 61 9k m3 ，转炉煤气 回收 C O含量起始浓度 由 3 8 提高到 4 0 以后 ，每炉钢将少 回收转炉煤 气 0 5 0 7 2 k m3 。 C O含量 3 8 时转炉煤气热值为 4 8 0 4 7 2 k J m ，C O含量 4 0 时转炉煤气热值为 5 0 5 7 6 0 k J m ，两者的算术平均值可作为上述少 回收转炉 煤气的平均热值，则转炉煤气回收 C O含量起始浓度由3 8 提高到4 0 以后，每炉 钢少 回收 的热量约为 2 5 0 1 0 8 1 V l J ，按标 准热值 ( 7 5 3 6 k J m )转炉煤气定价 0 1：T r_ m 计算 ，每 年因此而损失的转炉煤气 回收量折合成人民币约 为 1 0 9万元。 4结语 为了满足套筒窑的需求 ，采取以上 的措施 ， 实际上是以降低转炉煤气 的回收量作为代价的。 随着生产的逐步稳定 ，炼钢生产节奏能够 良好控 制 ，套筒窑对转炉煤气热值波动性要求过高的情 况仍将成为限制转炉煤气回收量进一步提高的重 要因素。从长远发展来看，如何对套筒窑进行改 造、降低对转炉煤气热值波动性的要求是重要的 研究课题 ，使用混合煤气 、富氧燃烧是其中重要 的探索方向。 参考文献 1 潘秀兰，常桂华，冯志超等 转炉煤气回收和利用 技术的最新进展 J 冶金能源，2 0 1 0 ，2 9( 5 ) ： 3 74 2 2 成立良等编 炼钢转炉烟气的回收利用技术 M 北京：中国环境科学出版社，1 9 9 2 3 王颖石气相色谱法在分析中的应用 J 黑龙江 科技信息，2 0 0 7 ，( 3 ) 3 2 4 张德坤，周谦 ，卓丹 热值仪检测误差的分析 J 煤气与热力，2 0 0 3 ，2 3( 1 2 ) ：7 5 1 7 5 2 赵艳编辑