铜尾矿改性制作胶结材料可行性的初探

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摘 要：通过对铜尾矿的改性处理，令其替代部分的硅酸盐水泥胶凝材料，通过正交试验的分析方法得到如下结论：在本试验中，600 ℃及420m2/kg的条件下，铜尾矿活性最大；煅烧温度的提高相应地提高了尾矿的活性，而比表面积只在一定范围内的提高才有助于尾矿活化，超出该范围将导致反协同作用。

关键词：铜尾矿 活化 正交试验

中图分类号：TD926 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0075-02

矿山尾矿的处置一直是一个世界性的难题。随着人类对矿产资源的不断开采，尾矿排放量与日俱增。据不完全统计，我国现有800多个国营矿山和11万多个集体所有制矿山，积存的尾矿已达40多亿吨，而且每年还以1亿多吨的速率增长。矿石的平均品位低、杂，即矿石中所含的有益或有害杂质多且矿石中各种矿物的嵌布粒度细。由于贫矿多，所以选矿产生的尾矿多。仅就冶金工业而言，由于矿山开采而排放的固体废弃物已占我国冶金工业固体废物的50%以上。矿山固体废物的排放，不仅占用土地，而且还污染环境，尾矿坝也险情常现。据400多个尾矿库的统计，直接污染土地上百万亩，间接污染土地上千万亩。所以进一步开发综合利用尾矿，已成亟待解决的问题。现今铜尾矿的开发方式有代替粗、细骨料直接用于土木工程[1]，仿效粉煤灰[2]、矿渣粉[3]等替代部分水泥胶凝材料等。

本研究采用生态型胶凝材料取代传统的普通硅酸盐水泥，用尾矿部分取代水泥胶结材料，同时对如何提高铜尾矿的活性进行了可行性研究，提出了若干试验方法。

1 原材料与试验方法

本试验用原材料铜尾矿为承德铜兴矿业生产中排放废弃物，原材料主要化学组成见表1。

试验采用42.5普通硅酸盐水泥，ISO标准砂等标准材料进行试样制备。

2 试验方法

根据JGJ/T98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》确定砂浆配合比，采用基础配合比为胶凝材料∶ISO标准砂∶水=450∶1350∶360。由GB/T 17671 -1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》制备标准的水泥胶砂40*40*160试样并进行相应的受力试验。

3 试验及数据分析

3.1 胶凝材料

将铜尾矿磨细至与42.5O普通硅酸盐水泥相同的细度350 m2/kg左右，通过调整铜尾矿所占总体胶凝材料的比例制备不同的试样，1#、2#分别对应水泥中含有225 g、150 g铜尾矿的试样，对于，其主要性能指标见表2

通过上表可以得到如下结论，虽然铜尾矿中存在着可以水化生成C-S-H的SiO2及CaO等原料，但其水化反映的程度远远弱于相应的硅酸盐水泥，导致了对应龄期的强度不足，因此提高铜尾矿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

通过研磨及相应的煅烧措施，尝试提高铜尾矿中矿物的活性。由于水泥的各项指标中抗压强度最为重要，故而此处仅通过抗压强度的变化评价相应的活化措施，引入β为活化后强度与未活化强度比值以直观说明问题，其结果如表3中所示。

结论可归纳如下：通过提高煅烧温度，β基本是呈增加的趋势，可以认为该种活化措施可行，其原因应该是温度使得铜尾矿中的CaO及SiO2等矿物成分活性增加，加剧了水化反应；通过研磨增加比表面积的结果是β呈先增后减的趋势，因为铜尾矿表面积初始增加时能够提高对应矿物成分的活性，但是比表面积过大时吸附大量的水分，反而抑制了水泥的水化反应，导致了反协同作用。

3.3 正交试验

正交试验法通过对试验结果进行简单的统计分析，可以更全面、系统地掌握试验结果，做出正确判断[4-5]。选取1#，其活化措施的影响程度由β1*β2来表征，具体如表4所示。

由表4可知，在本试验中，600 ℃及420 m2/kg的条件下，铜尾矿活性最大。

4 结语

本试验通过调整铜尾矿煅烧温度及相应比表面积，得到了600 ℃及420 m2/kg条件下，其对应的活性达到试验中的最大值，但是该值同相应水泥的同龄期强度仍有较大差异。意味着虽然铜尾矿虽然拥有作为新型胶结材料的潜力，但如何通过更多的手段诱发其活性仍是值得研究的课题。

参考文献

[1] 曹素改，赵风清，于殿雨，等.铜尾矿、粉煤灰制备干粉砂浆的研究[J]. 粉煤灰综合利用，2008（S1）：15-17.

[2] 陈瑜，周士琼，龙广成，等.大掺量粉煤灰高性能混凝上的实验研究[J].长沙铁道学院学报，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，胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京：化学工业出版社，2008.

[5] 邓代强，高永涛，吴顺川，等.水泥分级尾砂充填材料正交试验多元分析[J].山东科技大学学报（自然科学），2010，29（1）： 48-57.