在尾矿资源化利用方面，国内外做了大量的研究，取得了良好的效果。包括尾矿中有价元素的综合回收、尾矿充填采矿空区、尾矿制备微晶玻璃和生产各种建筑材料等。鄂西某赤铁矿尾矿是一种复合矿物原料，其细颗粒和多组分混合的特性使其更适合在建材领域应用。本试验在前人利用尾矿制备免烧免蒸砖研究的基础上，开展了利用尾矿制备另一种强度更高的新型墙体材料——蒸养砖的研究，以扩大尾矿的应用范围，真正实现尾矿的大量高效利用。
一、试验材料和设备
(1)测试原材料
1.赤铁矿尾矿
湖北某矿业公司选矿厂尾矿是高磷赤铁矿经破碎、磨矿、离心分级、强磁选回收铁精矿后的尾矿。x射线衍射分析结果(见图1)表明，尾矿的矿物组成主要是赤铁矿和应时，其次是绿泥石和方解石。
图1赤铁矿尾矿的XRD图谱
1-赤铁矿；2-应时；3-亚氯酸盐；4-方解石
尾矿的化学成分和粒度组成见表1和表2。
表1铁尾矿的化学成分%
①黄沙。为了满足原料的化学成分、矿物活性和粒度分布的要求，需要添加一定量的硅质材料来替代部分尾矿。本实验选用商品黄砂作为骨料，其化学成分和粒度组成见表3和表4。
表3黄沙的化学成分百分比
(2)水泥。在工业废砖生产中，水泥不仅是胶结剂，也是活性激发剂。本试验选用325 #复合硅酸盐水泥。
(3)石膏。石膏在砖的反应体系中起促进剂的作用，可以提高制品的强度和稳定性。虽然其用量不大，但对废渣的活化影响很大。测试中使用了商业石膏。
(二)外加剂
外加剂可以改善砂浆的和易性、减水性能和强度，节约水泥用量，降低施工成本。本实验使用的添加剂包括木质素磺酸钙减水剂、氯化钙早强剂、硫酸钠和三乙醇胺。
(3)主要测试设备
配料:JJ-5水泥砂浆搅拌机，DHG9626A恒温鼓风干燥箱。
成型设备:YES-100数字液压试验机。
模具:φ50mm×50mm不锈钢模具。
维护设备:YH-40B标准恒温恒湿维护箱。
检测设备:YES-100数字液压试验机、d/max-iiia XRD衍射仪、axios高级x射线荧光光谱仪、JSM-5610LV扫描电镜。
二、铁尾矿蒸汽养护砖的制备工艺
铁尾矿蒸汽养护砖的制备工艺如图2所示。在按一定比例配制的原料中加入15%的水和一定量的添加剂，放入搅拌机中搅拌，使所有材料混合均匀。将均匀的材料在室温下老化40分钟，然后在20MPa的水压试验机上压制成型。将压制好的产品放入标准的恒温恒湿养护箱中，按照一定的蒸养制度自然养护一定时间，即可得到尾矿蒸压砖产品。
图2尾矿蒸养砖的制备过程
通过初步试验，确定原料配比为M尾矿:M骨料:M水泥:M石膏= 78 ∶ 0 ∶ 10 ∶ 2。本试验主要考察添加剂的种类和用量、蒸养制度和自然养护时间对制品抗压强度的影响。外加剂的掺量是外加剂与水泥的质量比。
三。测试结果和讨论
(一)外加剂种类和掺量试验
外加剂对产品的强度和抗冻性有显著影响。本试验中使用的外加剂包括普通减水剂和早强剂。减水剂能在保持混凝土稠度不变的同时增强减水作用；早强剂的主要作用是加速水泥的水化，促进凝结早期强度的发展。
在升温2h→40℃恒温6h→降温2h的蒸汽养护制度下，自然养护28d，研究了外加剂种类和掺量对制品抗压强度的影响。测试结果如表5所示。
表5添加剂种类和用量的测试结果
(2)蒸汽养护系统试验
对于蒸养砖，由蒸养温度和蒸养时间组成的蒸养体系是直接影响制品强度发展和能耗的关键因素。一般来说，汽蒸温度越高，力量发展越快。但是，蒸的温度越高越好。温度过高时，产品中水泥的水化速度过快，可能导致水化产物分布不均匀，形成的水化产物过多过快阻碍水泥与水的接触，从而影响水泥的继续水化。此外，在较高的温度下，钙矾石在潮湿的环境中会脱水分解，产生膨胀，导致孔隙率增加，强度降低。
蒸汽养护时间包括加热、恒温和冷却三个阶段，其中恒温过程是蒸汽养护砖硬化和强度增长的主要阶段。如果恒温时间过短，蒸养砖的抗压强度很难达到JC/T422-2007中MU15级产品的要求。
在三乙醇胺用量为0.01%，蒸养升温和降温时间为2h，自然养护期为28 d的条件下，考察了蒸养温度和恒温时间对制品抗压强度的影响。测试结果如表6所示。
从表6可以看出:一般来说，当蒸汽养护温度一定时，制品的抗压强度随着恒温时间的延长而增加，但恒温时间过长时，制品的抗压强度增加缓慢或下降。而当恒温时间一定时，蒸养温度为40℃时，制品的抗压强度大多达到最高值。根据试验结果，综合考虑汽蒸周期、运行成本、产品强度等因素，汽蒸温度为40℃，恒温时间为6h。
表6蒸煮温度和恒温时间测试结果
采用升温2h→40℃恒温6h→降温2h的蒸汽养护制度，在添加剂三乙醇胺掺量为0.01%的条件下，测定自然养护3、7、14、28、35天后制品的抗压强度，测试结果见表7。
表7自然养护周期试验结果
(4)综合条件测试
在蒸养体系升温2h→40℃保温6h→降温2h的条件下，制备了一批蒸养砖，添加剂三乙醇胺的掺量为0.01%，自然养护期为28d。参考JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》和GB/T4111-1997《小型混凝土空芯块试验方法》。
表8蒸养砖的性能指标
第四，机理分析
蒸汽养护的目的是加快砖在湿热条件下的水化反应，生成更多的水化产物，提高水化产物的结晶度，使制品在短时间内具有更高的强度。为了了解蒸养砖的微观特征，对最佳工艺条件下制成的蒸养砖制品进行了XRD和SEM分析，结果见图3和图4。
图3蒸制砖制品的XRD图谱
1-赤铁矿；2-应时；3-水合硅酸钙；4-方解石；
5-单硫水合硫铝酸钙；6-钙矾石
图4蒸制砖制品的扫描电镜照片
对比图3和图1中赤铁矿尾矿的XRD图谱可以看出，蒸砖制品中有新结晶的水化硅酸钙凝胶、钙矾石和单硫化物水化硫铝酸钙，方解石的特征衍射峰明显增加。水化硅酸盐凝胶和钙矾石晶体的形成是由于一些活性尾矿颗粒与碱性激发剂之间的界面反应。一水硫铝酸钙的形成是一些钙矾石连续反应的结果。方解石的增多是由于水泥水化过程中析出的游离氢氧化钙与空气体中的二氧化碳在后期自然养护条件下发生碳酸化反应。上述工艺提高了产品的强度。
从图4(a)中可以看出，产品内部大量的水化产物是长条状和针状晶体，它们长入孔隙中并相互交织填充空孔，部分条状和针状晶体与纤维状晶体聚集在一起形成网络凝胶。从图4(b)可以看出，杆状晶体和针状晶体向各个方向发展，杆状、针状和少数片状晶体交织生长，形成网状交织结构。这主要是由于铝酸三钙水化成水合铝酸四钙，然后在水热气氛中加速与石膏的反应，最终形成针状和棒状钙矾石结构。钙矾石生成越多，速度越快，产品的致密性和强度就越高。
动词 （verb的缩写）结论
(1)以鄂西某赤铁矿尾矿为主要原料，按照前期试验确定的原料配比(M尾矿:M骨料:M水泥:M石膏= 78 ∶ 10 ∶ 10 ∶ 2)制备铁尾矿蒸养砖。在含水率为smart%，添加剂三乙醇胺与水泥的质量比为0.01%，成型压力为20MPa的条件下，砖坯在40℃蒸养6h后自然养护28d，所得产品的性能指标符合JC/T422-2007《非烧结废弃尾矿砖》的要求。
(2)显微分析表明，蒸压砖制品中的主要晶相为赤铁矿、应时、方解石、水合硅酸钙、单硫水合硫铝酸钙和钙矾石，它们构成制品的矿物骨架并赋予其强度；水化产物主要是钙矾石和水化硅酸钙凝胶产物。这些水化产物微晶溶解度非常小，强度高，可以提高产品的抗收缩能力和强度。
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