钢渣矿渣制备胶结剂及其在全尾砂胶结充填的应用

发布时间：2021-05-20 15:29

　　采矿活动逐渐往深部转移以及环保的要求使全尾砂胶结充填广泛应用,选矿尾砂越来越细显著提高了充填成本;钢铁行业排放的矿渣应用广泛价格高昂,而钢渣尚未得到有效利用。为了大幅降低充填胶凝材料成本,本文以钢渣为主要原料,开发高性能低成本矿用胶结剂,研究充填料浆的流变规律,为深埋高应力和大水等难采矿体安全、高效和低成本充填奠定基础,同时也为钢渣等固废实现规模化和高附加值利用探索一条有效途径。本文开展以下研究工作:首先,针对钢渣胶凝活性低的特点,掺加矿渣、脱硫石膏及氟石膏进行激发,开展钢渣胶凝材料配比试验,获得了钢渣/氟石膏/矿渣配比为35/20/45时（SFG）充填体强度远超水泥;利用微观实验与水泥对比分析揭示了 SFG的主要水化产物,提出了双重耦合激发机理,活性成分得到充分激发,多重耦合激发还消耗了钢渣中的膨胀性物质f-CaO和f-MgO,解决了钢渣膨胀性问题,并从长期体积及强度监测实验得到了验证。然后,以福建龙岩的马坑铁矿为工程背景,开展两种钢渣基矿用胶结剂,在不同胶砂比、质量浓度及骨料变化下的适用性试验。结果表明,胶结充填体强度稳定性好,安全储备高,满足嗣后充填的多种强度需要;流动性上研究了... 

【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 选题背景及目的
    1.2 研究内容
    1.3 技术路线
2 文献综述
    2.1 钢渣概述
        2.1.1 钢渣的产生历史
        2.1.2 钢渣的种类
    2.2 钢渣的主要特性研究综述
        2.2.1 钢渣的主要化学成分
        2.2.2 钢渣的矿物成分
        2.2.3 钢渣的体积不稳定性
        2.2.4 钢渣的胶凝特性
        2.2.5 钢渣胶凝活性评价方法
        2.2.6 钢渣的活性激发方式
    2.3 钢渣的处理及利用现状综述
        2.3.1 钢渣的预处理
        2.3.2 全球钢渣利用概况
        2.3.3 钢渣的主要应用
        2.3.4 钢渣利用的制约因素
    2.4 高浓度充填料浆流变特性综述
        2.4.1 高浓度全尾砂浆输送特性与关键技术
        2.4.2 高浓度料浆流变模型
        2.4.3 高浓度充填砂浆粘度特性
        2.4.4 料浆管道输送中沿程阻力的计算
3 试验原材料物化特性分析
    3.1 典型钢铁厂可利用固体废弃物分析
        3.1.1 钢渣微粉
        3.1.2 矿渣微粉
        3.1.3 脱硫石膏
        3.1.4 氟石膏
    3.2 选矿全尾砂充填骨料
        3.2.1 选矿全尾砂
        3.2.2 干抛粗尾砂
    3.3 本章小结
4 全固废钢渣基充填胶凝材料配比试验研究
    4.1 脱硫石膏-钢渣-矿渣胶凝材料配比实验
        4.1.1 实验材料与实验方法
        4.1.2 实验方案及结果分析
        4.1.3 验证实验及分析
    4.2 氟石膏-钢渣-矿渣胶凝材料配比实验
        4.2.1 试验方案
        4.2.2 试验结果与分析
    4.3 本章小结
5 钢渣基胶凝材料的多重耦合激发机理及膨胀性
    5.1 水化产物及多重耦合激发
        5.1.1 微观实验方法
        5.1.2 主要水化产物
        5.1.3 多重耦合激发
        5.1.4 微观结构验证
    5.2 钢渣基-全尾砂胶结充填体的膨胀性
        5.2.1 钢渣基材料膨胀的必要条件
        5.2.2 本材料与钢渣混凝土膨胀差异性
    5.3 充填体膨胀性宏观验证实验
        5.3.1 实验材料及方案
        5.3.2 实验过程及现象
        5.3.3 实验结果
    5.4 本章小结
6 钢渣基充填胶凝材料在马坑铁矿应用研究
    6.1 工程背景
    6.2 全尾砂骨料胶结充填普适性实验
        6.2.1 实验目的及方案
        6.2.2 实验结果
        6.2.3 胶砂比的影响
        6.2.4 料浆质量浓度的影响
    6.3 混合充填骨料胶结充填普适性实验
        6.3.1 实验方案
        6.3.2 胶砂比对混合骨料充填体强度的影响
        6.3.3 浓度对混合骨料充填体强度的影响
        6.3.4 骨料粗细比对充填体强度的影响
        6.3.5 胶凝材料工业应用总结分析
    6.4 钢渣基充填体强度模型
        6.4.1 选取变量
        6.4.2 变量表征方法
        6.4.3 强度模型的建立及验证
    6.5 经济可行性分析
        6.5.1 胶凝材料用量估算
        6.5.2 成本估算与效益分析
    6.6 本章小结
7 钢渣胶结充填料浆的流变特性研究
    7.1 充填料浆流变特性测试方法
        7.1.1 流变仪测试流变参数的复杂性
        7.1.2 实验仪器及过程
        7.1.3 料浆触变性分析
        7.1.4 拟合参数点的选择
    7.2 流变特性测试结果及分析
        7.2.1 试验方案
        7.2.2 胶砂比对流变参数的影响
        7.2.3 质量浓度比对流变参数的影响
        7.2.4 粗细尾砂添加比对料浆流变参数的影响
    7.3 SFG-CPB料浆的管输阻力预测
        7.3.1 管输阻力计算流程
        7.3.2 马坑铁矿充填料浆阻力计算
    7.4 本章小结
8 充填料浆长距离管输中流变参数的时变演化
    8.1 实验材料及方案
        8.1.1 实验材料
        8.1.2 实验方案
        8.1.3 料浆制备
    8.2 测试方法
        8.2.1 黏度测试
        8.2.2 十字剪切法测量屈服应力
        8.2.3 微观实验
        8.2.4 pH及Zeta电位测试
        8.2.5 电导率、体积水容量、吸力监测
    8.3 膏体流变参数的时变规律
    8.4 膏体料浆配比对流变参数时变规律的影响
        8.4.1 胶结剂参量的影响
        8.4.2 胶结剂中矿渣掺比的影响
        8.4.3 硫酸盐浓度的影响
        8.4.4 搅拌水含盐量的影响
    8.5 温度对膏体流变参数时变规律的影响
    8.6 本章小结
9 结论与展望
    9.1 主要结论
    9.2 创新点
    9.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测[J]. 程海勇,吴顺川,吴爱祥,程纬华.  工程科学学报. 2018(10)
[2]中国膏体技术发展现状与趋势[J]. 吴爱祥,杨莹,程海勇,陈顺满,韩悦.  工程科学学报. 2018(05)
[3]钢渣泡沫混凝土的保温性能及三相导热系数模型[J]. 赵亮,陈德鹏,高恒昌,吕忠.  武汉大学学报(工学版). 2017(06)
[4]烧碱激发钢渣粉在淤泥质土中的试验研究[J]. 吴燕开,胡晓士,胡锐,石玉斌,韩天,于佳丽.  岩土工程学报. 2017(12)
[5]钢渣的体积安定性问题及稳定化处理的国内研究进展[J]. 赵计辉,阎培渝.  硅酸盐通报. 2017(02)
[6]钢渣超微粉的粒度分布分析研究[J]. 廖洪强,姚星亮,宋慧平,程芳琴.  冶金分析. 2017(01)
[7]大掺量钢渣-尾矿蒸压砖水化过程的强化[J]. 李鹏冠,赵风清.  钢铁. 2016(10)
[8]钢渣沥青混凝土研究进展[J]. 刘国威,朱李俊,金强,韩甲兴.  矿产综合利用. 2016(02)
[9]铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究[J]. 杨志强,苏林,高谦,杨啸.  金属矿山. 2015(08)
[10]钢渣骨料对混凝土性能的影响[J]. 王强,曹丰泽,于超,王卫仑.  硅酸盐通报. 2015(04)

硕士论文
[1]尾砂充填料流变特性和高浓度料浆输送性能研究[D]. 郑伯坤.长沙矿山研究院 2011



本文编号：3197995