基于銅鎳冶煉渣制備充填膠凝材料試驗研究

1 試驗內容 1.1 試驗原材料與配比 （1）原材料。銅鎳冶煉渣：選自新疆某銅鎳礦經(jīng)貧化電爐冶煉排除的廢渣，其化學(xué)組成見(jiàn)表1，礦物組成見(jiàn)圖1，粒徑分布見(jiàn)圖2。首先用烘箱烘干銅鎳冶煉渣，然后用球磨機對其進(jìn)行粉磨，考慮到銅鎳冶煉渣的粉磨特性［15］，結合一般用于水泥、混凝土中礦物摻合料的粉磨時(shí)間和粒徑分布，選擇銅鎳冶煉渣的粉磨時(shí)間分別為40 min、50 min和60 min，采用激光粒度分析儀對粉磨后冶煉渣的粒徑分布進(jìn)行測量，結果見(jiàn)圖3。 由表1可知，銅鎳冶煉渣中堿性氧化物與酸性氧化物的比值，即堿度系數M0、活性系數Ma和質(zhì)量系數K分別為 由上述公式計算可知，本研究中的銅鎳冶煉渣質(zhì)量系數遠小于1.20，根據GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》［16］，本研究中銅鎳冶煉渣屬于酸性礦渣，且活性較低。 通過(guò)XRD圖譜分析可知，銅鎳冶煉渣中的主要礦物為Fe2SiO4、（Fe，Mg）2SiO4和Ca4Fe14O25等，與化學(xué)元素分析結果中Fe元素含量高的情況相吻合。圖1所示圖像在22°～33°之間沒(méi)有形成明顯的饅頭峰［17］，表明該銅鎳冶煉渣中玻璃體含量較低，決定了其膠凝活性較低。 通過(guò)以上激光粒度分析結果可知，隨著(zhù)粉磨時(shí)間的延長(cháng)，冶煉渣粒度逐漸變小，粒徑分布有顯著(zhù)變化。對3組試樣粒徑分布結果進(jìn)行分析，觀(guān)察D（0.1）（顆粒累計分布為10%所對應的粒徑）、D（0.5）（顆粒累計分布為50%所對應的粒徑）、D（0.9）（顆粒累計分布為90%所對應的粒徑）隨時(shí)間的變化，在粉磨時(shí)間為40~60 min內，隨著(zhù)粉磨時(shí)間的延長(cháng)，冶煉渣粒徑D（0.1）、D（0.5）、D（0.9）隨之減小，具體數值見(jiàn)表2。 水泥：本試驗水泥采用普通P.O 42.5硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成見(jiàn)表1。 戈壁集料：試驗采用的戈壁集料取自喀拉通克銅鎳礦充填站戈壁集料堆場(chǎng)，其物理力學(xué)參數如下：堆積密度為1.6 t/m3，含水率為3.9%，孔隙率為38.46%。粒徑分布見(jiàn)圖4。 拌合水：試驗采用自來(lái)水作為拌合水，進(jìn)行試件的制備。 激發(fā)劑：試驗采用堿性激發(fā)劑作為粉末狀硅酸鈉，其模數為1。 （2）試驗配比。試驗采用冶煉渣細度、冶煉渣摻量和激發(fā)劑摻量3個(gè)因素，同時(shí)每個(gè)因素選取3個(gè)水平，各因素水平信息見(jiàn)表3；選取4因素3水平正交表L