用水淬二次镍渣制备矿山充填材料及其水化机理

· 612 ·

第41卷第5期 2013年5月

硅 酸 盐 学 报

2013年

Vol. 41，No. 5 May，2013

硅 酸 盐 学 报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.05.06

用水淬二次镍渣制备矿山充填材料及其水化机理

高术杰，倪 文，李克庆，王中杰，王佳佳，张福利，祝丽萍，李 媛 (北京科技大学土木与环境工程学院，金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083)

摘 要：以提铁后水淬二次渣为主要原料，通过胶结充填的强度试验、硬化胶凝材料浆体的红外光谱分析、差热分析、能谱分析以及微观结构的扫描电镜观察，研究了以脱硫石膏和电石渣为主激发剂，Na2SO4及水泥熟料作为辅助激发剂时，水淬二次镍渣的水化过程和产物的微观结构。结果表明：水淬二次镍渣是一种含有玻璃相与结晶态物质的充填原料，在多种激发剂的作用下，能够参与水化反应，且主要水化产物为钙矾石以及含Ca2+、Mg2+的水化硅(铝)酸盐凝胶物质CaO·(0.9–3.6)MgO·(1.2–3)SiO2·(0.25–0.5)Al2O3·(0.25–0.5) Na2O·nH2O (C–M–S–H)；水化硅(铝)酸盐凝胶物质，是充填料后期水化强度的主要来源。

关键词：矿山；充填材料；水淬二次镍渣；复合激发剂

中图分类号：TD982 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)05–0612–08

网络出版时间：2013–04–23 10:25:15 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20130423.1025.201305.612_006.html

Preparation and Hydrated Mechanism of Mine Filling Material of Water-Granulated

Secondary Nickel Slag

GAO Shujie，NI Wen，LI Keqing，WANG Zhongjie，WANG Jiajia，ZHANG Fuli，ZHU Liping，LI Yuan (State Key Laboratory of High-efficient Mining and Safety of Metal Mines of Ministry of Education of China,

University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

Abstract: Effects of main stimulators (i.e., flue gas desulfurization gypsum and carbide slag) and auxiliary stimulators (i.e., Na2SO4 and cement clinker) on the hydration process and microstructure of water-granulated secondary nickel slag were investigated via the measurement of filling material strength, infrared spectroscopic analysis and thermal analysis of hardened cementitious material, and microstructure observation as well. The results indicate that water-granulated secondary nickel slag, stimulated by several stimu-lators, is consisted of glass phases and crystals that hydrate into ettringite and alluminosilicate gel with Ca2+, Mg2+. The gel was CaO·(0.9–3.6)MgO·(1.2–3)SiO2·(0.25–0.5)Al2O3·(0.25–0.5)Na2O·nH2O (C–M–S–H), which contributed to later hydration strength of filling material.

Key word: mine; filling material; water-granulated secondary nickel slag; compound stimulators

金川公司每年有大量的镍熔炼渣产生。镍熔炼渣中含有30%～40%以硅酸盐形式存在的铁，高于我国铁矿开采的边界品位，并含有少量残余的镍、铜等有色金属。将这种镍熔炼渣热装进一步还原熔炼可将其中大部分硅酸铁转化成金属铁，同时残余的镍、铜等有色金属大部分进入铁水，可以一次性把大部分有价金属提取出来。然而，二次熔炼提铁过程中产生大量的二次熔炼渣，经过水淬处理后，

收稿日期：2012–11–17。 修订日期：2013–01–25。

基金项目：国家科技支撑计划(2009BAB45B07)；固体废物处理与资源化

省部共建教育部重点实验室(10zxgk03)。

第一作者：高术杰(1986—)，男，博士研究生。 通信作者：倪 文(1961—)，男，教授。

其外观接近于普通的高炉水淬矿渣。但其化学成分、物质结构和潜在的水硬活性与普通的高炉水淬矿渣有较大区别。利用脱硫石膏和电石渣等物质激发二次水淬镍渣能够生成大量水化产物，产生较高充填强度。同时，水淬二次镍渣充填料的流动度优于 P42.5水泥充填料的流动度，且具有不泌水、不离析等优点，适合一般矿山自流充填开采。

以这种二次熔炼水淬渣为主要原料开发胶结充

Received date: 2012–11–17. Revised date: 2013–01–25. First author: GAO Shujie (1986–), male, Doctorial candidate. E-mail: albertgaoshujie@163.com

Correspondent author: NI Wen (1961–), male, Ph.D., Professor. E-mail: niwen@ces.ustb.edu.cn