齊山林磨細(xì)鐵尾礦的粒度分布特征

齊山林磨細(xì)鐵尾礦的粒度分布特征

目前，燕山每年可排放近4000萬噸鐵尾礦，累計(jì)沉積超過6億元。其中，韓山大鋼渣是由鐵路巖赤鐵礦（紅礦）通過采礦后排放的固體殘?jiān)M成的。這是一種顆粒細(xì)的高硅鐵尾礦。由于粒徑極薄，這種尾礦不適合生產(chǎn)傳統(tǒng)的水泥作為膠凝材料的建筑塊和建筑材料，也不適合生產(chǎn)傳統(tǒng)混凝土的細(xì)骨料和建筑材料。近年來，由于高硅的特點(diǎn)，將這種類型的尾礦作為建筑材料的使用一直是不可能解決的問題。近年來，我國開發(fā)了一種特殊利用極細(xì)粒尾礦原料的技術(shù)。鄭永超等人指出，在制備過程中，用含糊不清的硅尾礦后，繼續(xù)研磨，使用特殊材料產(chǎn)生的各種硅尾礦，可以充分利用。在制造材料方面，國外沒有關(guān)于詳細(xì)含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清含糊不清的尾礦，因此，在建筑材料的制備過程中，充分利用含糊不清的硫錫礦，然后，用細(xì)顆粒和顆粒顆粒進(jìn)行拋光。因此，在非石灰系統(tǒng)的氣混凝土和泡沫水泥產(chǎn)量中添加少量低顆粒，可以提高混凝土的紋理結(jié)構(gòu)。因此，系統(tǒng)。1原材料和實(shí)驗(yàn)方法1.1鐵尾礦xrd分析本實(shí)驗(yàn)所用鐵尾礦為鞍鋼集團(tuán)齊大山鐵尾礦.鞍鋼集團(tuán)齊大山鐵尾礦的主要化學(xué)成分為SiO2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.80%,屬高硅型鐵尾礦.表1為齊大山鐵尾礦化學(xué)成分.鐵尾礦經(jīng)XRD分析顯示其中主要礦物有石英、未選出的赤鐵礦,以及少量綠泥石、角閃石等.圖1為鐵尾礦XRD分析結(jié)果.將原始鐵尾礦烘干后進(jìn)行篩分,其結(jié)果如表2所示.從表2可以看出原始鐵尾礦粒度細(xì)小,粒徑大于0.63mm的顆粒不到1%,小于0.08mm的顆粒占到14.4%,尾礦顆粒的粒徑主要集中在0.315～0.16mm.圖2為齊大山鐵尾礦的SEM照片.從中可以看出,鞍鋼齊大山尾礦多為幾十微米到幾百微米的石英顆粒,形狀為不規(guī)則塊狀、棱角狀.實(shí)驗(yàn)所用礦渣則采用北京首鋼水淬高爐礦渣,礦渣的粒度分布如表2所示.1.2樣品的制備和顆粒群的測定原料取樣方法:鐵尾礦原料取自鞍鋼齊大山鐵尾礦庫中部,根據(jù)尾礦庫管理人員的建議選取最有代表性的部位,采用探坑壁垂直剖面切割取樣法,垂直取樣深度為1.2m,共取樣640kg.樣品經(jīng)充分混勻后采用圓錐四分法分成8份運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室.實(shí)驗(yàn)時(shí)將每份80kg的鐵尾礦再采用圓錐四分法縮分成5kg/份,實(shí)驗(yàn)用各種原料均從分裝好的5kg/份的樣品中取用.礦渣原料取自經(jīng)充分均化的首鋼礦渣粉生產(chǎn)線原料倉出口.利用SM?500mm×500mm實(shí)驗(yàn)用球磨機(jī)分別粉磨鐵尾礦和礦渣.磨機(jī)的裝料量為5kg,磨機(jī)轉(zhuǎn)速48r·min-1.研磨介質(zhì)為鋼球和鋼鍛,研磨介質(zhì)裝載量為100kg.其中,鋼球60kg,質(zhì)量級配為?70mm19.7%,?60mm33.1%,?50mm29.6%,?40mm17.6%;鋼鍛40kg,尺寸為?25mm×30mm.利用DBT--127型勃氏透氣比表面積儀測定鐵尾礦粉和礦渣粉的比表面積;利用LMS--30型激光粒度分析儀測定鐵尾礦粉的顆粒群組成分布;利用英國劍橋S250型掃描電鏡和德國蔡司SUPRA55場發(fā)射掃描電鏡觀察原始鐵尾礦和磨細(xì)鐵尾礦粉的粒度及顆粒形貌.2結(jié)果與分析2.1粉磨時(shí)間的影響礦渣的粉磨能耗在建材領(lǐng)域已是一個(gè)熟知的參數(shù).采用大型工業(yè)球磨機(jī)將礦渣一次性處理成勃氏比表面積達(dá)400m2·kg-1以上的礦渣粉所需能耗約為80kW·h·t-1,而采用先進(jìn)立式磨機(jī)粉磨能耗為50～60kW·h·t-1.因此本實(shí)驗(yàn)以礦渣的易磨性為參考對比研究鐵尾礦的易磨性.實(shí)驗(yàn)將鐵尾礦和礦渣分不同批次使用同一SM?500mm×500mm實(shí)驗(yàn)用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨,比較兩者經(jīng)相同時(shí)間粉磨后粉體比表面積的差異.圖3為鐵尾礦粉和礦渣粉的比表面積隨粉磨時(shí)間變化的對比情況.從圖3中可以明顯看出,鐵尾礦的易磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于水淬高爐礦渣.礦渣比表面積達(dá)400m2·kg-1時(shí)需要粉磨70min,此時(shí)鐵尾礦粉的比表面積已達(dá)751m2·kg-1.粉磨120min時(shí),礦渣的比表面積為515m2·kg-1,而鐵尾礦粉的比表面積已達(dá)1039m2·kg-1.另外,鐵尾礦粉比表面積的增加速率大于礦渣粉,即隨著粉磨時(shí)間的延長,鐵尾礦粉的新增比表面積大于礦渣粉的新增比表面積,在圖中表現(xiàn)為鐵尾礦粉對應(yīng)的曲線斜率更大,進(jìn)一步證實(shí)了與水淬高爐礦渣相比,鐵尾礦的易磨性更好.圖4為粉磨120min的鐵尾礦粉和礦渣粉的FE--SEM照片.從中可以直觀地看出,相同粉磨時(shí)間下鐵尾礦粉的細(xì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于礦渣粉.鐵尾礦經(jīng)粉磨120min和140min時(shí)對應(yīng)的比表面積分別為1039m2·kg-1和1057m2·kg-1.此時(shí),隨粉磨時(shí)間的增加,鐵尾礦粉比表面積變化已不明顯,繼續(xù)延長粉磨時(shí)間以提高粉體細(xì)度意義不大.2.2充填材料的物理填充作用利用激光粒度儀分析不同粉磨時(shí)間下所得鐵尾礦粉的粒度分布,結(jié)果如表3和圖5所示.從表3和圖5中可以看出,隨著粉磨時(shí)間的延長,鐵尾礦粉的粒度分布范圍變窄,并逐漸向粒度值小的方向集中.當(dāng)粉磨時(shí)間從30min增加到120min時(shí),鐵尾礦粉的D50(中位徑)從12.49μm減小到3.35μm,D90(累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到90%時(shí)所對應(yīng)的顆粒粒徑)從40.53μm減小到17.05μm.粉磨早期鐵尾礦粉的粒度分布變化較大,粉磨120min后繼續(xù)延長粉磨時(shí)間,其粒度分布變化甚微,與比表面積的變化情況相對應(yīng).在混凝土行業(yè)中,礦物摻合料作為提高混凝土性能的重要組分,其貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在對水泥基材料的物理、化學(xué)填充效應(yīng)上.礦物摻合料的物理填充效應(yīng)能有效改善新拌水泥漿體的密實(shí)性和流動性,降低硬化漿體的孔隙率進(jìn)而提高其力學(xué)性能,而這種物理填充作用的充分發(fā)揮又必須建立在礦物摻合料擁有合適的粒徑和合理的粒度分布的基礎(chǔ)之上,其核心問題就是采用顆粒的緊密堆積原理獲得水泥基材料的密實(shí)填充結(jié)構(gòu).陳改新等研究指出:水泥粉體堆積結(jié)構(gòu)中存在大量小于5μm的空隙,摻加粒徑小于5μm的粉體能夠填充水泥顆粒之間的空隙,獲得緊密堆積結(jié)構(gòu).從圖5中可以看出,粉磨100min的鐵尾礦中粒徑小于5μm的顆粒占54.07%,粉磨140min的鐵尾礦中粒徑小于5μm的顆粒占62.60%.因此擁有大量粒徑小于5μm的顆粒的磨細(xì)鐵尾礦具備填充水泥粉體堆積結(jié)構(gòu)中空隙的條件,使水泥基材料獲得較高的緊密堆積程度.這種緊密堆積結(jié)構(gòu)的形成可降低材料初始料漿的水灰比,對最終水泥基材料的力學(xué)性能、耐久性都有顯著提高.具有高強(qiáng)、高耐久性的活性粉末混凝土的研制成功也就是基于這一原理,可以預(yù)計(jì)這種惰性顆粒的填充在一定程度上能夠達(dá)到減水的目的.另外,對于摻入磨細(xì)鐵尾礦的經(jīng)高溫蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)的膠凝材料制品,尾礦中大量的結(jié)晶二氧化硅在較高的溫度下具備了參與水化反應(yīng)的條件,此時(shí)磨細(xì)鐵尾礦不僅能起到物理填充作用,還能進(jìn)一步發(fā)揮其化學(xué)填充效應(yīng).同時(shí),結(jié)合圖3可以看出,在建材領(lǐng)域應(yīng)用得較多的比表面積為400～500m2·kg-1的礦渣粉需要實(shí)驗(yàn)用球磨機(jī)粉磨90～120min,而將鐵尾礦粉磨至粒徑小于5μm的顆粒占50%以上需要粉磨100～140min.由此可以初步預(yù)測,當(dāng)采用大型工業(yè)磨機(jī)時(shí),鐵尾礦粉相應(yīng)的粉磨能耗與常用礦渣粉的粉磨能耗接近,說明將鐵尾礦磨細(xì)至含大量超細(xì)顆粒應(yīng)用到混凝土領(lǐng)域中在技術(shù)和能耗層面上都具有一定的可行性.2.3粉磨鐵尾礦顆粒的形貌圖6為粉磨不同時(shí)間所得鐵尾礦粉的電鏡照片,其中圖6(a)為粉磨30min的鐵尾礦粉的SEM照片,圖6(b)、(c)分別為粉磨90min的鐵尾礦粉的SEM照片和FE--SEM照片,圖6(d)為粉磨140min的鐵尾礦粉的FE--SEM照片.從圖6(a)和(b)中可以看出:粉磨30min所得鐵尾礦粉中的粗顆粒多為不規(guī)則形狀,棱角尖銳,存在較多長條狀顆粒;粉磨90min時(shí),鐵尾礦粉中的粗顆粒邊緣趨于圓滑,顆粒的不規(guī)則程度減小.從圖6(c)可以看出其中還含有大量亞微米的顆粒,并且這些亞微米顆粒邊緣為弧形,擁有較好的球形度.這說明隨著粉磨時(shí)間的延長,尾礦粉顆粒的球形度以及邊緣的圓滑度都有遞增的趨勢.圖6(d)為粉磨140min的鐵尾礦粉中某一較粗顆粒表面的FE--SEM照片.從圖6(d)中可以明顯看出,超細(xì)粉磨后的鐵尾礦中可見納米級顆粒,這些納米級顆粒形態(tài)趨于球形,邊緣光滑.由于具有較大的表面能,這些納米級顆粒相互團(tuán)聚或者吸附在較粗顆粒的表面.因此,超細(xì)粉磨鐵尾礦不僅能夠獲得大量亞微米顆粒,甚至還能獲得球形度較好的納米級顆粒.粉煤灰形狀呈球形是其在混凝土行業(yè)中發(fā)揮重要作用的原因之一.在混凝土中加入呈球狀的粉煤灰可有效提高漿體的流動性,進(jìn)而改善混凝土的和易性及力學(xué)性能.因此,將超細(xì)粉磨鐵尾礦作為惰性填充組分應(yīng)用到混凝土中,其顆粒球形度較好的特征對填充效果的發(fā)揮將起著重要的作用.另外,由于粉磨產(chǎn)生的部分亞微米及納米尾礦顆粒的晶格畸變和表面能快速增加,具備了一定的火山灰反應(yīng)活性.當(dāng)磨細(xì)鐵尾礦作為礦物摻合料應(yīng)用到水泥混凝土體系中時(shí),這部分亞微米及納米顆?？砂l(fā)生火山灰活性反應(yīng),將對混凝土的強(qiáng)度和耐久性進(jìn)一步產(chǎn)生積極貢獻(xiàn).3鐵尾礦超細(xì)粉磨的應(yīng)用價(jià)值(1)鞍鋼齊大山鐵尾礦的易磨性好,其易磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于水淬高爐礦渣.粉磨120min的礦渣的比表面積為515m2·kg