碱激发镍渣-粉煤灰胶凝材料的制备研究.docx

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1、福州大学硕士研究生论文开题报告论文题目碱激发银渣-粉煤灰胶凝材料的制备研究姓名学 号性另IJ导师学科专业结构工程研究方向学院土木工程学院开题报告时间、地点导师审核 意见导师签名：年 月 日审核小组 意见（注：需对开题报告的总体情况进行评价，指出不足和建议，并明确 是否同意开题报告通过。）审核小组成员签名：年 月 日学位点 意见学位点负责人签名：年 月 日一、论文选题依据（包括本课题国内外研究现状述评，研究的理论与实际意义，对科技、经 济和社会发展的作用等）1.1 研究背景1824年，英国发明者ASPdin发明了硅酸盐水泥，这一发明揭开了水泥混凝土科学的新 纪元，使得混凝土这种人造石在人类进步中

2、大放异彩。一个多世纪以来，硅酸盐水泥一直是 使用最为广泛的建筑材料，该胶凝材料的化学组成为CaO-AbO：,-Fe2（）3-SiOz体系，主要的矿物 相为高钙含量的C3S、C2S、C3A和ClAF矿物。硅酸盐水泥具有许多优良的性能，但同时也有一 些缺点：合成硅酸盐水泥熟料中的高钙矿物要消耗大量燃料，并排放大量C（;硅酸盐水泥混 凝土建筑的耐久性仍然存在很大问题。随着化石能源的日渐枯竭和全球气候变暖问题的出现, 硅酸盐水泥生产过程中的高能耗、高排放问题越来越受到人们关注。与此同时，人们意识到 延长建筑的服役时间、提高建筑的使用寿命也是减少建筑材料制造能耗和温室气体排放的一 个有效途径，以及硅酸盐

3、水泥每年需求量超过供应量，导致其成本高。因此，寻找低能耗、 低排放和耐久性优良的替代建筑材料。半世纪以来，科学家研究环境友好材料以减少建筑垃圾对环境破坏，即环境友好材料是 指在原材料采取、产品制造、使用或者在循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和有利 于人类健康的材料，具备“健康、环保、安全”等一系列属性。碱矿渣水泥符合环境友好 材料特征的基本理念，是一种环境友好材料。碱矿渣水泥是以冶金废渣、粉煤灰、磷渣等为 固态分散相，配以适量碱组分而形成的一种碱性胶凝材料。同传统硅酸盐水泥相比，碱矿渣 水泥具有诸多优势。碱矿渣水泥的原材料来源广泛，资源消耗量小，并且本身不产生新的环 境污染，具有显著的经

4、济与社会效益。碱矿渣水泥的固态分散相不仅可以采用赤泥、电解磷 渣、钢渣、粉煤灰、以及有色金属的炉渣等工业废渣，还可以采用不能作为硅酸盐水泥混合 材的酸性、超酸性矿渣。碱矿渣的碱组分除了用碱金属化合物以外，还可以综合利用各种含 碱的工业废料和工业废产品。碱矿渣水泥的发现一定程度上解决了硅酸盐水泥资源的紧缺， 同时绿色环境。碱矿渣水泥的由来可以追溯到1930年德国Kuhl的工作，他研究了磨细矿渣粉和KOH溶 液混合物的胶凝性能。1957年以来，乌克兰共和国基辅建筑工程学院的V.D. GIUkhoVSky 在碱矿渣水泥的开发与应用方面进行了大量卓有成效的工作，是当前对碱矿渣水泥研究最为 深入的学者之

5、一；以其为首的团队取得了一系列成果，主要包括：开发了不同组分的碱矿 渣水泥，包括碱-硅酸盐水泥类和碱-无硅酸盐水泥类，后一类可扩展至各种铝硅酸盐天然矿 物、岩石和工业废渣，如高炉矿渣（酸性矿渣）、煤渣、钢渣、粉煤灰、霞石浆、铜渣、火山 灰和烧粘土等，大大地扩大了制造水泥的原料资源；碱矿渣水泥的水化机理及水泥石的结 构研究，奠定了碱矿渣水泥水化的物理化学基础；各种预制建筑构件和现浇构筑物的物理 力学性能研究；碱矿渣水泥及其混凝土耐久性研究，确立了碱矿渣水泥水化产物的特性同 期混凝土性能之间的关系；用工业废渣替代含碱化学试剂。同时，上述工作奠定了其在国 际范围的领先地位，前苏联是目前研究最深入、最

6、系统、工程应用最多的地区。1989年，前 苏联利用碱矿渣混凝土建成过住宅楼。美国在70年代末相继利用类似的方法研制出具有快 硬高强特性的派拉蒙特水泥（Pyrament）,将碱矿渣混凝土用于军事工程快速修路、建临时机 场等瓜6】。法国人DaVidoVitSJ在70年代利用碱激发技术措施成功地研制出土聚合水泥，并 随后用碱矿渣混凝土制造核废料容器。波兰研制成功了 “F-水泥”，即碱矿渣水泥，并投入 实际工程应用瓜91o相比于国外，碱矿渣水泥在我国的研究、生产和应用起步较晚。我国南京化工大学和重 庆建筑大学等多所高校对矿渣的结构、碱矿渣水泥的水化机理、碱矿渣水泥及混凝土的制备、 物理力学性能和耐久性

7、进行了系统研究加。1987年，重庆建筑大学成功研制早强和高强、快 硬和超快硬、高抗渗、高耐久性的碱矿渣混凝土，并制成了批量的预应力和非预应力圆孔楼 板用于工厂、学校、道路等实际工程；1994,在河北省东光县水泥厂4. 4万吨的碱激发矿 渣水泥生产线投产，填补了我国水泥行业者一方面的空白。1996年重庆建筑大学材料系研 制成功了高强、高耐久性和高流动性的高性能碱矿渣混凝土“； 2001年朱效容等研制的BF、 TH、FQ复合缓凝剂，能使碱矿渣混凝土缓凝时间在19小时内任意调节，并成功地由北京城 建混凝土公司应用于靛厂新村住宅楼工程C40、C50泵送混凝土工程。由于大量试验研究，矿渣这种建筑废料已经

8、从废渣成为建筑资源，且出现供不应求的状 况，这就迫切希望使用其他废渣代替。1.2 国内外有色冶金废渣研究现状我国是有色金属生产大国，据统计我国有色冶金废渣的堆放量已达7438X10t,占 地865X10而且还在以年排放量约920Xl（Tt的速度逐年增加。冶金产业产生大量固体废 弃物，以金属银为例，以硫化银火法冶炼金属银，每生产It金属银将排放银渣16t这些 冶金渣大量堆积占用大量土地，污染环境，威胁人们的身体健康。据估算，2011年我国排放 的矿渣达到2.5亿t,而排放的有色金属冶金渣约有7000万t左右岫。如此多的有色冶金 废渣的堆放给我国带来了占用土地、污染土壤、污染水体等一系列的社会问题

9、。所谓的废渣 并不是完全没用的物质，而是在一定时间和地点被丢弃的物质，是放错地方的资源。如果我 们能很好地把这些有色冶金废渣加以利用，使其资源化、无害化，变废为宝，那么对减少废 渣占地和改善环境、节约资源及对企业可持续发展都具有现实意义。在我国，除了矿渣得到了较为高效的利用，其余冶金渣的利用率均未达到10%o目前， 固体废弃物回收利用的研究文献很多，集中在以下几个方面金属的提取。这些金属有 的是因为冶炼工艺的原因没有被提取出的目的金属，有的是原生矿石中所含的伴生金属。这 些金属如不加以回收不仅造成资源上的浪费，还会造成严重的生态环境污染。制备建筑材 料。一些冶金渣含有大量的玻璃相和硅酸钙，在碱

10、性介质的激发下具有潜在的水硬性，经粉 磨后可作为水泥和混凝土的掺合料。此外，经过破碎的有色金属冶金渣也可以用于混凝土骨 料32”。 用于土壤固化，水质净化。以矿渣或矿渣组合物（矿渣与铝铁渣、磷渣、硅镒渣、 粉煤灰及其他工业废渣的一种或多种复合）为主体原料，配以适量的碱性激发剂和表面活性 剂后混合粉磨可制成性能优异的土壤固化剂。当固化剂与土壤中的粘土混合后，生成针状钙 矶石结晶体3CaO-ALQ-3CaS0-32乩0,能有效地填充土团粒间的孔隙，大大提高固化土的 密实度。做为冶炼辅料。例如钢渣中的CM）含量达到了 50%,可替代部分石灰作为烧结 矿助剂。烧结矿中配入适量的钢渣后，可以有效改善烧结

11、矿质量，提高烧结率和转鼓指数， 降低风化率，增加成品率OZ,2000-2012年，我国冶金渣利用率的发展轨迹呈“u”字形，虽有所回升，离100%资源 利用、“零排放”的目标差距很大。导致我国冶金渣利用率偏低有以下主要原因： 冶金 渣开发利用技术支撑体系薄弱，加工技术、应用技术、设备制造技术等核心技术的研究突破 性创新缓慢；我国冶金渣水泥应用技术标准有所提高，生产加工工艺、生产加工设备必须 进行相应的升级改造。产品技术标准的调整带来利用率短期的下降；利用率内涵的变化， 原作为利用率统计的用于铺路、回填等低价值应用的尾渣，近几年不再属于综合利用的统计 范畴，利用率缩水。20世纪下半叶以来。工业发达

12、国家广泛开展了冶金废渣的开发利用研究，我国在冶金废 渣综合利用方面起步较晚，与国外发达国家相比仍比较落后。我国有色冶金废渣综合利用存 在的问题：传统的冶金废渣利用技术含量不高，无害化、资源化水平较低，一些技术所应用 的设备成本较高，工艺繁琐。此外，冶金废渣资源化过程中有些有害物质不能彻底清除，易 产生二次污染。L3银渣研究现状馍渣属于有色冶金废渣，是银冶炼厂和不锈钢冶炼厂排放的一种工业废渣主要形成过程 之一是将熔融态的银铁渣经水淬急冷后使之形成粒化炉渣。银渣分为干渣，水渣，高银渣， 低银渣等不同类型。干渣中含银铁合金较高，水渣中银铁合金含量则较低，高银渣中的银铁 合金银含量高，几乎不上磁。水淬

13、银渣的活性高于干渣，可用来做胶凝材料。赵铁城闽在对 银渣胶凝机理的研究中发现水淬银渣的胶凝性需对其磨细和活性激发这一系列处理后才能呈 现出来。银渣中的主要活性物质SiOz和AbOs, CaO含量偏低并远低于水泥。肖忠明I等在对 水泥的宏观和微观性能研究分析表明，银渣初期活性低，后期活性发展较快，银渣中含量较 高的FC活性物质，能够代替AI参与形成AFt,银渣中含Al,但随着银渣掺量的增加，水泥胶 砂变得干燥，收缩保持稳定，即银渣的掺入对水泥胶砂的稳定性有积极作用。银渣目前被用于井下填充、建筑材料以及有价金属回收等方面: 在井下充填方面运用。 为了解决以熔融态银渣提铁后产生的大量水淬二次渣的处理

14、问题而进行的研究且研究和利用 已经较为成熟解决锲渣活性低的方法是以脱硫石膏和电石渣为主激发剂硫酸钠及水泥为辅激 发剂来发挥馍渣的活性雨。作水泥混凝土集料。Wang团主要研究锲渣作为粗集料掺入混凝 土中对混凝土体积稳定以及强度的影响；MaragkOS网等用XRD和SEM技术手段分析了锲渣作 为集料制备出聚合物的微观组织结构；Shoya网等研究了粉碎筛选后作为细集料的锲渣所制备 的自密实混凝土的孔隙率和抗冻性能；唐天佼刖以破碎银渣替代混凝土里天然砂，研究锲渣 混凝土的各项性能与普通混凝土的差异。作为混合材生产水泥。费文斌等以少量熟料为 激发剂，综合利用铜银渣、矿渣、钢渣等工业废渣作主要胶凝材料，进

15、行少熟料水泥研究； 刘玉峰等用湿粉煤灰-银渣配料替代粘土-铁矿石配料，并用工业废渣作为矿物掺合料，通 过分解窑生产水泥；DoUrdoUniS等采用细磨的银铁渣制备高铝水泥。生产建筑砌块。徐 彬,等制作的建筑砌块中银矿渣掺量高达94%,其抗压强度达28. 9MPa,充分利用银渣的优点， 提高银渣利用率。 制作微晶玻璃。王忠杰的等利用金川公司闪炉熔炼的水淬渣研制出具有 优良力学性能以及耐久性能的银渣-高炉微晶玻璃；周琦闾等以银渣及粉煤灰为主要原料，通 过碱金属氧化物制备RzO-MgO-AbOs-SiOz系微晶玻璃，其抗折强度可达138. 34MPao 提取银 渣中的金属。王宁等研究从银渣中回收硫酸

16、银、硫酸铜以及硫酸钻的工艺。但随着生产工 艺不断先进，银渣中有用金属含量将越来越少，逐渐失去提取价值。目前国内外对银渣这种工业废渣的应用虽比较多，但是真正把银渣作为胶凝材料来研究 还比较少。这也对银渣的合理利用造成浪费，使其不能成为如矿渣那样的资源。对于碱激发 银渣胶凝材料的研究相对较少，这主要是因为这类渣的基本特点是它们均属于活性较低的酸 性渣。银渣也属于有色冶金渣的一种，银渣是金属银和银合金冶炼过程中产生的一种固体废 渣，即其高温熔融物经水淬后形成的一种粒化炉渣，其化学成分因矿石来源和冶炼工艺的不 同，有较大差异，其中SiOz含量30%50%, Fe2O3o含量30%60%, CaO含量L 5%5%, MgO含量1%15%, ALO3含量2. 5%6%。与粒化高炉矿渣相比，CaO、Mgo和AI2O3含量低 很多