矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究

张婷婷; 周子钰; 郭利杰; 武震林; 韩俊南

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

黄金科学技术 >

2020 , Vol. 28 >Issue 5: 678 - 687

DOI: https://doi.org/10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

绿色胶凝材料专栏

矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究

张婷婷 ^,¹ ,
周子钰 ¹ ,
郭利杰 ² ,
武震林 ^,¹ ,
韩俊南 ¹

展开

^1. 大连理工大学，辽宁大连 116024
^2. 矿冶科技集团有限公司，北京 100160

武震林（1983-），男，辽宁大连人，副教授，从事先进材料研究工作。zhenlinwu@dlut.edu.cn

张婷婷（1983-），女，山东平度人，副教授，从事低碳胶凝材料研究工作。tingtingzhang@dlut.edu.cn

收稿日期: 2020-06-13

修回日期: 2020-09-02

网络出版日期: 2020-11-05

基金资助

国家重点研发计划项目“基于有色冶炼渣的绿色充填凝胶材料制备及性能合作研究”(2017YFE0107000)

收起

Study on Properties of Mineral Admixture Modified Copper-Nickel Slag Cementitious Materials

Tingting ZHANG ^,¹ ,
Ziyu ZHOU ¹ ,
Lijie GUO ² ,
Zhenlin WU ^,¹ ,
Junnan HAN ¹

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^1. Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China
^2. BGRIMM Technology Group，Beijing 110160，China

Received date: 2020-06-13

Revised date: 2020-09-02

Online published: 2020-11-05

Fold

本文亮点

随着有色金属产业的迅猛发展，铜镍冶炼渣大面积堆放造成的环境污染问题也日益突出，研究以铜镍渣为原料的建筑胶凝材料具有“利废为宝”的现实意义。然而，前期工作表明铜镍渣胶凝材料在单独碱激发条件下的胶凝性能和力学性能均不理想。本研究旨在利用2种矿物掺合料来加速激发铜镍渣胶凝材料以提高其力学性能，并利用XRD、FTIR和SEM等测试方法来分析掺合料的改性效果和改性机理。结果表明：粉煤灰和矿渣粉作为掺合料均能提高NaOH激发下铜镍渣胶凝材料的力学性能，其中矿渣粉的改性效果更为显著。微观结构分析表明：矿物掺合料能够弥补铜镍渣中钙源不足的缺陷，生成更多C-S-H凝胶的同时也起到了加速激发的效果。

本文引用格式

张婷婷 , 周子钰 , 郭利杰 , 武震林 , 韩俊南 . 矿物掺合料改性铜镍渣胶凝材料的性能研究[J]. 黄金科学技术, 2020 , 28(5) : 678 -687 . DOI: 10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.109

Highlights

With the further expansion of demand in the non-ferrous metal industry，the environmental pollution caused by large-scale stacking of copper-nickel smelting slag is becoming more and more serious.There are various forms of secondary utilization of copper-nickel slag in worldwide，including conventional methods such as metal extraction，glass-ceramics generation and ceramics，all of which have the disadvantage of low comprehensive utilization.Therefore，it is of great practical significance to study the construction cementitious materials using copper-nickel slag as the raw material in the secondary utilization of industrial waste.In the preliminary experiment，our research group used NaOH as the alkali activator to conduct the ion dissolution characteristics research of copper-nickel slag and the mechanical properties test of copper-nickel slag cementitious materials.The preliminary results show that the gelation and mechanical properties of copper-nickel slag materials are not ideal under the condition of a single alkali activator，and it is difficult to meet the actual engineering application standards.Therefore，this paper aims to use mineral admixtures to accelerate the activation of modified copper-nickel slag cementitious materials to improve their mechanical properties.After comprehensive consideration，we selected the slag powder and fly ash，which are also industrial waste，as the modifier.The admixture was mixed into the copper-nickel slag separately through the external mixing method to form two experimental groups.The final mixture ratio and water-cement ratio are adjusted and determined according to preliminary experiments.After curing，the compressive strength of each group of samples was tested by a universal testing machine.Then the product composition and modification mechanism of the experimental samples at various ages were analyzed by XRD，FTIR，SEM and other testing methods，and the performance improvement effect of different mineral admixtures was evaluated.The results show that both fly ash and slag powder as admixtures can improve the mechanical properties of copper-nickel slag cementitious materials of various ages by NaOH-activation，and the modification effect of high-doped slag powder is better.The modified cementitious material can basically replace ordinary Portland cement.According to the analysis of sample product and microstructure，the addition of mineral admixtures makes up for the deficiency of insufficient calcium source in the copper-nickel slag，which makes the polymerization reaction under alkaline activation more intense.In addition，the amount of C-S-H gel produced in the samples of the modified experimental group increased significantly，and the amount of iron gel produced decreased，showing a good acceleration excitation effect at all ages.

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《地球大数据支撑可持续发展目标报告(2020)》发布

在第75届联合国大会期间，中方发布《地球大数据支撑可持续发展目标报告（2020）》。报告展现了中国利用科技创新推动落实联合国2030年可持续发展议程的探索和实践，为各国加强2030年议程落实监测评估提供借鉴。

中国土地退化零增长进展评估和生物多样性保护对策、中国城镇可持续发展综合评价、中国湿地空间分布格局和保护对策、中国近海生态系统健康评估、全球中高分辨率森林覆盖监测……这一报告汇集了26个典型案例，提出24套数据产品、13种方法模型和19个决策支持。

中国科学院“地球大数据科学工程”发挥地球大数据多源、多时相、宏观快速和高度集成等优势，围绕零饥饿、清洁饮水与卫生设施、可持续城市和社区、气候行动、水下生物、陆地生物6个可持续发展目标，从全球、区域、国家、典型地区4个尺度，在数据、方法模型和决策支持方面深入研究。

“地球大数据科学工程”负责人、中国科学院院士郭华东介绍，可持续发展目标全球指标体系作为联合国会员国自愿采用的非约束性评估指标，仍在不断完善中。中科院“地球大数据科学工程”已逐步形成了地球大数据支撑可持续发展目标实现的理论体系，搭建了科技创新支撑2030年议程实施的创新平台。希望本系列报告的推出，能够为2030年议程全球落实和推动共建 “一带一路”作出积极贡献。

中国科学院副院长张亚平说，“地球大数据科学工程”自立项伊始便积极组织科技力量，在联合国技术促进机制的框架下，探究地球大数据服务可持续发展目标实现的理论和技术方法。系列报告已成为中国科技支撑可持续发展目标的代表性成果，为2030年议程有效实施提供解决方案和科技支撑。

2019年，出席第74届联合国大会的中国代表团曾发布《地球大数据支撑可持续发展目标报告》。

（来源：新华社）

http://www.goldsci.ac.cn/article/2020/1005-2518/1005-2518-2020-28-5-678.shtml

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

1	Li K Q， Zhang Y Y， Zhao P，et al.Activating of nickel slag and preparing of cementitious materials for backfilling［J］.Advanced Materials Research，2014，936：1624-1629.

2	殷志峰，徐从战，王虔虔，等.建材领域资源化利用镍渣的研究与应用［J］.中国水泥，2019（8）：81-85. Yin Zhifeng， Xu Congzhan， Wang Qianqian，et al.Study and application of utilization of nickel slag as resource in building material field［J］.China Cement，2019（8）：81-85.

3	杨志强，高谦，王永前，等.利用金川水淬镍渣尾砂开发新型充填胶凝剂试验研究［J］.岩土工程学报，2014，36（8）：1498-1506. Yang Zhiqiang， Gao Qian， Wang Yongqian，et al.Experimental study on new filling cementing material using water-hardening nickel slag tailings of Jinchuan mine［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36（8）：1498-1506.

4	陈杰，倪文，张静文.以冶金渣为胶凝材料的全尾砂胶结充填料的制备［J］.现代矿业，2014（11）：171-174. Chen Jie， Ni Wen， Zhang Jingwen.Preparation of cemented whole tailings backlling materials by using iron and steel slag as major row materials of the cementing agent［J］.Modern Mining，2014（11）：171-174.

5	Al-Jabri K S， Hisada M， Al-Oraimi S K，et al.Copper slag as sand replacement for high performance concrete［J］.Cement and Concrete Composites，2009，31（7）：483-488.

6	Wu W， Zhang W D， Ma G W.Mechanical properties of copper slag reinforced concrete under dynamic compression［J］.Construction and Building Materials，2009，24（6）：910-917.

7	Al-Jabri K S， Hisada M， Al-Saidy A H，et al.Performance of high strength concrete made with copper slag as a fine aggregate［J］.Construction and Building Materials，2009，23（6）：2132-2140.

8	Ahmari S， Zhang L Y， Zhang J H.Effects of activator type/concentration and curing temperature on alkali-activated binder based on copper mine tailings［M］.Journal of Materials Science，2012，47（16）：5933-5945.

9	Ahmari S， Zhang L Y.Production of eco-friendly bricks from copper mine tailings through geopolymerization［J］.Construction and Building Materials，2012，29（4）：323-331.

10	Mirhosseini S R， Fadaee M， Tabatabaei R，et al.Mechanical properties of concrete with Sarcheshmeh mineral complex copper slag as a part of cementitious materials［J］.Construction and Building Materials，2017，134：44-49.

11	Tixier R， Devaguptapu R， Mobasher B.The effect of copper slag on the hydration and mechanical properties of cementitious mixtures［J］.Cement and Concrete Research，1997，27（10）：1569-1580.

12	Al-Jabri K S， Al-Saidy A H， Taha R.Effect of copper slag as a fine aggregate on the properties of cement mortars and concrete［J］.Construction and Building Materials，2011，25（2）：933-938.

13	孔祥文，王丹，隋智通.矿渣胶凝材料的活化机理及高效激发剂［J］.中国资源综合利用，2004，6：22-26. Kong Xiangwen， Wang Dan， Zhitong Sui.The activated mechanism and the best activator of slag activated cement［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2004（6）：22-26.

14	Puerta-Falla G， Kumar A， Gomez-Zamorano L，et al.The influence of filler type and surface area on the hydration rates of calcium aluminate cement［J］.Construction and Building Materials，2015，96：657-665.

15	Mirhosseini S R， Fadaee M， Tabatabaei R，et al.Mechanical properties of concrete with Sarcheshmeh mineral complex copper slag as a part of cementitious materials［J］.Construction and Building Materials，2017，134：44-49.

16	Liu S J， Hu Q Q， Zhao F Q，et al.Utilization of steel slag，iron tailings and fly ash as aggregates to prepare a polymer-modified waterproof mortar with a core-shell styrene-acrylic copolymer as the modifier［J］.Construction and Building Materials，2014，72：15-22.

17	Gorai B， Jana R K，Premchand.Characteristics and utilisation of copper slag—A review［J］.Resources Conservation snd Recycling，2003，39（4）：299-313.

18	肖忠明，王昕，霍春明，等.镍渣水化特性的研究［J］.广东建材，2009，25（9）：9-12. Xiao Zhongming， Wang Xin， Huo Chunming，et al.Study on the hydration characteristics of nickel slag［J］.Guangdong Building Materials，2009，25（9）：9-12.

19	陈天福，王锡千，赵海泉，等.铜矿渣配料烧制硅酸盐水泥熟料的方法：CN1050859A［P］.1991-04-14. Chen Tianfu， Wang Xiqian， Zhao Haiquan，et al.Method for burning portland cement clinker with copper slag ingredients：CN1050859A ［P］.1991-04-14.

20	高术杰，倪文，李克庆，等.用水淬二次镍渣制备矿山充填材料及其水化机理［J］.硅酸盐学报，2013，41（5）：612-619. Gao Shujie， Ni Wen， Li Keqing，et al.Preparation and hydrated mechanism of mine filling material of water-granulated secondary nickel slag［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2013，41（5）：612-619.

21	王佳佳，刘广宇，倪文，等.激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响［J］.金属矿山，2013，42（4）：159-163. Wang Jiajia， Liu Guangyu， Ni Wen，et al.Analysis of the influences of activator on performances of Jinchuan water-granulated secondary Ni slag cemented backfilling materials［J］.Metal Mine，2013，42（4）：159-163.

22	晏波，陈涛，肖贤明，等.一种铜硫尾矿中金属铷资源回收的浸出液分离提纯处理工艺：CN201310040833.6［P］.2014-08-06. Yan Bo， Chen Tao， Xiao Xianming，et al.Separation and purification process for leaching liquid for metal rubidium resource recovery in copper-sulfur tailings：CN20131 0040833.6［P］.2014-08-06.

23	郑娟荣，覃维祖，张涛.碱—偏高岭土胶凝材料的凝结硬化性能研究［J］.湖南大学学报（自然科学版），2004，31（4）：60-63，76. Zhen Juanrong， Qin Weizu， Zhang Tao.The Setting and hardening characteristics of alkali-activated metakaolin cementitious materials［J］.Journal of Hunan University（Natural Science），2004，31（4）：60-63，76.

24	金浩亮.不同激发剂对铜镍渣的胶凝活性激发研究［D］.大连：大连理工大学，2019. Jin Haoliang.Study on the Gelling Activity of Copper-Nickel Slag by Different Activators［D］.Dalian：Dalian University of Technology，2019.

25	彭华.诺兰达炉渣综合利用研究（上）［J］.金属矿山，2004，34（1）：58-61. Peng Hua.Study on comprehensive utilization of Nolanda furnace slags（Part Ⅰ）［J］.Metal Mine，2004，34（1）：58-61.

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