硕士选题报告徐博书.doc

大连理工大学硕士研究生学位论文选题报告姓 名：徐博书学 号：20806075 专 业：市政工程 论文题目：铁尾矿砂UFB砖的制备与物理性能分析 指导教师：潘宝峰 副教授 填表日期： 2009年 12月 28日5一、文献综述（1、课题所属研究领域；2、课题的理论意义和应用价值；3、国内外研究概况及发展趋势;4、存在的问题及本论文研究目标）1、课题所属研究领域道路材料2、课题的理论意义和应用价值尾矿,就是选矿厂在特定经济技术条件下,将矿石磨细,选取“有用组分”后排放的废弃物,也就是矿石选别出精矿后剩余的固体废料。一般是由选矿厂排放的尾矿浆经自然脱水后所形成的固体矿业废料,是固体工业废料的主要组成部分,其中含有一定数量的有用金属和矿物,可视为一种“复合”硅酸盐、碳酸盐等矿物材料,具有粒度细、数量大、成本低、可利用性大的特点。从化学成分上看,铁尾矿具备在建筑材料中应用的条件。在尾矿砂中掺入适量的石灰或水泥，并在最佳含水量下拌匀压实，两者会发生一系列的物理化学作用。一般分四个方面，第一是离子交换作用，第二是结晶硬化作用，第三是火山灰作用，第四是碳酸化作用。尾矿目前均采用尾矿库集中堆放方式，但占用大量土地，对周围环境也有一定影响。建筑工程需要消耗大量建筑材料，若把铁尾矿用在墙体砖、人行道砖等的制备中：(1)可以大量消耗铁尾矿，减少对周围环境的污染和减少尾矿库事故；(2)可以降低建筑工程造价，实现其自身价值；(3)可以大量减少河砂和土石方的消耗量, 避免破坏土地和环境。(4)可以有效的贯彻国家节能减排、循环经济的政策，创造良好的经济和社会效应。3、国内外研究概况及发展趋势国内的研究概况在国内对铁尾矿主要进行再选与有价元素的综合回收，用尾矿作矿山采空区充填料，铁尾矿作土壤改良剂及微量元素肥料，利用尾矿库复垦植被，利用铁尾矿作建筑材料。主要的研究领域有：用于研制生产墙体材料、用于研制生产水泥、用于研制生产装饰材料、其它建筑材料的研制和生产(如陶瓷等)，近几年，许多科研单位与矿山部门密切配合,开展了大量的研究工作,并取得了一系列成果。2000年 03月沈阳建筑工程学院王金忠等人用正交试验法确定了利用铁尾矿作原料研制生产烧结砖的配方, 并对铁尾矿烧结砖影响因素进行分析讨论, 制成强度等级为Mu15的铁尾矿砖。2 0 0 4年0 2月河北理工学院贾清梅等人利用唐山地区铁尾矿进行了制作尾矿砖的研究在经过配比优化之后,确定免烧砖配比为，铁尾矿：60；骨料：12；水泥；15；水：13，该砖可以达到设计强度要求。2007年大连理工大学鹿晓斌等人利用铁尾矿为初始原料，采用添加造孔剂发泡法和常温聚合发泡法制备了烧结泡沫材料。首先以铁尾矿烧结体为研究对象，研究最佳的原料组成和烧结制度，然后在此基础上研究两种发泡工艺制备烧结泡沫材料的工艺过程，初步探索铁尾矿烧结玻面材料的制备，并对得到的制品进行性能检测和分析。2008年5月北京科技大学郑永超等人利用铁尾矿、矿渣、脱硫石膏、少量熟料及成岩剂制备了抗压强度达到100 MPa、固体废弃物掺量达到87%的高强结构材料，并研究了其配合比、成岩剂掺量、蒸养温度与高强结构材料抗压强度的关系，取得了较理想的成果。2008年12月大连理工大学杨青等人对无机结合料稳定铁尾矿砂设计了试验路配合比方案进行了研究，试验结果表明，用31%石灰稳定铁尾矿砂、11%的水泥稳定铁尾矿砂、12%石灰和2%水泥稳定铁尾矿砂均能满足规范要求的低等级公路基层强度要求。2009年2月，齐齐哈尔大学王超会等人以齐齐哈尔市某电厂湿法排放的粉煤灰为原料，分别以水泥和水玻璃作为粘结剂，并添加了自制的免烧砖添加剂，进行了免烧砖制备与免烧砖的性能研究的试验。其试验结果表明使用添加剂制备出的免烧砖在性能上已经达到了现有红砖的性能，故该免压砖的应用前景良好，可以取得很好的社会效益与经济效益。2009年4月，西安建筑科技大学何廷树等人以陕西某铁尾矿为主要原料,添加少量水泥及适量当地河砂,制备MU15级干压免烧砖,研究了铁尾矿与河砂的质量比、水泥用量、拌和用水量、成型压力以及化学外加剂对尾矿免烧砖抗压强度的影响。结果表明:在成型压力为15MPa条件下,铁尾矿与河砂的质量比为1.251.00,水泥在固体干料总量中占10%,拌和用水量为固体干料总量的8%,萘系高效减水剂掺量为水泥量的0.8%,葡萄糖酸钠缓凝剂掺量为水泥量的0.03%时,可制得28d抗压强度达到16.4MPa的铁尾矿免烧砖,其各项性能指标符合JC/T4222007非烧结垃圾尾矿砖标准的规定。2009年 12月清华大学易忠来等人以马鞍山姑山铁尾矿为原料,采用TG-DTA、XRD、IR等测试方法研究了热活化对铁尾矿胶凝活性的影响,结果表明热活化能提高铁尾矿的胶凝活性,实验条件下,700热活化处理获得了胶凝活性最好的铁尾矿，该实验为应用铁尾矿材料做了进一步的理论铺垫。国外的研究概况对尾矿的综合利用开发研究国外进行的较早。美国、加拿大、前苏联等国均投入了大量资金，并已取得了明显的经济效益和社会效益。目前尾矿的开发利用主要是二次回收有用组分、深加工和整体利用。在国外早在60年代初，前苏联就开始了尾矿建材的研究和生产，如克里沃罗格铁矿除将尾矿进行适当分级后用作混凝土的粗细骨料外，还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建筑制品；库尔斯克则建起了以尾矿为主要原料的水泥厂和玻璃厂；科夫多尔和卡齐卡纳尔采选公司还用含大量硅酸镁的选矿尾矿，研制出镁质水泥和水泥制品。加拿大除以尾矿墙体材料研究为特色外，魁北克矿山还用磨细的尾矿烧制耐火硅砖。美国除从废石中回收萤石、长石、石英等外，目前绝大多数尾矿被用作混凝土填料和铺路材料，也有人用铁燧石岩尾矿制成密度可调的轻质砖。日本有人将铁尾矿与10%的硅藻土混合，烧制成轻质骨料。其他各国采矿部门也重视矿产资源的合理开发利用，如保加利亚将尾矿中回收的石英用作水泥混合料与炼铜熔剂等。近几年国外的研究也较多，主要成果如下：印度作为世界上第三大尾矿生产国，其每年产生了高达近2000万吨的尾矿。这些尾矿存放在尾矿库中，并产生了复杂的环境问题。如何安全的出处和利用它们是目前的一个挑战。2000年4月印度国家冶金实验室进行了一系列的试验，成功的将其转化为高附加值的陶瓷地板和墙砖。这些墙砖的强度和其他指标达到了规范的要求。经济型和低能耗是这些尾矿砖的主要优点。2004年6月加拿大魁北克大学(UQAT) M. Benzaazoua等人对水泥固化铁尾矿回填矿区进行了试验。试验结果证明铁尾矿的细度与密实度显著的影响水泥固化尾矿的性能（强度，成本，需水量），尤其是细料，显著的影响胶结回填料的性能、微空隙在其中的分布、排水能力与连续性、强度发展和给定组分的需水量。试验同时表明，不仅总体的空隙率影响胶结回填的强度，而且微孔在其中的分布也起很重要的作用。随尾矿细度的增加，需水量也相应增加。尾矿密度的增加会提高水泥掺量，进而增加造价。2005年西班牙CSIC研究院的F. Puertas等人进行了碱激活粉煤灰尾矿水化物的研究试验。研究的因素包括：活化剂，养护温度，粉煤灰与尾矿的比例等。作者通过这些考虑的因素建立起机理的试验模型，得出结论：粉煤灰与尾矿的比例是最重要的影响因素，养护温度相对来说是最不显著的试验影响因素。在设定的养护条件下，NaOH激活的50%粉煤灰与50%尾矿的28天强度可以达到50MPa。通过盐酸试验，XRD,FTIR等的分析，水化物中尾矿几乎完全反应；同时可见，粉煤灰部分参与了反应过程。2009年4月英国格拉摩根大学工程学部土木工程研究组的J.E. Oti等人开展了石灰与水泥稳定高炉矿渣制作免压砖的试验研究，并进行了其与普通烧制砖的性能对比研究，最后得出该免压砖可以应用于中小型建筑和低能耗的砌体结构的结论。4、存在的问题及本论文研究目标存在的问题(1) 国内外的专家学者对铁尾矿有较多的研究，但对于尾矿制备免烧砖的研究相对较少。(2) 行业标准JC/T4222007非烧结垃圾尾矿砖已于2008年4月1日起实施，但较早的研究和探索均基于较早的国家规范和行业标准，甚至有些近期的研究仍然沿用旧的规范。新标准取消了强度为10.0MPa以下等级的砖，增加25.0MPa等级的砖;增加了碳化、软化性能和放射性的技术要求。鉴于此，有必要对铁尾矿制备免烧砖进行新的探索和研究，以使其更好的为国家的建筑事业服务。(3) 不同地区地质条件各不相同，铁尾矿的各组分及其含量也有所区别，铁尾矿的利用及开发需针对不同地区的特定条件做专门的研究。本研究工作是针对辽宁朝阳地区的铁尾矿而进行的。(4) 2008年山西省临汾市襄汾县新塔矿业公司“98”特大尾矿库溃坝事故，让人们对尾矿库产生了刻骨铭心的认识。减少尾矿数量，变废为宝，是国家十一五规划中的重点课题。无论从环境的协调性、经济的可行性上来讲，还是从国家的政策指向性来看，尾矿的综合利用势在必行，尾矿的综合治理刻不容缓。本论文研究目标针对特定地区尾矿砂材料设计试验方案，预期制备出符合标准的铁尾矿UFB砖。二、研究内容和方法（1、选题的学术思想、特色和预期达到的成果和水平；2、研究内容要解决的问题；3、技术路线和技术措施；进度计划）1、选题的学术思想、特色和预期达到的成果和水平 本课题从道路材料的角度对铁尾矿砂进行综合利用，具有经济性好、实用性高等特点，符合科学的可持续发展要求。本研究针对特定地区尾矿砂材料设计试验方案，预期制备出符合标准的铁尾矿免烧砖。2、研究内容要解决的问题 铁尾矿砂物理参数及力学指标的确定； 铁尾矿砂制备砖的正交化试验方案及材料最佳配比； 铁尾矿砂砖的统计分析及数学模型； 铁尾矿砂砖的物理指标及特性研究。3、技术路线和技术措施 技术路线 确定尾矿砂的各项物理特性和化学性质； 掺加不同比例的胶结料和特种外加剂； 通过对实验结果分析对配比进行调整，得到最佳配合比和相应的试验条件； 在最佳配比和相应条件下对其性能指标进行相关试验测试。 初步方案 初选成型压力10MPa、15MPa、18MPa、20MPa、25MPa 初选水泥用量8%、10%、12% 用水量8% 掺加剂水泥质量的0.8%进度计划(1)2009.092009.12课题的选择，对课题进行理论的研究，并查阅国内外与课题相关文献，从理论上作好充分的准备；(2)2009.122010.03学习建筑材料与数理统计的相关知识，熟悉相关的规范与标准，制定相关试验方案；(3)2010.032010.04针对制定的试验计划进行试验准备工作；(4)