单组份碱激发镍渣水泥的制备及性能研究.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单组彳份碱激发银渣水泥的制备及性能研究姓名学号性别导师学科专业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、冶金渣的现状及传统应用方式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7438Wt,占地865X10%2,而且还在以年排放量约920X10%的速度逐年增加

2、。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16tt2jo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，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。而且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

3、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：（1）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；（2）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国。（3）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、硅锦渣、粉煤灰及其他工业废渣的一种或多种复合）为主体原料，

4、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-AU）33CaS04-32HO能有效地填充土团粒间的孔隙，大大提高固化土的密实度。（4）做为冶炼辅料。例如钢渣中的Cao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，可以有效改善烧结矿质量，提高烧结率和转鼓指数，降低风化率，增加成品率皿。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：（1）冶金渣开发利用技术支撑体系薄弱，加工技

5、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；（2）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；（3）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

6、中有些有害物质不能彻底清除，易产生二次污染。2、碱激发矿渣水泥的研究现状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

7、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.Glukhovskyci41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

8、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,闻。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

9、于军事工程快速修路、建临时机场等，6,法国人DaVidoVitS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g加。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进行了系统研究如。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

10、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网。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年朱效容网等研制的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。3、单组份碱激发锲渣水泥的提出在研究碱激发水泥时，一般碱激发剂的加入方式有三种网：（1）预先溶解到拌合水中；（2）与粉料共同粉磨；（3）先和粉料干混再加拌合水。在现有的研究中，大多采用第一种方法先把激发剂溶解到拌合水中，这就可使得在使用碱激发水泥时，需要现

11、场配制，给工程利用带来许多不便。为了解决碱激发水泥在实际工程中运用带来的不便，徐彬、蒲心诚的等研究了固态碱组分碱矿渣水泥，并且对这种新型胶凝材料的生产工艺、水化机理、物理力学性能和耐久性进行了深入的研究。AilarHajimohammadiJohnL.Provis等利用地聚SiO2和铝酸钠混合研制出一种只需加水就能使用的单组份地聚合物材料。目前对于碱激发有色冶金渣的研究相对较少，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

12、较大差异，其中Si（含量30%50%,Fe2O30含量30%60%,CaO含量L5%5%,MgO含量1%15%,AI2O3含量2.5%6%。与粒化高炉矿渣相比，CaOsMgo和AkOs含量低很多，但SiOz和Fe2O3含量高很多，因此其活性更低，也更难磨。虽然银渣的活性相比粒化高炉矿渣较低，但其主要成分相似，因此使得利用锲渣制作碱性胶凝材料成为可能。因此，提出了单组份碱激发银渣水泥这一课题，锲渣为主要材料，利用固态碱激发剂激发银渣的活性，制备出像普通波特兰水泥一样只需加水拌合就能直接使用的单组份碱激发银渣水泥，并对改水泥的性能进行研究。4、本文的意义有色冶金废渣的利用率还及其低，因此能提高有色

13、冶金废渣的使用具有较广阔的前景。本文利用的银渣作为有色冶金废渣中的一种，对银渣使用的研究能为其它此类渣的使用提供较好的参考示范。利用银渣制备的单组份碱激发银渣水泥能很好地弥补液态碱组分碱激发水泥的缺陷，使用方便，为实际工程中的使用带来便利。该水泥充分利用废弃物银渣，很好的解决了此类金属废弃物对环境所造成的污染，属于环保材料，非常符合当今社会的发展。二、论文的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题(包括具体研究与开发的主要内容、目标和要重点解决的关键技术问题)1、研究内容主要研究以下几个方面的内容：(1)对银渣进行成分检测，评价银渣活性。(2)确定单组份碱激发银渣水泥的配合比。(3)研究单组份

14、碱激发银渣水泥的激发机理分析。(4)研究单组份碱激发银渣水泥的基本物理性能。(5)研究单组份碱激发银渣水泥胶砂的性能。(6)研究单组份碱激发银渣水泥混凝土的性能。2、研究目标利用银渣配制出单组份碱激发银渣水泥，研究该新型环保水泥的相关性能，并且通过与普通硅酸盐水泥对比做出评价。3、拟解决的关键问题银渣的活性较低，可能制备的单组份碱激发银渣水泥强度较低，因此需要通过合理的调节配合比提高单组份碱激发银渣水泥的强度及性能。三、拟采取的研究方案及可行性分析(包括研究的基本思路，研究过程拟采用的方法和手段，现有研究条件和基础，研究开发方案和技术路线等)1、研究的基本思路：(1)通过微观检测试验，对银渣进

15、行成分检测，对银渣活性做出评价。(2)设计正交试验研究出单组份碱激发银渣水泥的配方。(3)通过微观试验对单组份碱激发银渣水泥的激发机理分析。(4)研究单组份碱激发银渣水泥的相关性能指标及性能，并与普通硅酸盐水泥对比。(5)当单组份碱激发锲渣水泥的基本力学性能比普通硅酸盐水泥差时，重新调整配合比。反之研究单组份碱激发银渣水泥胶砂以及混凝土性能。(6)总结研究成果，提出进一步研究的建议。2、拟采用的方法和手段：(1)通过对相关文献的研究以及前期预实验，设计出合理的正交试验。(2)以强度、凝结时间作为指标，通过正交试验得出碱银渣水泥的配方。(3)通过孔结构、ESEM等微观试验对碱银渣水泥进行微观结构

16、分析。3、现有研究条件及基础研究方法及内容的可行性：前人已对碱激发矿渣水泥有了系统的研究，而银渣与矿渣成分相似，本人对单组份碱激发银渣水泥进行了实验尝试，验证了其具有一定可行性。实验设备：课题组及学校测试中心拥有一系列用于水泥宏观及微观实验的实验仪器。理论指导：课题组老师及合作老师长期从事水泥基材料及新型建筑材料的研究，对论文的开展将起到积极的指导作用。前期实验准备：前期进行了单组份碱激发银渣水泥净浆的相关试验，积累了一定试验经验。4、技术路线正交试验于 劣重新设计四、本课题的特色与创新之处(1)目前的碱激发水泥的研究大多是采用液态碱组份，这不利于实际工程中的利用，本课题制备的单组份碱激发银渣水泥