助磨剂对铁尾矿助磨效果及混合水泥水化性能的影响

刘 宝 潘钢华 高 敏 蒙海宁

(1东南大学材料科学与工程学院, 南京 211189)(2东南大学江苏省土木工程材料重点实验室, 南京 211189)(3江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司, 镇江 212004)

水泥生产的原料日益枯竭，探索传统水泥的替代或部分替代很有必要，也是实现碳达峰和碳中和的重要措施[1-3].其他的矿产资源也逐步挖掘和开发，可用资源日益减少[4-6].同时，矿产开发留下的尾矿数量不断增加，这将对环境造成非常严重的污染和破坏，导致土壤污染,土地退化,植被破坏.另外，由于选矿技术的提升，使铁矿石可选品位不断降低，导致细粒径的铁尾矿数量增多，粒径小于0.6 mm的铁尾矿占比达90%以上，此种粒级范围的铁尾矿不再适合作为骨料应用于商品混凝土中[7].由于铁尾矿粉(ITP)的主要成分类似于胶凝材料，因此研磨后的铁尾矿粉具有作为生态胶凝材料的潜力，不仅可以减少水泥的使用量，同时可缓解铁尾矿的储存压力.然而，铁尾矿粉的主要成分属于惰性组分，其能否作为胶凝材料应用于混凝土中，主要取决于粉磨后是否具有火山灰活性以及活性大小.周永娜等[8]选用粒径小于0.5 mm的铁尾矿粉取代水泥制备胶砂，结果表明掺10%质量分数的铁尾矿胶砂抗压强度稍低于基准胶砂，而质量分数大于10%铁尾矿胶砂抗压强度远小于基准胶砂，说明未活化处理的铁尾矿利用率很低.

为了解决上述问题，需要对铁尾矿进行研磨活化处理.机械研磨不仅使颗粒粒度缩小，比表面积增大，而且会产生大量的新表面，使颗粒的表面自由能增加，反应活性增大.然而，固体粉末研磨过程容易发生粉磨极限，研磨时间过长不仅需要消耗大量的电能，而且由于引力作用，铁尾矿颗粒还会聚集在一起，降低球磨效率，因此结块团聚现象仍然是粉磨工艺的瓶颈问题.另外，铁尾矿作为非活性掺和料，由于不同的粉磨效果对铁尾矿产生的作用有所差别，若能使得铁尾矿晶格系数在机械力化学作用下发生变化，最终出现无序结构，即铁尾矿中Si—O化学键出现断裂与重组现象，则可使其颗粒细化，达到铁尾矿的最大活性.因此，有必要添加助磨剂来提高研磨效率和增加其研磨后活性.

目前，最常见的有机助磨剂是链烷醇胺，例如三异丙醇胺(TIPA)和三乙醇胺(TEA)，它们也是硅酸盐水泥熟料破碎过程中常用的化学物质，通过促进水泥早期水化来提高混凝土的力学性能.TEA作为醇胺类助磨剂，有效络合水泥等原料中的Ca2+、Al3+等离子，尤其是在高pH值下对Fe3+具有良好的络合潜力，可加速铁铝酸四钙的水化反应[9].TIPA也可以与Fe3+等离子络合，加速铁铝酸四钙在高pH值浆体中的溶解和水化，另外，TIPA分子中异丙基上的甲基链使其空间位阻增大，阻碍了TIPA吸附在水化产物上[10]，这是体系中后期强度增加的主要原因.

本研究的目的是评价2种商用助磨剂TEA和TIPA对铁尾矿的助磨效果及对铁尾矿粉-硅酸盐水泥体系水化性能的影响，并探究助磨剂种类和掺量对铁尾矿性能的影响.铁尾矿作为非活性掺和料，前期主要发挥填充效应和晶核效应；如果单纯机械球磨，由于粉磨极限使颗粒容易团聚，此时铁尾矿可能介于活性与非活性混合材料之间，而添加助磨剂来提高研磨效率，能达到对铁尾矿的最大活化效果.本研究可为提高铁尾矿活性提供参考.

1 试验

1.1 原材料

水泥选用小野田水泥厂生产的P·Ⅱ 52.5硅酸盐水泥,其物理性能和化学组成分别见表1和表2.铁尾矿样品取自江苏省镇江市韦岗铁矿有限公司,为便于开展实验,对铁尾矿进行了水洗、烘干、去除杂质等预处理.图1为原状铁尾矿的SEM 图,可以看出,铁尾矿颗粒形状不规则,表面粗糙,棱角数量较多.图2给出了铁尾矿粉的矿物组成,可以看出,铁尾矿粉的矿物组成成分为石英、方解石、钠长石和钙铁榴石等.本次试验使用的标准砂石是从中国ISO标准砂有限公司(厦门)购买的SiO2质量分数不低于98%的天然的球形硅质砂.另外,三乙醇胺(分析纯,纯度不小于78.0%)采购于国药集团化学试剂有限公司;三异丙醇胺(试剂级,纯度为95.0%)采购于上海阿拉丁试剂有限公司,2种醇胺的结构式如图3所示.试验中所使用的水为去离子水.

表1 P·Ⅱ 52.5硅酸盐水泥性能参数

表2 原材料主要的化学成分(质量分数) %

图1 原状铁尾矿的SEM图

图2 铁尾矿粉的XRD图谱

(a) TEA

(b) TIPA

1.2 铁尾矿粉和混合浆体的制备

1.2.1 铁尾矿粉制备

首先,固定TEA和TIPA的掺量为铁尾矿质量的0.035%,将助磨剂掺入到铁尾矿中混合均匀后,分别粉磨30、60和90 min,获得铁尾矿粉.

另外,TEA的掺量分别为铁尾矿质量的0.020%、0.035%、0.050%、0.065%、0.080%,将不同掺量的助磨剂掺入到铁尾矿中混合均匀后,粉磨30 min获得铁尾矿粉.

1.2.2 混合浆体制备

本实验按照GB/T 17671—1999制备水泥砂浆.制备流程为先慢速搅拌60 s,其中30 s时投入标准砂,停止搅拌90 s后高速搅拌60 s,之后将得到的水泥砂浆立即浇筑至40 mm×40 mm×160 mm的试模中.砂浆试块在标准条件(温度(20±3) ℃,湿度90%以上)下养护24 h后脱模,并立即放入(20±1) ℃水中养护至所需龄期(3、7、28 d),并测试砂浆抗折与抗压强度.表3和表4分别为砂浆和净浆的配合比.

表3 砂浆配合比 g

表4 净浆配合比 g

1.3 试验方法

1.3.1 比表面积和粒径测试

采用SBT-127型数显勃氏透气比表面积测定仪,按照《水泥比表面积测定法(勃氏法)》(GB/T 8074—2008) 测定铁尾矿粉的比表面积.铁尾矿粉颗粒粒径采用Bettersize2000LD型激光粒度分布仪测定,把样品直接加入到乙醇等分散介质中进行分散,然后再经过光路系统,计算出粒径分布(湿法).

1.3.2 力学性能和活性指数测试

按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671—1999)测试胶砂的力学性能.按照《用于水泥和混凝土中的铁尾矿粉》(YB/T 4561—2016)测定铁尾矿粉的活性指数,即铁尾矿粉取代质量分数30%的水泥配制的胶砂强度与纯水泥胶砂强度比.活性指数的计算公式如下：

(1)

式中,A为活性指数;CITP为含有铁尾矿粉混合砂浆的抗压强度;Cc为对照组砂浆的抗压强度.

1.3.3 水化热测试

水化放热分析采用瑞典雷特拉仪器供应公司生产的TAM air型等温量热仪,按照铁尾矿粉与水泥质量比3 ∶7、水胶质量比为0.5制备净浆浆体,拌和成浆体后,测试浆体的水化放热速率与累积放热量.

1.3.4 非蒸发水含量测试

将样品研磨成粉末,在真空干燥箱中105 ℃下干燥至恒定质量,并在高温炉中1 000 ℃下烧结4 h.每个样品测量3次,结果取平均值.计算公式如下：

(2)

Lc=fITPLITP+fPCLPC

(3)

式中,W为样品的不可蒸发水质量分数,%;m105和m1000分别为粉末在105和1 000 ℃时的恒定质量,g;LITP、LPC和LC分别为铁尾矿粉、水泥和总胶凝材料的烧失量,%;fITP和fPC分别为铁尾矿粉和水泥的质量分数,%.

2 结果与讨论

2.1 有机助磨剂对铁尾矿粉颗粒特性的影响

2.1.1 有机助磨剂对铁尾矿粉颗粒粒径分布的影响

图4给出了TEA和TIPA对铁尾矿粉颗粒粒径分布的影响,主要体现为粒径小于45 μm的颗粒比例的变化情况.助磨剂的掺入可以改善铁尾矿粉的研磨效果,且从 第30 min 至第 90 min,研磨时间越长,效果越好.粉磨60 min时,粒径小于45 μm的颗粒比例分别增加了2.61%和9.2%;粉磨90 min时,则分别增加了3.7%和8.9%.这表明TEA和TIPA的掺入有助于细化铁尾矿粉和阻止颗粒团聚.与TEA相比,TIPA的助磨效果更佳.

图4 助磨剂对铁尾矿粉颗粒粒径分布的影响

2.1.2 有机助磨剂对铁尾矿粉比表面积的影响

图5给出了助磨剂对铁尾矿粉比表面积的影响,可看出,无论是否添加助磨剂,铁尾矿粉的比表面积均随粉磨时间的增加,呈先增加后降低的变化规律.当铁尾矿粉研磨超过60 min时,由于存在高能键,研磨效果不明显.虽然研磨时间延长,颗粒细度再次细化，但研磨时间的增加会导致一些小的铁尾矿粉颗粒相互吸附或吸附在大颗粒的表面上,这可能会减少比表面积.另外,不同的粉磨时间下,TIPA的助磨效果都要优于TEA,但两者对粉磨30 min的铁尾矿粉比表面积的提升效果均不大.当粉磨时间为60 min时,掺入TEA和TIPA的铁尾矿粉比表面积分别比无助磨剂组提高了3.7%和23.4%;当粉磨时间为90 min时,掺TEA和TIPA的铁尾矿粉比表面积分别比无助磨剂组提高了27.0%和50.8%,这表明两者都实现了细化铁尾矿粉的效果,TIPA的助磨性更加优异.

图5 助磨剂对铁尾矿粉比表面积的影响

2.1.3 有机助磨剂对铁尾矿粉微观形貌的影响

图6的SEM图像为铁尾矿粉添加助磨剂粉磨60 min后的微观形貌.无助磨剂组含有大量不规则形状的铁尾矿粉颗粒,且表面疏松,同时一些小的铁尾矿粉颗粒相互吸附或吸附在大颗粒表面,这可能会降低比表面积.而添加TEA和TIPA助磨剂后,可以观察到铁尾矿颗粒的粒径逐渐细化,棱角也逐渐被磨掉;铁尾矿粉颗粒不再是不规则的形状,而是趋于球形颗粒,这种细化和球化效应可以使铁尾矿粉的比表面积增大.

(a) 无助磨剂

(b) TEA

(c) TIPA

2.1.4 有机助磨剂对铁尾矿粉活性指数的影响

通过对比有无助磨剂的铁尾矿粉胶砂28 d抗压活性指数,研究TEA和TIPA对铁尾矿粉胶砂抗压强度的影响.助磨剂对铁尾矿粉胶砂抗压强度的影响见表5,铁尾矿粉28 d活性指数如图7所示.

表5 助磨剂对铁尾矿粉胶砂抗压强度的影响

图7 助磨剂对铁尾矿粉28 d抗压活性指数的影响

由表5和图7可知,TEA能提高铁尾矿粉胶砂的抗压强度和抗压活性指数,而TIPA对铁尾矿粉胶砂的抗压强度和抗压活性指数产生负面作用.相同粉磨时间下,虽然掺TEA铁尾矿粉的比表面积要比掺TIPA铁尾矿粉的比表面积小,但掺TEA铁尾矿粉的胶砂抗压强度和抗压活性指数要远大于掺TIPA铁尾矿粉的胶砂抗压强度和抗压活性指数.掺TEA铁尾矿粉胶砂抗压强度大于无助磨剂组,表明TEA促进了铁尾矿粉胶砂的强度发展.粉磨时间分别为30、60、90 min时,铁尾矿粉胶砂28 d抗压强度比无助磨剂组分别提高了14.4%、5.2%和2.1%.Kong等[11]研究已证明,TEA作为一种促进剂,在低剂量时可以大大缩短凝结时间,提高早期强度.

掺TIPA铁尾矿粉胶砂抗压强度远小于无助磨剂组,粉磨时间分别为30、60、90 min时,铁尾矿粉胶砂28 d抗压强度比无助磨剂组分别降低了8.4%、22.6%和13.1%,这是由于TIPA中侧链甲基的憎水性,在拌制水泥砂浆时引入了大量的有害孔.虽然TIPA能细化铁尾矿粉,促进铁尾矿粉水泥体系的水化,但同时水泥砂浆中空气含量随着TIPA中的—CH3的加入而增加,促进水化的积极作用小于引气带来的消极作用,导致体系强度的降低,Zou等[12]也报道过这一结论.因此,强度损失主要的原因是TIPA对体系孔结构的负面影响.

2.1.5 有机助磨剂对铁尾矿粉-水泥体系水化热的影响

为进一步分析TEA和TIPA对铁尾矿粉活性的影响,将铁尾矿粉按照质量比3∶ 7与水泥拌和均匀,测试水化热.图8～图10为铁尾矿粉-水泥浆体水化放热的结果.

(a) 水化放热速率

(b) 累积水化放热量

图8给出了TEA和TIPA对粉磨30 min的铁尾矿粉-水泥体系水化热的影响.由图8(a)可知,粉磨30 min时,TEA和TIPA都延长了诱导期,增加了体系的初凝时间,但TEA影响诱导期的作用大于TIPA.未掺助磨剂的水化速率峰值约在10 h,掺TEA和TIPA体系约在12 h;TEA和TIPA均提高了体系水化放热峰,这是因为TEA和TIPA在高pH条件下对铁离子有良好的螯合潜力,可以加速C4AF[13]的水化作用.而掺TEA体系水化放热峰要大于掺TIPA体系.水化进入稳定期,掺有TEA体系速率最快,表明TEA促进了体系的凝结硬化.由图8(b)可知,水化初期,掺TEA和TIPA体系水化放热量低于无助磨剂组;16 h后,掺TIPA体系的水化放热量高于未掺助磨剂组;48和56 h后,掺TEA体系的水化放热量分别高于无助磨剂组和掺TIPA体系.

(a) 水化放热速率

(b)累积水化放热量

(a) 水化放热速率

(b)累积水化放热量

TEA和TIPA吸附于水泥颗粒表面,由于其表面活性,烷醇胺加速了水泥颗粒的溶解,这导致更多的AFt的生成.根据文献[9,14],TEA可以加速C3A的水化,这是熟料中水化最快的矿物.另外,TEA和TIPA加快了水泥颗粒和铁尾矿粉颗粒中离子的溶出,尤其是铁尾矿粉中含量较高的Fe3+,提高了铁尾矿粉活性,加快形成水化产物,从而提高了水泥石的密实度.

图9给出了TEA和TIPA对粉磨60 min铁尾矿粉-水泥体系水化热的影响.由图9(a)可知,粉磨60 min时,TEA和TIPA都延长了诱导期,增加了体系的初凝时间,但TEA影响诱导期的效果比TIPA大;未掺助磨剂的体系水化速率峰值约在10 h,而掺助磨剂TEA体系约在12 h,TIPA约在15 h;助磨剂的掺入提高了体系水化放热峰,而掺TEA和掺TIPA体系的放热峰值基本上一致;水化进入稳定期,掺TEA体系和掺TIPA体系速率大于未掺助磨剂组,表明TEA和TIPA促进了体系的凝结硬化.由图9(b)可知,水化初期,掺TIPA体系水化放热量低于未掺助磨剂体系和掺TEA体系,15 h后,掺TIPA体系的水化放热量高于未掺助磨剂体系;45 h后,掺有TEA体系的水化放热量高于未助磨剂体系,但小于掺TIPA体系.这主要由于TEA对C3A的水化有催化作用,可作为促进剂.然而,TEA-Ca2+复合物的形成抑制了CH的生长,从而延缓了阿利特水化[13].

图10给出了TEA对粉磨90 min铁尾矿粉-水泥体系水化热的影响,并将纯水泥体系作为对照组进行对比.由图10(a)可知,粉磨90 min时,TEA延长了体系的诱导期,增加了体系的初凝时间,该结果与粉磨30和60 min一致.未掺助磨剂体系水化速率峰值约在10 h,而掺TEA体系和对照组都约在12 h;助磨剂的掺入增加了体系水化放热峰,但掺TEA体系的水化放热峰仍低于纯水泥对照组.由图10(b)可知,4 h内,掺TEA体系水化放热量最大,表明TEA促进了早期水化;进一步说明了TEA加速了C3A的水化作用,同时延长了C3S的诱导期.20 h后,掺TEA体系的水化放热量高于未掺助磨剂体系,但远小于对照组.可见,TEA能够促进体系中水泥的水化,一定程度上提高了铁尾矿粉的活性.

2.1.6 有机助磨剂对铁尾矿粉-水泥体系微观结构的影响

图 11为无助磨剂组、掺TEA和TIPA的铁尾矿粉-水泥浆体28 d的整体微观形貌图.从与无助磨剂的浆体对比可以发现,TEA和TIPA的掺入提高了铁尾矿粉-水泥体系的基体的密实度;这是因为粒径较小的铁尾矿粉颗粒在基体中具有填充效果.由于掺入TEA和TIPA后,铁尾矿颗粒趋于球形,减弱了颗粒的团聚,因而分散的铁尾矿粉颗粒可填充基体中的微裂纹,促进应力传递以及限制微裂纹的扩展;另外,一些比表面积大的铁尾矿粉颗粒或与水化产物缠绕在一起,或连接相邻的水化产物.这也说明粒径小的铁尾矿粉颗粒可以作为晶核,促进水化产物在其周围生长.

(a) 无助磨剂

(b) TEA

(c) TIPA

综上所述,TEA和TIPA均能细化铁尾矿,增大铁尾矿粉比表面积,而掺TIPA铁尾矿粉颗粒更细,比表面积也更大.但由于TIPA侧链中有甲基结构,制备水泥浆体时,会引入一定量的有害孔,引气作用带来的负面作用大于颗粒细化活性提高的正面作用,因此在相同粉磨时间下掺TEA胶砂的抗压强度大于掺TIPA胶砂的抗压强度.粉磨30 min时,掺TEA体系的水化放热量大于未掺助磨剂体系和掺TIPA体系.首先是TEA与离子的络合作用,加快了水泥颗粒和铁尾矿粉颗粒中的离子溶出,促进水泥水化的同时也激发了铁尾矿粉的火山灰活性,同时水泥水化产物诱导铁尾矿粉发生火山灰反应.其次,机械活化铁尾矿有助于发挥颗粒填充效应,提高水泥石的密实度.因此,当粉磨时间为30 min,助磨剂为TEA时,铁尾矿粉活性指数最大.

2.2 TEA掺量对铁尾矿粉颗粒特性的影响

上文已确定TEA助磨剂为较好的选择.然而,研究表明低掺量(水泥质量的0.02%～0.05%)的TEA虽然能促进铝酸三钙的水化[15],但会阻止硅酸三钙的水化[14],而高掺量(大于水泥质量的0.05%)的TEA对水泥早期和后期强度将产生负面作用,所以有必要探究助磨剂TEA的掺量对铁尾矿粉活性性能的影响.

2.2.1 TEA掺量对铁尾矿粉颗粒粒径分布的影响

由表6和图12可以看出(其中D50和D90分别表示一个样品的累计粒度分布数达到50%和90%时所对应的粒径),当TEA质量分数为0.050%时,铁尾矿粉的平均粒径和边界粒径均处于最小值;当TEA质量分数为0.065%时,铁尾矿粉在细颗粒粒径分布范围比例减小,粒径小于2 μm和粒径在2～20 μm的比例分别降至11.49%和31.53%,表明大量的细铁尾矿粉颗粒开始发生团聚,导致铁尾矿粉的平均粒径和边界粒径也增大;当质量分数继续增加至0.080%时,TEA能弱化团聚效应,这主要是因为在铁尾矿粉表面产生了选择性吸附和电性中和,消除了静电效应,减小了微细颗粒聚集的能力和机会,从而减少了磨内粘球的现象,提高了铁尾矿细粉的分散度,此时颗粒得到细化,平均粒径变小.

表6 TEA掺量对铁尾矿颗粒粒径分布的影响

图12 TEA掺量对铁尾矿粉平均粒径和边界粒径的影响

2.2.2 TEA掺量对铁尾矿粉比表面积的影响

图13是TEA掺量对铁尾矿粉45 μm筛余量和比表面积的影响规律.随着TEA掺量的增加,45 μm筛余量呈先降低后增加,再降低的变化规律,而比表面积呈先增大后减小,再增大的变化规律.当TEA质量分数为0.050%时,铁尾矿粉的比表面积达到最大(550 m2/kg),此时筛余量也达到最小值;当质量分数继续增加到0.065%时,由于细颗粒增多,颗粒比表面能增大,颗粒间开始出现团聚现象,比表面积降低为480 m2/kg,筛余量(质量分数)增加到35.86%;而随着TEA掺量的进一步增加,将会弱化颗粒团聚的趋势,颗粒将继续细化,筛余量减小至31.03%,比表面积增加至550 m2/kg.

图13 TEA掺量对铁尾矿粉45 μm筛余量和比表面积的影响

2.2.3 TEA掺量对铁尾矿粉胶砂力学性能的影响

图14给出了TEA掺量对铁尾矿粉胶砂力学性能的影响,可看出,随着TEA掺量的增加,铁尾矿粉胶砂的强度总体上呈先增加后降低的趋势.TEA掺量较小时,铁尾矿粉比表面积较小,此时不能充分发挥填充效应.当TEA质量分数增加至0.050%时,铁尾矿粉比表面积增加到最大,筛余量相对较小,铁尾矿粉充分发挥了微集料填充效应.此外,TEA作为水泥的早强剂,在后续搅拌成型胶砂的过程中,铁尾矿粉表面附着的TEA会溶解于浆体溶液中,促进水泥早期水化,提高胶砂的力学性能,甚至TEA也促进了铁尾矿粉的水化,激发出一定的火山灰活性,此时铁尾矿粉活性最佳,铁尾矿粉胶砂活性指数最大值为76%.当TEA质量分数继续增加至0.065%时,颗粒开始出现团聚现象,削弱了铁尾矿粉的微集料填充效应,胶砂力学性能表现变差.当TEA质量分数增加至0.080%时,由于TEA分子结构存在空间位阻效应,会起到缓凝甚至阻凝作用,也会产生引气作用,对胶砂的力学性能造成不利影响,从而铁尾矿粉胶砂强度降低.

(a) 抗折强度

(b) 抗压强度

2.2.4 TEA对铁尾矿粉-水泥混合体系活化效果的研究

根据以上研究结果,掺质量分数0.050% TEA的铁尾矿粉胶砂28 d活性指数最大,表明掺TEA的铁尾矿粉胶砂水化程度加快,但并不能判断TEA是促进了水泥的水化还是激发了铁尾矿粉的火山灰活性.因此,将非蒸发水含量作为评价指标,研究TEA对铁尾矿粉-水泥体系的活化机理.当TEA质量为铁尾矿粉质量的0.050%时,铁尾矿粉与水泥质量比为3∶7,实际上TEA占总胶凝材料质量的0.015%.

非蒸发水含量是水泥水化程度的判断指标,其越大通常表明水泥的水化程度越高.为了评价TEA对水泥水化和铁尾矿粉活化性能的影响,测试28 d龄期试块的非蒸发水含量,将纯水泥净浆试块与掺质量分数0.015% TEA的纯水泥净浆试块,以及未掺TEA和掺0.05% TEA的铁尾矿粉净浆试块,分别命名为Ref-0、Ref-T、PI-0和PI-T,不同净浆体系的非蒸发水含量如图15所示.

图15 不同净浆体系的非蒸发水含量

由图15可以看出,Ref-T组相比Ref-0组非蒸发水质量分数提高了10.2%.对于铁尾矿粉与水泥质量比为3∶7的PI-0组和PI-T组,假设TEA不能激发出铁尾矿粉活性,按照水泥质量占比70%,TEA对于水泥部分非蒸发水含量的提高仅为1.9%,但试验结果表明粉磨时间分别为30、60、90 min时,PI-T组比PI-0组非蒸发水质量分数分别提高了3.8%、5.6%和6.1%.这表明TEA不仅可以促进水泥水化,也可以激发出铁尾矿粉的活性,该结果与铁尾矿粉-水泥体系的28 d抗压强度表现一致.TEA与颗粒中的Al3+和Fe3+等离子络合,从而加速将铁尾矿粉中的铝、铁和钙等离子溶解到浆体孔溶液中[16],促进了铁尾矿粉的溶解,提高了铁尾矿粉的活性.

铁尾矿粉-水泥体系强度的提升主要是由于TEA早强剂发挥主导作用,铁尾矿粉的填充效应及其中方解石的晶种效应发挥次要作用,与火山灰活性提升几乎没有关系.而铁尾矿在混合体系下其火山灰活性的激发会非常缓慢.

3 结论

1) TEA和TIPA两种助磨剂的掺入有助于细化铁尾矿粉和阻止颗粒团聚.从颗粒特性角度,TIPA比TEA的助磨效果更佳.

2) TEA和TIPA均能细化铁尾矿,增大铁尾矿粉比表面积,而掺TIPA铁尾矿粉颗粒更细,比表面积也更大.在相同粉磨时间下,掺TEA胶砂的抗压强度大于掺TIPA胶砂的抗压强度.

3) 掺TEA体系的水化放热量大于未掺助磨剂体系和掺TIPA体系的水化放热量.TEA在促进水泥水化的同时,也激发了铁尾矿粉的火山灰活性;机械活化铁尾矿也有助于发挥颗粒填充效应,提高了水泥石的密实度.

4) 当TEA质量分数增加至0.050%时,铁尾矿粉比表面积增加到最大,筛余量相对较小,铁尾矿粉充分发挥了微集料填充效应.此外,TEA能促进水泥早期水化,提高胶砂的力学性能,也促进了铁尾矿粉的水化,激发出一定的火山灰活性,铁尾矿粉的活性指数最大值为76%.

5) TEA与颗粒中的Al3+和Fe3+等离子络合,从而加速将铁尾矿粉中的铝、铁和钙等离子溶解到浆体孔溶液中,促进铁尾矿粉的溶解,提高铁尾矿粉的活性.