制备了铁尾矿-煤矸石二元复合掺合料和铁尾矿-粉煤灰-煤矸石三元复合掺合料,研究了复合掺合料的配比和替代率、活化剂的种类(NaOH、Ca(OH)2、Na2SiO3)和掺量对胶砂力学性能的影响,采用SEM观察了胶砂的微观结构。结果表明:对于二元复合掺合料,当铁尾矿粉与煤矸石粉的质量比为1∶1时,胶砂的28 d抗压、抗折强度达到最大,抗裂性能较好;对于三元复合掺合料,当铁尾矿粉、粉煤灰、煤矸石粉的质量比为4∶3∶1时,胶砂的28 d抗压强度最大,28 d抗折强度较高,抗裂性能较好;随着三元复合掺合料替代率的增加,胶砂的抗压、抗折强度基本呈降低趋势;活化剂NaOH对胶砂力学性能的改善效果较Ca(OH)2和Na2SiO3好,NaOH的最佳掺量为1.6%。

利用铁尾矿机制砂石完全替代天然砂石,制备了全铁尾矿骨料混凝土,研究了全铁尾矿骨料混凝土和天然骨料混凝土的工作性、力学性能和耐久性能差异。结果表明:在工作性方面,需通过调配外加剂的方法来保证全铁尾矿骨料混凝土良好的工作性;在力学性能方面,全铁尾矿骨料混凝土的抗压、抗折和劈裂抗拉强度与天然骨料混凝土相比差别不大;在耐久性能方面,全铁尾矿骨料混凝土的抗氯离子渗透性能、抗碳化性能、抗冻性能及抗硫酸盐侵蚀性能均与天然骨料混凝土接近。

为有效利用堆积的铁尾矿,以铁尾矿、水泥、秸秆、p H值调节剂等配制植生基质喷播到裸露的岩质边坡。研究了水泥掺量、p H值调节剂剂量为影响因素配制的植生基质的无侧限抗压强度随着龄期的变化规律。通过对试验数据的分析可知,当水泥掺量为6%时,植生基质的强度可以满足工程要求;无侧限抗压强度随p H值调节剂剂量的增加而降低;植生基质加入6%的p H值调节剂和8%的水泥时,14d龄期时的抗压强度迅速增加。

为研究铁尾矿颗粒形貌对砂浆尺寸稳定性的影响,利用光学显微镜观察了铁尾矿砂、天然河砂和普通机制砂的颗粒形貌并对其进行了定量描述,探索量化指标对砂浆尺寸稳定性的影响规律。试验结果表明,三种细骨料中,铁尾矿砂的针片状、非球形程度最高,其颗粒表面光滑但存在最多的尖锐棱角。在干燥环境下,细骨料较低的OR值和RK值将显著增加砂浆试件的收缩值。由于铁尾矿砂这两个指标最低,其砂浆试件的尺寸稳定性低于天然河砂和普通机制砂砂浆试件。不同粒级的铁尾矿砂所配制的砂浆试件尺寸稳定性试验证明,此时影响砂浆尺寸稳定性主要因素不是颗粒形貌,而是粒级范围,粒级范围越小,则铁尾矿砂浆试件的尺寸收缩越大。

将铁尾矿砂代替天然河砂制备水泥砂浆,通过测试其浆体性能、力学性能、耐久性能等指标,分析了铁尾矿水泥砂浆的材料特性。试验结果表明,在相同配合比条件下,铁尾矿砂浆比天然河砂砂浆流动性降低,而表观密度、抗压强度和弹性模量更高。水养条件下,铁尾矿砂浆发生膨胀,而天然河砂砂浆收缩。自然干燥状态下,两类试件均发生明显收缩现象。50次冻融循环及酸、碱溶液浸泡下,铁尾矿砂浆表现出较好的抗冻性和耐酸碱侵蚀性。随铁尾矿中可磁选颗粒含量增加,铁尾矿水泥胶砂试件早期力学性能提高,28d龄期时则降低。28d龄期时不含可磁选颗粒的铁尾矿水泥胶砂试件具有更高的无害孔含量,有利于提高力学性能。

以承德金属尾矿为骨料,以水泥和粉煤灰为胶凝材料,经压制成型和蒸汽养护后,制得蒸养尾矿砖,再向其中掺入群青颜料,实现蒸养砖的仿古青色化效果,研究成果可为尾矿固废资源利用与文化建材的生产提供参考和借鉴。

将铁尾矿和河砂分别浸泡于三种碱性溶液中,分别测定了不同浸泡时间的质量损失率、浸泡溶液的pH值和电导率值变化。结果表明:铁尾矿不会发生碱-集料反应;碱性环境中,河砂的质量损失率总体高于铁尾矿。河砂浸泡液的pH值降幅高于铁尾矿;河砂浸泡液的电导率值高于铁尾矿。在碱性环境中,铁尾矿比河砂具有更好的化学稳定性,具有代替河砂配制水泥基胶凝材料的可行性。