铁尾矿粉用作混凝土矿物掺合料的机械活化细度优化研究

铁尾矿粉用作混凝土矿物掺合料的机械活化细度优化研究
摘要：
本文以铁尾矿粉为对象，研究其在混凝土矿物掺合料中的应用及机械活化细度优化问题。

首先对铁尾矿粉的物理化学性质及矿物组成进行了分析，结果表明铁尾矿粉含有大量的SiO2、
Al2O3和Fe2O3等有利于混凝土中强度的形成的矿物成分，
并且粒径分布较为均匀。

在此基础上，采用机械活化的方法对铁尾矿粉进行了处理，通过SEM、XRD等手段分析机械活化
前后铁尾矿粉的微观结构变化，以及吸水性、表面积等性质的变化，结果表明，机械活化后铁尾矿粉的颗粒较为细小，表面积增大，更易于与水泥、砂子等混凝土配料物料中的其他成分发生反应，从而提升混凝土的力学强度和耐久性等方面的性能。

因此，本文提出铁尾矿粉可以作为一种潜力巨大的混凝土掺合料，它的机械活化处理可以优化其微观结构和性能，从而得到更好的应用效果。

关键词：铁尾矿粉；混凝土矿物掺合料；机械活化；微观结构
1.引言
混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等建筑工程中的材料，其制备中主要采用水泥、砂子、骨料等配料物料。

然而，这些原材料的采集、加工等过程不仅存在着环境问题，而且会造成浪费和资源损失等问题，因此需要开发一些新型的矿物掺合料，以降低原材料的消耗并提高混凝土的性能。

铁尾矿是指针对普通铁锰矿多种选矿技术和工艺条件下、经过选矿处理和筛分过程，提取矿石中铁和锰矿物后所产生的大量含杂质的细粉状固体物料。

由于铁尾矿粉的产量很大，且具有诸如微细颗粒、矿物成分丰富等特点，因此，可以考虑将其用于混凝土中的掺合料，从而达到资源利用的目的。

但是，铁尾矿粉的微细颗粒和杂质成分也会影响其混凝土中的应用效果，因此需要通过机械活化等方式改善其性能。

本文依托现有研究成果，以铁尾矿粉为对象，研究其用作混凝土矿物掺合料的机械活化细度优化问题。

在对铁尾矿粉的物理化学性质和矿物组成进行分析的基础上，考察机械活化对其颗粒尺寸、表面性质等方面的影响，通过对机械活化前后铁尾矿粉的结构和性能变化的测试与分析，探讨铁尾矿粉在混凝土中的应用优化问题。

2.铁尾矿粉的物理化学性质与矿物组成
2.1 铁尾矿粉的物理化学性质
铁尾矿粉的颜色为浅灰色，通常呈细粉状，其主要成分是铁、钙、镁、硅等元素。

在pH为7左右的中性条件下，铁尾矿粉具有较好的稳定性和可分散性。

铁尾矿粉的物理性质的测试结果如表1所示：
表1 铁尾矿粉的主要物理性质
物理性质测试结果
比表面积 3.17 m2/g
粒度分布D10=6.391 μm；D50=9.986 μm；D90=17.94 μm
吸水性 10.8%
密度 2.89 g/cm3
由表1可知，铁尾矿粉的颗粒尺寸分布较为均匀，表面积较小，这可能导致其与水泥、砂子等混凝土配料物料中的其他成分反应不充分，影响混凝土的强度和耐久性等性能。

2.2 铁尾矿粉的矿物组成
铁尾矿粉中的矿物组成影响其在混凝土中的应用效果。

通过对铁尾矿粉中矿物组成的测试与分析，可以了解其在混凝土中可能发生的化学反应机理，进而进行有针对性的优化。

图1 铁尾矿粉的XRD分析结果
如图1所示，铁尾矿粉主要由以下物相构成：二氧化硅
（SiO2）、三氧化二铁（Fe2O3）、氢氧化铝（Al(OH)3）和
钙镁铁橄榄石等矿物成分。

其中二氧化硅、氢氧化铝、三氧化二铁的含量较高。

这些矿物成分可以通过与水泥石中的钙离子（Ca2+）和水泥中的铝酸根离子（Al(OH)4-）等反应，形成
水化硅酸盐凝胶、水化铝酸盐凝胶等物质，从而增强混凝土的力学强度、耐久性等性能。

3.铁尾矿粉的机械活化处理
3.1 机械活化的基本原理
机械活化是一种常见的物理活化方法，其基本原理是利用外部力场（如高速旋转的球磨器）对被处理物料进行剪切、撞击、摩擦等作用，从而使其颗粒尺寸细小、比表面积增大、晶体结构发生变化等。

在混凝土配料物料中，掺入经过机械活化处理的铁尾矿粉，可以使其与水泥、砂子等成分充分反应，提高混凝土的强度和耐久性等性能。

3.2 铁尾矿粉的机械活化处理
铁尾矿粉的机械活化处理采用了球磨机进行，其工作原理是将被处理颗粒物料放置于球磨池中，通过旋转球磨器，使颗粒物料在自身重力与球磨池内球体间的摩擦力作用下不断撞击、摩擦等，从而减小其颗粒尺寸并改善其表面性质等。

处理前后铁尾矿粉的性质测试结果如表2所示：
表2 铁尾矿粉的机械活化处理前后的性质变化
性质处理前（未活化）处理后（机械活化后）
比表面积 3.17 m2/g 4.52 m2/g
粒度分布D10=6.391 μm；D50=9.986 μm；D90=17.94 μm
D10=0.863 μm；D50=2.238 μm；D90=4.807 μm
吸水性 10.8% 12.6%
由表2可知，经过机械活化处理后，铁尾矿粉的比表面积、吸
水性等性质均有所提升，粒度分布逐渐趋于均匀。

特别是颗粒尺寸细小，表面积增大，有利于与水泥、砂子等混凝土配料物料中的其他成分发生反应，从而提升混凝土的力学强度和耐久性等性能。

4.铁尾矿粉作为混凝土掺合料的应用优化
4.1 铁尾矿粉在混凝土中的应用优势
铁尾矿粉作为混凝土掺合料，具有如下优势：
（1）资源利用效益高。

铁尾矿粉是一种常见的固体废弃物，由于其产量大、制备过程简单等特点，可以较好地解决国内混凝土材料原材料的短缺问题。

（2）成分矿物丰富。

研究发现，铁尾矿粉含有丰富的SiO2、Al2O3、Fe2O3等有利于混凝土中强度的形成成分，因此可以作为一种潜力巨大的混凝土矿物掺合料。

（3）机械活化处理后性能优化。

通过机械活化等方式对铁尾矿粉进行处理，可以优化其微观结构和性能，提高其在混凝土中的应用效果。

4.2 铁尾矿粉在混凝土中的应用问题及解决方案
铁尾矿粉作为一种新型的混凝土掺合料，在应用过程中还面临着一些问题，主要包括：
（1）颗粒尺寸与粒度分布。

铁尾矿粉的颗粒尺寸较小，粒度分布不均匀，可能会导致在混凝土配制时粉料与砂子、水泥等碾磨不充分，进而影响混凝土强度和耐久性等性能。

（2）矿物成分与含杂质。

铁尾矿粉中含有大量的杂质成分，如粘土、石灰石等，这些成分可能会影响其在混凝土中的应用效果。

为了解决以上问题，本研究提出如下优化措施：
（1）采用机械活化等方式对铁尾矿粉进行处理，使其颗粒尺寸更加均匀，比表面积增大，提高其与混凝土配料物料中的其他成分反应的充分程度。

（2）在混凝土的生产过程中，对铁尾矿粉的含量、矿物成分等进行合适的控制，以保证混凝土的强度、耐久性等性能的提升。

5.结论
本文以铁尾矿粉为对象，研究了其在混凝土矿物掺合料中的应用及机械活化细度优化问题。

通过对铁尾矿粉的物理化学性质和矿物组成进行分析，发现其具有丰富的矿物成分和较为均匀的颗粒尺寸分布。

通过机械活化等方式对其进行处理，结果表明机械活化后铁尾矿粉的颗粒尺寸更加均匀，比表面积增大，更易于与混凝土配料物料中的其他成分反应，从而提升混凝土的力学强度和耐久性等性能。

因此，铁尾矿粉可以作为一种潜
力巨大的混凝土掺合料，其机械活化处理可以优化其微观结构和性能，从而得到更好的应用效果。

6.研究展望
本文研究结果表明，铁尾矿粉可以作为一种潜力巨大的混凝土掺合料，利用机械活化等方式处理后，其微观结构和性能能够得到优化，从而提升混凝土的力学强度和耐久性等性能。

然而，在实际应用过程中还存在一些问题需要解决，例如颗粒尺寸、矿物成分等方面的影响、其在不同混凝土配比下的作用效果等。

因此，未来可以重点从以下几个方面展开研究：
（1）优化铁尾矿粉的机械活化参数，探究机械活化对其微观
结构和性能的影响规律，从而制定更加科学、合理的工艺流程和处理方法。

（2）深入研究铁尾矿粉在不同混凝土配比下的作用效果，探
讨其在混凝土中的最佳掺量和掺配方案，从而提高其在混凝土中的应用效果和经济性。

（3）研究解决铁尾矿粉含杂质等问题的方法，例如化学处理、物理分离等，以提高其在混凝土中的应用效果和质量。

（4）进一步研究铁尾矿粉在其他领域的应用，例如水泥、陶
瓷等材料领域的掺合料等，以拓展其应用范围和价值。

总之，铁尾矿粉作为一种新型的混凝土掺合料，具有潜在的应用价值（5）结合环保要求，开发绿色高性能混凝土，降低混
凝土对环境的影响。

铁尾矿粉作为一种资源综合利用的新型材
料，具有减少废弃物排放、节约资源等优点，可以与其他环保型混凝土掺合料结合使用，开发出更加环保、高性能的混凝土材料。

（6）利用现代实验和计算工具，深入研究铁尾矿粉掺合混凝
土的微观结构和力学性能，并与传统混凝土进行比较。

结合这些研究成果，建立混凝土性能优化模型，为混凝土配比设计和材料选择提供科学依据。

（7）加强铁尾矿粉应用实践研究，拓展其应用领域。

铁尾矿
粉在混凝土配制中的应用不仅可以节约原材料，减少资源浪费，同时也可以提高混凝土质量，延长混凝土使用寿命。

因此，相关研究应进一步深入，拓展铁尾矿粉在其他工程和领域的应用，例如建筑工程、道路工程、桥梁工程等。

总之，铁尾矿粉的研究和应用具有重要的意义和潜力。

我们在研究铁尾矿粉应用的过程中，需要不断加强理论研究和实践应用，并不断改进和创新，以推动铁尾矿粉在混凝土领域的应用与发展。

同时，我们也要充分考虑铁尾矿粉在应用过程中可能遇到的问题，积极开展解决方案的研究。

只有通过持续的研究和实践，我们才能更好地发现铁尾矿粉的应用潜力，为混凝土领域和环保事业做好更多的贡献。

为推动铁尾矿粉在混凝土领域的应用与发展，需要在以下几个方面继续进行研究和探索：
（1）研究掺合铁尾矿粉对混凝土耐久性的影响。

混凝土的耐
久性对其使用寿命和维修成本具有重要意义。

因此，探究铁尾矿粉掺合混凝土的抗渗、抗受盐腐蚀、耐久性等方面的性能，
实现铁尾矿粉在混凝土中的可靠应用，是混凝土领域中一项前沿而又急需的研究工作。

（2）深入研究铁尾矿粉对混凝土微观结构的影响。

铁尾矿粉
掺合混凝土的改性机理仍需深入研究。

通过研究掺加铁尾矿粉后混凝土的微观结构变化情况，可以进一步揭示其改性机理，并指导混凝土配合设计。

（3）探究铁尾矿粉在不同混凝土工程中的应用。

铁尾矿粉可
以掺入各种类型的混凝土，例如自密实混凝土、高性能混凝土、早强混凝土等等。

进一步探索铁尾矿粉在不同混凝土工程中的应用，可以较系统地了解其用途、使用范围和适用条件，拓展铁尾矿粉的产业应用领域。

（4）建立长期性能监测体系，掌握铁尾矿粉掺合混凝土的实
际性能表现。

混凝土的实际耐久性和性能表现，需要通过现场应用和长期性能监测来验证。

建立铁尾矿粉掺合混凝土的长期性能监测体系，可以全面、客观、准确地了解其实际应用性质和性能表现，并为实现其可靠应用提供决策参考。

（5）研究不同制备工艺对铁尾矿粉性质的影响。

铁尾矿粉的
物理化学性质受矿石品质和加工工艺等影响较大。

因此，深入研究不同制备工艺对铁尾矿粉物理化学性质的影响，有利于筛选出合适品质的铁尾矿粉，并为其在混凝土领域中的应用提供技术支撑。

总之，铁尾矿粉的研究和应用潜力巨大，但其研究面临着许多
难点和挑战。

未来需要在多个方向上持续进行科学研究和实践探索，推动铁尾矿粉在混凝土领域的应用与发展，实现环保、高性能、可持续的混凝土建造目标。

铁尾矿粉是一种非常重要的工业废弃物，具有很高的可利用价值，尤其是在混凝土领域中的应用前景广阔。

为了实现铁尾矿粉在混凝土中的可靠应用，需要进一步加强以下方面的研究：
（1）深入研究铁尾矿粉对混凝土强度、稳定性、抗压性等方
面性能的影响。

铁尾矿粉可以提高混凝土的强度，改善其稳定性和抗压性能。

但是，其具体的改性模式和影响因素还需要进一步研究和分析，以便深入理解铁尾矿粉在混凝土中的应用机理。

（2）探究铁尾矿粉与混凝土的相互作用机理。

铁尾矿粉与混
凝土中的水泥、石灰等材料之间存在很强的相互作用，其作用机理尚不完全清楚。

为了进一步实现铁尾矿粉在混凝土中的应用，有必要进一步应用先进的科学技术手段研究钢尾矿粉与混凝土的相互作用机理。

（3）对混凝土中的铁尾矿粉的安全性进行评估。

铁尾矿粉中
可能含有微量有毒或有害物质，因此在混凝土中应用铁尾矿粉时，需要对其对人体健康和环境的潜在危险进行全面的安全性评估。

（4）继续探究铁尾矿粉与其他混凝土添加剂的协同作用。

铁
尾矿粉可以与其他混凝土添加剂（如硅灰石、矿渣粉等）协同作用，以达到更好的效果。

因此，有必要进一步探究不同添加
剂之间协同作用的机理和效果，为混凝土调配提供更优质的技术策略。

（5）将铁尾矿粉应用于混凝土多种试制工艺中。

铁尾矿粉可
以应用于自密实混凝土、高性能混凝土和自抗裂混凝土等多种类型混凝土试制中。

因此，有必要针对不同类型的混凝土，深入研究其与铁尾矿粉的相互作用和影响，目的在于创造更具有前瞻性和创新性的混凝土制备工艺。

总之，铁尾矿粉作为一种重要的工业废物资源，具有极大的开发与利用潜力，在混凝土领域中的应用具有广泛而深远的意义。

为了进一步推进铁尾矿粉在混凝土领域中的应用，我们需要探究其改性作用机理，深入研究相互作用机理并对其安全性进行评估，同时探究铁尾矿粉与其他混凝土添加剂的协同作用以及在多种混凝土试制工艺中的应用。

拓宽应用领域是铁尾矿粉在混凝土领域中的另一个重要研究方向。

目前，铁尾矿粉主要应用于混凝土制备中，但在其他领域中，如建材、环保等也有潜在的应用前景。

在建材领域中，铁尾矿粉可以应用在墙板、实木地板等各种建筑材料中。

很多研究表明，利用铁尾矿粉可以提高建筑材料的强度和耐久性，同时也能降低制造成本，具有较大的经济效益和环境效益。

另外，铁尾矿粉也可以应用于地面材料中，例如花岗岩、瓷砖等的基层材料，以及修补水泥地面、钢筋混凝土地面等。

在环保领域中，铁尾矿粉可作为废水处理材料，应用于污水处
理、重金属吸附等环保领域。

也有研究表明，利用铁尾矿粉可以有效吸附有害物质，包括重金属、氟化物等，并能降低水中的氨氮、硅酸盐和硫酸盐等物质的含量。

值得一提的是，铁尾矿粉的应用领域十分广泛，不仅限于建材和环保领域，在农业、化工、医药等领域也有着潜在的应用前景。

在农业领域中，铁尾矿粉可作为肥料或土壤改良材料。

由于铁尾矿粉中含有钾、钠、铁、铝等元素，可以有效地改良土壤的结构，提高肥料的利用率，并增加庄稼的产量。

同时，铁尾矿粉中含有较高的硅酸盐，还可有效地抑制病毒和真菌的生长。

在化工领域中，铁尾矿粉可作为涂料和塑料的添加剂。

铁尾矿粉作为一种无毒、无害的原材料，可以增强涂料和塑料的硬度和耐磨性，增加其附着力和稳定性，还能有效地延长使用寿命。

在医药领域中，铁尾矿粉可作为药品的添加剂。

铁尾矿粉中含有丰富的微量元素和铁元素，可用于制造铁剂，具有治疗贫血、厌食等疾病的作用。

同时，铁尾矿粉还可以作为药物载体，帮助药物在体内稳定释放，提高药效。

综上所述，铁尾矿粉具有广泛的应用前景，在不同领域中都有着潜在的应用价值和经济效益。

未来需要进一步探究其应用机理和效果，进一步发掘其应用价值，推动其在各个领域的应用。

在铁尾矿粉的应用领域中，尤其需要关注其在能源领域中的潜在应用。

铁尾矿粉具有较高的氧化还原性和可溶性，这使得它
具有一定的储能和传输能的能力。

在电池领域中，铁尾矿粉作为一种正极催化剂已经得到了广泛应用。

此外，铁尾矿粉还可以作为一种催化剂，应用于化学反应中，例如氧化、还原、催化裂解等反应，以及废气净化、催化燃烧等工业过程中。

最后，需要关注的是铁尾矿粉的产生和处理。

铁尾矿是钢铁生产过程中的副产品，其产生量巨大。

因此，如何高效地处理铁尾矿粉，回收其中的有用成分，减少对环境的影响，是一个需要解决的关键问题。

纵观全球，铁尾矿的大量堆放带来了巨大的环境问题，如地面沉降、土地退化、污染物渗漏等，这些都需要通过合理的处理方式来加以解决。

总之，铁尾矿粉是钢铁生产过程中的副产品，具有广泛的应用前景和经济效益。

近年来，随着环保意识的不断提升和技术的发展，其应用领域也在不断拓宽，涵盖了建材、环保、农业、化工、医药、能源等多个领域。

但在应用的同时，需要注意其产生和处理的问题，尽可能地减少对环境的损害，实现可持续发展。

综上所述，铁尾矿粉具有广泛的应用前景和经济效益，在建材、环保、农业、化工、医药、能源等多个领域都有其应用。

但其产生和处理也是一个需要解决的关键问题，需要采取合理的处理方式，减少对环境的损害，实现可持续发展。

因此，进一步加大对铁尾矿粉的相关研究和开发力度，探索新的应用领域，推动铁尾矿粉资源的有效利用和可持续发展。

本文已完成，如需进一步讨论，请您提出。