摘 要

矿产资源的开发伴随着尾矿的巨量产出，大量尾矿堆积会造成严重的环境污染及地质灾害等问题，加大尾矿开发利用的力度已成为我国现阶段亟待解决的问题。研究发现，反浮选尾矿具有硅质疏水的特性，基于这一特征，本文对以反浮硅质选尾矿为主要原料制备新型水泥基防水砂浆进行了可行性分析。并对砂浆的防水性能、力学性能及疏水机理进行了测试分析。结果表明，尾矿砂浆具有优良的防水效果及较好的力学性能，说明以反浮选硅质尾矿为主要原料制备防水材料是可行的。另外，当水泥与尾矿质量比为1:1时，尾矿砂浆的防水性能及力学性能最佳。通过砂浆防水机理分析发现，表面活性剂在尾矿表面发生了吸附使尾矿具有疏水性，从而提高了砂浆的防水能力，并且由于尾矿砂浆内部和外部组成成分相同，具有内部和外部均疏水的特性。

关键词：防水性，水泥砂浆，硅质尾矿，反浮选，吸水系数，抗压强度

Abstract

Massive tailings were produced with the exploitation of mineral resources, which resulted in seriously environmental pollutions, geologic hazard, etc., so it’s an urgent problem to increase the strength of the utilization of tailings. In this paper, the feasibility of preparing new-type waterproof cement mortars using tailings from reverse (TFR) was investigated based on the characteristics of hydrophobic surface and silicate composition of TFR. The waterproof, mechanical properties and hydrophobic mechanism of mortar were tested and the result shows that the tailings mortar have excellent waterproof and good mechanical properties, which means that it is feasible to prepare waterproof cement mortars using TFR. What's more, the mortar showed the best waterproof and mechanical properties, when the ratio of cement and tailings is 1:1 by weight. Through the mechanism analysis, it was found that TFR possessed the hydrophobicity was due to the surfactant adsorbed on the surface of tailings, which enhanced the waterproof of mortar at the same time. In addition, both the internal and surface of tailings mortar were hydrophobic because of the same components.

Keywords: Waterproof; Cement mortar; Silicate tailings; Reverse Flotation; Water adsorption; Compressive strength

目录

第1章 绪论 1

1.1尾矿的资源特征及综合利用现状 1

1.1.1尾矿的资源特征 1

1.1.2尾矿主要处理方法 2

1.2 建筑防水材料 5

1.2.1 防水材料种类 5

1.2.2 国内外研究现状 7

1.3 课题的提出 8

1.4研究目的、意义、技术路线、研究内容及研究方案 9

1.4.1研究目的及意义 9

1.4.2技术路线 9

1.4.3研究内容 9

1.4.4研究方案 10

第2章 试验原料、药剂、仪器及研究方法 11

2.1试验原料、药剂及仪器 11

2.1.1 试验原料 11

2.1.2 试验药剂 11

2.1.3 试验仪器 12

2.2研究方法 13

2.2.1试验方法 13

2.2.2 分析测试 13

第3章 反浮选硅质尾矿防水砂浆性能表征 16

3.1吸水系数分析 16

3.2接触角分析 18

3.3抗压强度分析 20

3.4耐水性分析 20

3.5 SEM分析 22

第4章 反浮选硅质尾矿砂浆防水机理分析 24

4.1油酸钠标线测定 24

4.2吸附动力学 24

4.3 Zeta电位分析 25

4.4 FTIR分析 26

4.5 XPS分析 27

4.6吸附等温线 28

第5章 结论 31

参考文献 32

致谢 36

研究成果 37

第1章 绪论

1.1尾矿的资源特征及综合利用现状

尾矿是矿产资源利用过程的产物。中国是世界第一大能源生产与消费国，我国的主要能源与工业原材料供应均来自矿产资源。随着选矿技术的不断进步与生产能力的进一步提高，越来越多的复杂难选矿物能够被利用。但伴随着矿产资源的开采，尾矿的出产量也愈来愈大。全球尾矿年排放量在140亿t以上^[1]，其中我国尾矿年排放量在15亿t以上。最新统计数据显示：我国尾矿累积堆存量在150亿t左右^[2]。尾矿大量堆积会造成诸多社会问题，包括土地侵占、环境污染等。然而目前我国尾矿的综合利用率只有18.9%^[2,3]。如何合理处置尾矿，提高尾矿资源利用率已成为了我国亟待解决的问题。

1.1.1尾矿的资源特征

尾矿是价值巨大的宝藏。专家认为，开发利用长期搁置的大量尾矿是我国矿业循环经济当前的重要任务。因此熟知尾矿的资源特征将有利于尾矿开发利用工程的实施，加快实现无废料排放和绿色矿山的建设。

（1）尾矿种类繁多

我国矿石种类繁多，对应的尾矿种类也就多，包括有：①有色金属及贵金属尾矿：铜尾矿、铅尾矿、锌尾矿、铝尾矿、钨尾矿、锡尾矿、镍尾矿、铋尾矿、钼尾矿、钴尾矿、汞尾矿、锑尾矿、金尾矿、银尾矿、铂尾矿等；② 黑色金属尾矿：铁尾矿、锰尾矿、铬尾矿、钒尾矿、钛尾矿等；③稀有、稀土资源尾矿：铌尾矿、钽尾矿、锂尾矿、铍尾矿、锗尾矿、镓尾矿、铟尾矿、镉尾矿、硒尾矿等；④非金属尾矿：选煤尾矿、石墨尾矿、煤矸石、粉煤灰、重晶石尾矿、石膏尾矿、云母尾矿、硫尾矿、石棉尾矿、磷尾矿等^[4]。

（2）尾矿储量及排放量巨大