0引 言

尾矿用作水泥混合材是近年来尾矿大宗利用的研究 热点之一，2014 年由福建省新创化建科技有限公司、三明 市产品质量检验所等单位联合起草的福建省地方标准《用 于水泥和混凝土中的尾矿微粉》在福州通过审定，标准规 定了用作水泥混合材的尾矿的相关指标及试验方法等，这 表明尾矿作为一种二次资源已经逐渐得到了认可。根据 GB/T 2847—2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》，尾 矿用作水泥混合材首先要满足混合材的基本要求，烧失量 不大于 10%，三氧化硫含量不大于 3．5%，放射性合格等。

目前用作水泥混合材研究的尾矿按其成分主要包括 硅质尾矿、高钙尾矿、黏土类尾矿和复成分尾矿。

1硅质尾矿水泥混合材

硅质尾矿主要成分是 SiO2，约占 60%～80%，含有一定 量的 Al2O3，矿物组成以石英、长石，云母等为主。硅质尾 矿用作水泥混合材多采用机械活化的方法。

焦向科等将提钒过程中产生的高硅尾矿与硅酸盐 水泥熟料混合，通过机械球磨的方式提高其活性，其中尾 矿中 SiO2 含量为 64．17%，Al2O3 含量为 10．27%。研究发 现，机械粉磨可以提高尾矿的活性，同时认为硅酸盐水泥 熟料水化产生的 Ca( OH) 2 通过液相扩散到尾矿表面，与 其发生水化反应产生水化硅酸钙和水化铝酸钙，当有石膏 存在时，随及形成钙矾石。但是由于尾矿的水化活性较纯硅酸盐水泥熟料要低，故增加钒尾矿的掺量会导致水泥凝 结时间的延长和强度的降低，在钒尾矿的掺量为 30%、球 磨时 间 为 40 min 时，水泥的凝结时间和强度均达到 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》中规定的 32．5R 复合硅 酸盐水泥的要求。

倪明江等选用烧失量不大于 10%，三氧化硫含量不 大于 3．5%的六种金属尾矿进行了活性指数试验，试验发 现六种金属尾矿的活性指数均在 68．7%～76．5%之间，单从 28 d 抗压强度指标来看，属于活性混合材。认为金属尾矿 反应活性源于粉磨过程外部能量转化成颗粒的表面能，使 表面呈现亚稳态，其中活性 SiO2 组分与水化铝酸钙生成 了水化石榴子石。

周梅等研究了排山楼金矿尾矿渣在水泥和混凝土 中的应用，得出水泥中掺入 22%～28%的尾矿渣可以制成 尾矿渣硅酸盐水泥，同时采用正交试验研究了水泥、石膏、 尾矿粉不同配比对尾矿渣水泥抗压强度的影响，发现尾矿 渣作掺合料对混凝土强度的贡献等同于粉煤灰和自然煤 矸石粉，当尾矿渣∶ 普通硅酸盐水泥∶ 石膏 = 22∶ 74∶ 4 时，可 制备出 42．5 强度等级水泥。

杨本武等选用 SiO2 含量为 71．80%，Al2O3 含量为 12．02%的珍珠岩尾矿进行了水泥混合材应用研究，测得其 28 d 活性指数为 73%，且火山灰性试验合格，可以用作活 性水泥混合材，并认为珍珠岩颗粒中活性 SiO2、Al2O3 在 水泥提供的碱性环境中不断地溶出，与 Ca2 + 离子发生反 应，生成 C-S-H 凝胶和硫铝酸盐。

以上研究表明，硅质尾矿用作活性水泥混合材具有一 定的可行性，机械粉磨产生的机械力可以转化成尾矿颗粒 的表面能，增加尾矿颗粒表面的活性质点数，这些无定型 质点在水泥水化产生的碱性环境下可以溶出并参与反应， 因此表现出一定的活性。

2高钙尾矿水泥混合材

此类尾矿 CaO 含量相对较高，CaO 含量大于 10%，矿 物组成以方解石、石英以及硅酸盐矿物为主，其成分更接 近于水泥熟料，因此具有一定的可行性，也是用于水泥混 合材研究较早的尾矿之一。

祝振奇进行了黄金尾矿作复合水泥混合材的试验 研究，该尾矿以 SiO2 和 CaO 为主要成分，将其分别粉磨至比表面积为 314、347、401 m2 /kg 时，对应活性指数分别到 达了 68．5%、69．8%、72.9%，在复合水泥中替代 6%的粉煤 灰时对水泥强度影响不大，而且能够缩短水泥凝结时间。

毛裕均等将磁铁矿尾矿用作水泥混合材，尾矿主要 成分为 SiO2 和 CaO，两者之和大于 50%，氧化镁含量也较 高，达 10%以上，另外还含有一定量的 Al2O3、Fe2O3、SO3 等成分。经试验发现 28d 活性指数达到 66%，且火山灰性 试验合格，可以用作活性水泥混合材。

唐达高对某铜尾矿用作活性水泥混合材的可行性 进行了分析，所用铜尾矿 SiO2 含量为 44．36%，氧化钙含量 为 21．17%，并含有一定量的 Al2O3、Fe2O3、MgO，试验发现 该铜尾矿的活性指数为 73．65%，但还有待判断其火山灰 性试验是否合格。

对于这类尾矿的研究可以看出，高钙尾矿也具备用作 活性水泥混合材的可行性，但是上述研究并未对尾矿中 CaO 含量的高低与尾矿活性指数之间的关系做出分析。

3黏土类尾矿水泥混合材

黏土由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧 化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫 酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质，如高岭土、蒙脱石、水铝英石 等。含黏土类尾矿多采用热活化工艺进行活化，在一定的 温度下，尾矿中的黏土类矿物脱水发生结构改变形成不稳 定相态，从而具有一定的反应活性。

崔崇等对生产硫酸铝排除的尾渣进行了水泥混合 材试验，发现热活化温度在 700～1 000 ℃ 范围内，铝渣中 的主要矿物高岭土，其层状结构中的羟基不断脱水，而形 成介稳相 － 偏高岭土，偏高岭土结晶度低，反应活性较高， 测得 28 d 活性指数 ＞ 84%，远超过 GBT 2847—2005《用 于水泥中的火山灰质混合材料》中的活性指数不小于 65%的要求。

付凌雁等研究发现铝土矿尾矿本身没有活性，但是 通过热活化，尾矿中的黏土类矿物( 主要为一水硬铝石、高 岭石、伊利石) 可以转变成亚稳态的铝硅酸盐矿物，具有偏 高岭土的活性特征，XRD 也显示经煅烧后的尾矿中部分 矿物衍射峰消失或减弱，说明有介稳态和非晶质物质生成。

以上研究可以看出，物相转变是热活化黏土类尾矿的 关键，对尾矿进行热重分析或检测不同温度下尾矿成分变 化，找到特定的活化温度，即不稳定相系形成的温度。温度 过低，原物相无法分解; 温度过高，又会生成新的稳定结晶 相。

4复成分尾矿水泥混合材

复成分尾矿不具备上述三类尾矿的特性，SiO2 含量一 般在 40%～60%之间，矿物组成复杂，通常以钙、镁和铁硅 酸盐矿物居多。

牟善彬等将某铜浮选尾矿砂加入适量石灰，经搅 拌、成型，在 0．8 MPa、175 ℃下蒸压制成产品，并对其用作 水泥混合材进行了试验，发现其活性指数高达 75．4%，但 其火山灰性试验不合格，因此认为并无水硬活性，可以作 为晶种、微集料非活性材料。

许小荣等对某铜尾矿用作水泥混合材进行了试验 研究，该尾矿属于复成分型尾矿，发现其活性指数达 73．9%，且火山灰性合格，因此该尾矿可以用作活性水泥混 合材。

卢忠远等利用石棉尾矿或蛇纹岩石做水泥混合 材，可以部分或全部取代其他水泥混合材生产的各种水 泥。石棉尾矿或蛇纹石中主要含结晶水的硅酸镁矿物，用 它作水泥混合材可产生一定的晶核诱导作用，对水泥的水 化、硬化有一定的促进作用。

以上研究表明尾矿不仅有一定的活性，而且体现出了 水泥混合材所具有的微集料效应和颗粒效应。无论是哪种 尾矿，必须同时进行活性指数试验和火山灰性试验，均满 足 GBT 2847—2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》 要求时才能用作活性混合材，缺一不可，否则只能用作非 活性材料。

为进一步提高尾矿活性，提高尾矿掺量以及尾矿在水 泥或混凝土中的应用性能，一般需要配合激发剂使用。彭其雨等采用机械粉磨及化学激发相结合的方法制备 出了尾矿水泥活性混合材，活性指数高达 83．9%～93．6%， 采用的激发剂为主要成分为聚羧酸醇胺型高分子的尾矿 专用激发剂。付凌雁采用早强剂质量分数 3%的硅酸钠 和 1%的氯化铁作为激发剂，尾矿活性指数到达 78%，但是 试验发现早强剂是加速了水泥的水化，对尾矿的作用效果 甚微。

水泥混合材除了具有火山灰效应外，还具有微集料效 应和颗粒效应，因此尾矿粒级大小对其性能有较大的影 响。耿碧瑶等研究发现提高 8．39～4．24 μm 粒级尾矿产 率有利于提高水泥胶砂的流动度和胶砂试块的强度。此 外，尾矿混合材水泥的制备方式也极为重要，由于物料之 间易磨性的差异，不合理的粉磨工艺可能会造成成品颗粒 匹配不合理的现象，分为尾矿和水泥熟料共同粉磨、尾矿 和水泥单独粉磨、尾矿和水泥单独粉磨后再混磨。李生钉 等将料中间产物和尾矿微粉中间产物混合粉磨，粉磨至 800～400 m2 /kg，发现单独粉磨后再混磨可以更好的调 动尾矿的潜在活性。

5结 论

(1) 目前有关尾矿成分与其火山灰活性之间的关系的 研究很少，为更好的利用尾矿，应探索尾矿中有益组分，去 除有害成分。

(2) 虽然部分研究已经证实尾矿可以用作活性水泥混 合材，但是其活性仍然较低，应深入研究提高尾矿活性方 法，提高尾矿的利用率。

文章作者：谭明洋，吕宪俊，姜梅芬

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