摘要：传统的尾矿处理方式，如填埋、掩埋等，已不能满足环保和资源循环利用的需求，因此对铜尾矿进行活化处理来替代部分水泥制品，成为一个关键技术挑战和绿色建材发展重要方向。本文以山西垣曲铜矿峪铜尾矿砂为研究对象，探究使用化学添加剂激发铜尾矿活性的方法，同时本文的研究成果具有重要的理论和应用价值，有望为铜尾矿资源综合利用、环境保护和绿色建筑材料发展提供新的科学依据。
关键词：化学添加剂,铜尾矿,活性,技术研究
0引言
近年来铜尾矿的活性研究取得了一定成果，然而这些成果主要集中在机械活化方面，通过提高细度和比表面积来激发铜尾矿活性，但单一机械活化手段的局限性导致活性提升有限，尚无法充分满足建筑原材料的需求，因此开展化学添加剂激发铜尾矿活性的技术研究以解决以上问题具有重要意义。
1工程概况
本工程旨在研究铜尾矿作为矿物掺合料的潜力，以替代水泥从而实现对铜尾矿的利用，并减缓建筑原材料的消耗，本课题组已探索出高炉矿渣的最佳活化工艺，但由于铜尾矿与高炉矿渣种类、组分及活性差异，需要以山西垣曲铜矿峪铜尾矿砂为研究对象，重新分析和研究活化工艺。目前存在的问题包括：
1）铜尾矿活化手段单一，仅采用球磨进行机械活化，导致活性未充分激发。
2）铜尾矿活化程度较低，无法在复425水泥中持续提高铜尾矿掺量，影响经济效益。
3）铜尾矿矿物结晶度较高，且以α-石英为主要成分，增加活性物质溶出难度。
4）铜尾矿矿物组成不稳定，可能影响活化效果。针对这些问题，开展相关研究具有重要的理论和应用价值，将寻求铜尾矿的最佳活化工艺条件，以实现有效活化、部分或全部替代高炉矿渣的目标。
2研究目的和意义
随着建筑材料需求的持续增加，采用环保、低成本的掺合原料为绿色建筑产业提供了更广阔的空间，此次研究将对采用化学添加剂激发铜尾矿活性的技术研究进行深入探讨。铜尾矿资源丰富，逐步替代部分水泥原料，具有显著的经济和环保价值，然而传统铜尾矿活化手段存在局限性，如低活性α-石英为主要矿物成分，单一球磨活化方法不能满足高活性需求[1]。本研究旨在找到最佳铜尾矿活化条件，实现在复425水泥中部分或全部替代高炉矿渣，研究目标为提高尾矿砂活性至15%以上，将尾矿矿砂在水泥中的使用量提高至75%以上，这将有助于降低生产成本，提高企业经济效益，同时减缓建筑原材料消耗量，助力绿色建筑发展。研究将采用SEM、XRD、FTIR、TG-DTG等检测分析技术，全面评估现有尾矿砂成分性能及活性原因，探索适宜的活化手段。首先，对现有尾矿砂进行机械活化改性，然后采用化学活化剂进一步优化活性，通过变化活化剂种类和添加量，筛选出活化性能良好的三种单组分添加剂。其次，结合粉磨时间、活化剂种类等因素，采用响应曲面法分析复合掺合料对水泥砂浆早期及后期强度的影响。本研究的成功将为铜尾矿在复425水泥中的掺合应用提供一种更具成本效益的解决方案，并积极推动环保、可持续的建筑材料发展。化学活化剂提高铜尾矿活性的技术将大幅减少水泥使用量和降低尾矿堆存问题，创造显著的环境和经济效益，通过探究适当比例、条件和方法，有助于促进铜尾矿在水泥行业的广泛应用，改变传统建筑原料消耗格局，为绿色建筑产业树立典范。
3化学添加剂激发铜尾矿活性的技术的有效措施
3.1选择合适的化学添加剂
选择合适的化学添加剂是提高铜尾矿活性的关键因素，合适的化学添加剂能够提高尾矿砂中低活性氧化物和水泥净胶体的活性，从而提高水泥强度。经过一系列的实验筛选，可以较容易地找到三种对铜尾矿活性影响较大的单组分活化剂，通过分析这三种活化剂的组成成分和分子结构，可以发现它们能较好地激发铜尾矿砂的潜在活性。有研究表明，氢氧离子浓度（pH）、水化热量、结构和其他因素是影响尾矿砂活性的关键参数，在实验室中分别将这三种化学添加剂的添加量（指“添加量的质量占比”，全文同）从0.5%加到5%，可以明显看到添加剂用量不断增加，尾矿砂活性逐渐提升[2]。实验结果显示，在添加剂添加量为2%时，尾矿砂活性提高15.6%，符合考核指标，在化学添加剂的最佳投入量下，铜尾矿砂的活性得到有效激发，进一步提高了其作为水泥掺合材料的应用潜力。
3.2确定最佳活化条件
通过实验筛选出三种较好的化学添加剂后，需要进一步确定最佳活化条件，考虑到尾矿矿物成分不稳定，需要考虑机械活化和化学活化的相互影响，以提高尾矿砂的活化效果。基于前两项研究内容，可以利用响应面分析法，统筹考虑活化剂种类、添加量、活化时间等多种因素。在此实验过程中，分别考虑添加剂投入量、砂浆活化时间和粉磨时间三个主要影响因素，选择最佳实验组合，在不同条件下的实验，可以观察到添加剂对尾矿砂活性效果的变化，通过比较和分析得出，在粉磨时间达到45 min、添加剂投入量为2.1%、砂浆活化时间为2 h时，铜尾矿砂的活性得到最大激发，在这种条件下，铜尾矿砂活性指数达到75.3%，使得尾矿砂在水泥中使用量提高80%。
3.3复合矿渣及其他相互作用
在基础研究中，实验室对尾矿砂与高炉矿渣的双掺复合矿渣掺合材料进行了一系列的实验，如不同搅拌速度下的活化效果、不同现场水泥样品的配比实验等，通过对不同配比条件下火山灰活性的细致关注和多次试验分析，科学家们系统地比较了活化剂种类、添加量、粉磨时间等多种关键因素。实验数据显示，在火山灰活性的研究中，高炉矿渣与铜尾矿砂的最佳质量配比为45:55，此时火山灰活性指数达到21.5%，等效于参照水泥中的火山灰活性，同时在实验过程中，粉磨时间对尾矿砂活性影响较大，随着粉磨时间从30 min逐渐增加，潜在活性得到了较好地激发，这方面的数据显示，在120 min粉磨时间具有最佳活性，活性指数超过了26.2%。在测量水泥抗压强度方面，实验数据表明，在高炉矿渣与铜尾矿砂的最大双掺时，3 d抗压强度达到18.5 MPa，28 d抗压强度为43.6 MPa，均满足各项标准要求，同时通过对比高炉矿渣与优化配方的组合效果，试验证明了在最佳配比条件下，所使用的化学添加剂较好地激发了尾矿砂中潜在活性，并提高了复合矿渣掺合材料的综合性能。总之，研究人员成功地实现了在实际生产中实现尾矿砂与其他矿渣如高炉矿渣的双掺复合矿渣掺合材料，通过对各种材料相互协同作用的详细分析和实验研究，发现了一种较好配方，以提高尾矿砂活性和掺量。研究结果显示，采用合适的化学添加剂、确定最佳活化条件和复合矿渣的相互作用协同提高铜尾矿活性，有助于节省建筑原材料，提高经济和环保价值。
3.4研究活化剂与尾矿砂的作用机理
加深了解活化剂与尾矿砂之间的相互作用原理是提高铜尾矿砂活性的重要手段，通过对不同活化条件下的铜尾矿砂采用多种检测方法，如粒度分布、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM），分析活化剂对尾矿砂活性及其影响机制，同时利用傅里叶红外光谱（FTIR）、热重-差热分析（TG-DTG）等检测技术，可以对活化剂在整个铜尾矿砂活化过程中的作用进行深入探究。通过对比和分析实验数据，研究发现，在活化剂作用下相较于未经活化处理的尾矿渣，如CaO、Al2O3和SiO2等相对含量较高的活性氧化物在一定程度上发生了相应的溶解现象，这导致了尾矿矿渣内部结构单元之间约束得到了松弛，从而使整个尾矿矿渣的活性得到显著提高，由此可见化学添加剂在一定程度上通过调整矿物组成和微观结构，实现了低活性矿物向高活性矿物的转化。研究还发现，在最佳活化条件下，尾矿矿渣中低活性的α-石英相对含量减少约15%，活性氧化物如Al2O3、SiO2、CaO的溶解量分别增加了10.6%、8.5%和7.3%，这表明添加活化剂不仅促进了低活性矿物的转化，还有效提高了矿物活性氧化物中高活性成分的含量，通过对尾矿矿渣不同活化条件下的SEM分析，可观察到表面形貌的明显改善，从而进一步证实活化剂对尾矿砂活性改善的作用。总之，通过对铜尾矿砂在不同活化条件下的多种测试指标的分析，以及活化剂的相应作用机制的研究，揭示了化学添加剂对尾矿砂矿物组成和微观结构的改变，从而实现了尾矿矿渣活性的提升，这为铜尾矿砂的高效活化及其在水泥等建筑材料领域的广泛应用提供了有力的理论支撑和实践依据。
4结语
本研究通过采用化学添加剂激发铜尾矿活性的技术，实现了铜尾矿的有效利用，为尾矿炭资源的高效、可持续发展提供了技术支持。在实验过程中，对活化剂的选择、最佳活化条件的确定、矿渣复合掺和以及活化剂与尾矿砂作用机理的研究都进行了详细的探讨，实验结果表明，经过合适的化学活化剂和工艺条件激发，铜尾矿砂的活性得到显著提高，能够满足作为水泥掺合料的要求。本研究还关注了活化材料对水泥制品的工程性能以及对环境的影响，确保了激发活性技术在实际生产中的可行性、稳定性及环保性，通过本技术的研究和实践，铜尾矿砂在水泥行业的应用潜力得到了很好的发挥，为更广泛地利用低活性尾矿提供了技术路径，带来了良好的经济、社会和环境效益。然而，尾矿矿物组成多变，需要针对不同矿区的尾矿，进行具体的试验和研究，以确定最佳的活化剂和活化条件。
参考文献
[1]张艳华，杨广宇，李晓祥，等.钢渣-铜尾矿粉末基复合水泥材料的力学性能及水化特性[J].新型建筑材料，2021，28（6）：56-60.
[2]赵晓庆，肖峰，罗模，等.酸处理后钒尾矿陶瓷系外加剂对水泥砂浆力学和硫酸盐侵蚀性能的影响[J].新型建筑材料，2021，28（3）：25-30.
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