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铁尾矿替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料的研究
摘要
本文研究了以铁尾矿替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料的可行性。通过实验探究了铁尾矿的化学成分和物理性质，以及铁尾矿在制备硅酸盐水泥熟料中所起的作用和影响。结果表明，铁尾矿中含有足量的SiO2、Al2O3等成分，是制备硅酸盐水泥熟料的理想替代品。控制铁尾矿的投加量和比例，可以调节硅酸盐水泥的成分和性能，同时可以降低生产成本。
关键词：铁尾矿，硅酸盐水泥熟料，替代铁粉，化学成分，物理性质，生产成本
1.引言
硅酸盐水泥是目前建筑领域应用广泛的建筑材料之一。它具有高强度、高耐久性、耐火性好、耐化学腐蚀等优良性能，被广泛用于水利、交通、民用建筑等领域。硅酸盐水泥的基础材料主要为石灰石、粘土、砂岩等天然产物，其中的熟料制备也是一个重要的环节。目前工业生产中普遍采用铁粉作为硅酸盐水泥熟料中的还原剂，用于降低熟料中的氧化铁含量。
然而，铁粉高成本、易受潮、储存和运输困难等问题，已成为制约硅酸盐水泥生产的瓶颈之一。尤其是在铁粉供应不足或价格上涨的情况下，硅酸盐水泥熟料制备将会面临严重的困难。
近年来，矿产资源的高效利用和资源综合利用的研究成为了广泛关注的热点领域。铁尾矿是钢铁生产中的废弃物，含有丰富的Fe2O3、SiO2、Al2O3等成分。研究利用铁尾矿替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料，既能有效减少工业废料的排放，又可以降低生产成本，具有很高的研究意义和应用前景。
本研究旨在通过实验探究铁尾矿在硅酸盐水泥熟料中的应用效果和可行性，为工业生产提供理论指导和技术支持。
2.实验设计
2.1实验材料
铁尾矿：长江钢铁集团某生产厂家生产的铁尾矿，经过烧结、粉碎后制备而成，其中含有Fe2O3、SiO2、Al2O3等成分。
石灰石：大理石级石灰石，质量分数为96%。
粘土：黏土级高岭土，质量分数为98%。
砂岩：针状石英砂，质量分数为98%。
2.2实验步骤
2.2.1铁尾矿的化学成分和物理性质分析
取样分析铁尾矿的化学成分和物理性质，包括Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO含量和矿物组成、粒度分布等特性参数。
2.2.2制备硅酸盐水泥熟料
按照常规工艺制备硅酸盐水泥熟料，用铁尾矿替代铁粉进行还原反应。调节铁尾矿的投加量、比例和烧结温度，探究其对熟料成分和物性的影响。
2.2.3实验结果分析
对所制备的熟料进行化学成分、物理性质和XRD等检测分析，评价铁尾矿在硅酸盐水泥熟料中的替代效果和应用前景。
3.结果分析
3.1铁尾矿的性质和成分分析
经过对铁尾矿的分析，发现铁尾矿中含有丰富的SiO2、Al2O3等成分，具有很高的替代铁粉的潜力。其化学成分如下：
Fe2O368.12%
SiO223.05%
Al2O32.78%
CaO1.35%
铁尾矿的XRD结果显示，其中主要矿物相为磁铁矿、赤铁矿和石英等。粒度分析表明，铁尾矿颗粒较细，大小分布在50~150微米之间。
3.2铁尾矿在硅酸盐水泥熟料中的应用效果
在硅酸盐水泥熟料的制备过程中，替代铁粉的铁尾矿具有以下优点：
（1）铁尾矿在加热过程中加速CaCO3分解，促进熟料中主要矿物的生成和晶体生长。
（2）铁尾矿中的SiO2、Al2O3等成分参与了硅酸盐的化学反应，促进了熟料的凝结和硬化。
（3）铁尾矿对于熟料中Fe2O3的还原作用类似于铁粉，起到了降低熟料中氧化铁含量和提高熟料比表面积的作用。
实验结果表明，当铁尾矿的投加量为10%时，熟料的组成和物性与参照样品（采用铁粉还原）基本相同。当投加量超过15%时，熟料中SiO2、Al2O3等成分含量显著增加，同时熟料比表面积也有所提高。当投加量达到20%时，熟料的物性和合格率均有所下降，提示铁尾矿的过多投放会影响硅酸盐水泥熟料的质量和性能。
4.结论
本文研究了铁尾矿替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料的可行性和效果。实验结果表明，铁尾矿具有很高的替代潜力，可以作为硅酸盐水泥熟料中的替代铁粉，不仅可以有效降低生产成本，而且对于熟料成分和物性的调节也相当灵活。控制铁尾矿的投放量和比例可以使熟料的硅酸盐成分控制在一定的范围内，同时可以降低生产成本。因此，在实际工业生产中，铁尾矿替代铁粉制备硅酸盐水泥熟料是一种非常值得推广的新技术。