基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究.pdf

第14卷第2 期2024年2 月doi:10.3969/j.issn.2095-1744.2024.02.019有色金属工程Nonferrous Metals EngineeringVol.14,No.2February2024基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究刘怡彤1，伊元荣1,，李春辉1,马静1,杨雅芯1，祖拜代木热西提1（1.新疆大学生态与环境学院，乌鲁木齐8 30 0 46；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐8 30 0 46)摘要：为了有效激发铜尾矿活性制备性能良好的胶凝材料，以铜尾矿为主要原材料，水玻璃和NaOH为碱激发剂,采用响应面优化法开展胶凝材料配比优化实验，并通过方差分析以及三维曲线图研究自变量及其交互作用对2 8 d抗压强度的影响；利用XRD、SEM、FT-I R、T G-D T G 等对试样的矿相成分、微观形貌等特征进行分析。结果表明：通过优化实验获得最优配比为碳酸钠掺量50%、氢氧化钠掺量1%、水玻璃掺量2 2 g/100g，此参数下铜尾矿胶凝材料2 8 d抗压强度为30.41MPa。经过机械球磨40min后，碳酸钠在适当的碱性环境下使铜尾矿的活性激发到较佳状态，铜尾矿经水化反应生成了大量结晶度较高的C-S-H凝胶与棱柱状钙钒石等水化产物，彼此相互连接构成网状结构，使胶凝材料保持较高的强度性能。关键词：铜尾矿；胶凝材料；抗压强度；响应面法；交互作用中图分类号：TD926.4;TQ177Study on the Mechanism of Gelling Performance of Sodium Carbonate-ActivatedLIU Yitong,YI Yuanrong*2,LI Chunhui,MA Jing,YANG Yaxin,ZUBAIDAIMU Rexiti!2.Key Laboratory of Oasis Ministry of Education,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)Abstract:To effectively stimulate the activity of copper tailings to prepare cementitious materials with goodperformance,copper tailings were used as the main raw materials,water glass and NaOH were added as alkaliinitiators,and the response surface optimization method was used to carry out the optimization experiment ofcementitious material ratio,and the influence of independent variables and their interaction on the compressivestrength of 28 d was studied by analysis of variance and three-dimensional curved plot.XRD,SEM,FT-IR,TG-DTG,etc.were used to characterize the mineral composition,micromorphology and other characteristics of the sample.Theresults show that the optimal ratio obtained by optimization experiment is 50%sodium carbonate content,1%sodium hydroxide content and 22 g/1oo g water glass content,and the compressive strength of copper tailingscementitious material in 28 d is 30.41 MPa.After 40 min of mechanical ball milling,sodium carbonate excites theactivity of copper tailings to a better state under an appropriate alkaline environment,and a large number of C-S-Hgels with high crystallinity and prismatic calcium vanadium and other hydration products are generated by hydrationof copper tailings,which are connected with each other to form a network structure,so that the cementitious materialmaintains high strength performance.Key words:copper tailings;cementitious materials;compressive strength;response surface method;reciprocal action收稿日期：2 0 2 3-10-19基金项目：新疆自然科学基金资助项目（2 0 2 2 D01C388）；新疆大学创新项目基金资助项目（S202210755087）Fund:Supported by Xinjiang Natural Science Foundation(2022D01C388);Supported by Innovation Project Fund of Xinjiang University(S202210755087)作者简介：刘怡彤（2 0 0 1一），女，环境科学专业方向。通信作者：伊元荣（19 7 4一），女，教授，主要从事固体废弃物资源化利用方面研究。引用格式：刘怡彤，伊元荣，李春辉，等。基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究J有色金属工程，2 0 2 3，14（2)：142-152.LIU Yitong,YI Yuanrong,LI Chunhui,et al.Study on the Mechanism of Gelling Performance of Sodium Carbonate-Activated Copper TailingsBased on Response Surface MethodJJ.Nonferrous Metals Engineering,2023,14(2):142-152.文献标志码：ACopper Tailings Based on Response Surface Method(1.College of Ecology and Environment,Xinjiang University,Urumqi 830046,China;文章编号：2 0 9 5-17 44（2 0 2 4)0 2-0 142-11第2 期铜尾矿是经过破碎、筛选等选矿工序后产生的一种具有火山灰活性的固体废弃物，根据研究显示，我国铜尾矿排放量约为2.2 4亿t/a1。铜尾矿大多以堆存的方式贮存，大量铜尾矿的堆积不仅会产生土资源浪费等环境污染，还可能引发不可逆的地质灾害，浪费更多人力成本，甚至危害人类的生命健康2 。因此激发铜尾矿活性，提高二次资源利用率，符合我国可持续发展战略目标，具有重要意义。铜尾矿的结构与性质多样复杂，化学成分不稳定，火山活性低，具有一定情性3。因此需要充分激发铜尾矿活性，才能达到资源化利用的标准。大多研究采用活化方式有机械球磨活化4、化学激发剂活化5 等。王新6 选用碳酸钠制备碱矿渣水泥，使整体水化速率降低，从而延长碱矿渣水泥净浆的凝结时间，改善水泥的抗压强度；史星丽等7 进行了碳酸钠与铜尾矿共磨提高铜尾矿反应活性的胶凝水化性能研究；徐焰8 制备碳酸钠激发磷渣-湿磨矿渣复合胶凝材料,研究体系的力学性能、耐久性和微观结构等性能，发现碳酸钠掺量对水化速率有显著影响，随着掺量增加水化速率明显加快；常悦等9 利用改良NazCO：激发高炉渣制备胶紧材料，研究适合应用于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。综合来看，碳酸钠作为典型的化学激发剂，强度较高，耐久性好，腐蚀性小，作为助磨剂可以提高铜尾矿磨矿细度，增大矿渣接触面积，同时在机械球磨和碱性环境下，碳酸钠能够制备强度较高、活性较强的胶凝材料7.8 。响应面法（Response Surface Methodology，RSM)作为综合实验设计优化方法能够有效减少实验次数并能考察各影响因素间交互作用，与常规单因素及正交试验相比较，能够更准确地表征因素对响应值的影响10 。张伟刚等11基于响应面法研究水泥、料浆质量浓度和细研率填充体系多因素交互作用对抗压强度的显著性影响；吴蓬CompoundSO3Fe2O3SiO2Al203CaoMgO刘怡彤等：基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究221020图1铜尾矿主要矿物相成分Fig.1XRD pattern of main mineral phasecomposition in copper tailings表1铜尾矿化学成分分析Table 1Analysis of chemical composition of copper tailingsContent./%45.3423.7322.014.541.451.31143等12 考查了熟料、石膏配比及其交互作用对矿渣胶凝材料抗压强度的影响并提供了可视化模型；刘树龙等131采用响应面Box-Behnken设计试验来揭示钢渣、石灰、脱硫石膏掺量单一因素和交互作用对充填体2 8 d抗压强度的影响规律，并探索出适合矿山充填全固废胶凝材料的最佳配合比。由此可知，响应面法为研究胶凝材料抗压强度性能提供先进的理论指导。本文通过响应面实验设计，对实验因素与响应面值进行回归方程和方差分析等参数的拟合；分析3D图与等高线图考察各因素与响应值之间的关系;通过 XRD、SEM、FT-IR、T G-D T G 等微观表征分析，研究碳酸钠活化铜尾矿后微观结构的变化情况。1材料与方法1.1实验原料本次实验所用铜尾矿源于新疆某铜矿经提炼和选矿后剩余的铜渣，由表1可以看出，主要化学组成为Fe2O3、SiO 2、A l,O：、M g O、C a O 等,Fe、Si含量较高。图1为铜尾矿原材料的XRD分析，其主要物相2304020/()CompoundK20Na20BaoCuoOther1Quratz2Pyrite3Chlorite4CalciumAluminumOxide5Calcium Silicate Oxide6一Muscovite,2250Content/%0.520.330.330.120.32607080144有石英、黄铁矿、绿泥石等。选用无水碳酸钠（纯度99.8%）、Na O H（纯度9 6%）和工业级水玻璃（Ms=3.4)为碱激发剂，为制备胶凝材料提供充分的碱性环境。记原铜尾矿试样为CT样品，碳酸钠添加试样为NCT样品，文章后期均以 CT和 NCT进行表述。1.2实实验方法与设计1.2.1实验方法用2 0 0 目标准筛对铜尾矿进行筛选，将筛除杂质的铜尾矿装于密封袋中保存。将铜尾矿和钠盐按一定比例混合均匀，然后置于YXQM-4L型卧式行星球磨仪中，以球质比为8：1，2 0 0 r/min球磨40min，取出后称量一定样品至容器中，将一定比例的碱激发剂和水混入其中，持续搅拌5min直至均匀且无气泡，制得胶凝材料浆体，采用浇筑法使浆体快速转移至3cmX3cmX3cm的硅胶模具中,持续振荡直至无气泡，移至HY-13型标准恒温恒湿养护箱中养护10 h，待凝固后脱模，将制备的立方体试样移至密封袋中继续养护2 8 d,用WANCE-ETM系列电子试验机测试2 8 d抗压强度。CodeleverCodevalue-1A0B1C2结果与讨论2.1石碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能影响因素分析图2(a)为碳酸钠的2 8 d抗压强度。如图2 可知，随着碳酸钠掺量从2 0%增加到6 0%时，抗压强度呈先增加后降低的趋势。当碳酸钠添加量在45%55%区间内，强度达到高峰，随后下降，表明了碳酸钠添加到45%55%时，碳酸钠对铜尾矿的研磨效果最佳，为后续提高铜尾矿活性提供保障。图2(b)为水玻璃的2 8 d抗压强度。由图2 可知，随着水玻璃掺量从10 g/100g增加到30 g/100g时，抗压强度呈先增加后降低的趋势。当水玻璃添加量在152 0 g/100g区间内，强度达到高峰，随后下降，表明了水玻璃添加到152 0 g/100g时铜尾矿与水玻璃充分结合，提供充足的碱性环有色金属工程采用X射线衍射仪（Bruker D8 advance）、扫描电子显微镜（LEO，1430 V P）、德国傅里叶红外光谱仪（BRUKERVERTEX7O）和热重分析仪（日立STA7300）分析最佳试样的矿物相成分、水化产物微观结构及成分以及产物种类和结构。1.2.2单因素实验设计本次实验以抗压强度为评价指标，固液比1：0.0 1,球磨时间40 min作为基本实验条件，固定碳酸钠掺量为50%，水玻璃掺量为2 2.5g，氢氧化钠为1%，分别探究抗压强度随氢氧化钠、水玻璃和碳酸钠掺量增加的变化趋势。1.2.3响应面法实验设计根据单因素实验结果，将抗压强度作为响应值，选择对抗压强度影响较大的碳酸钠掺量、水玻璃掺量、氢氧化钠掺量3个因素为自变量，分别用A、B、C表示，胶凝材料2 8 d抗压强度为响应值，用Y28d表示。使用Design-Expert13软件，进行三因素三水平实验设计,研究不同因素及其交互作用对胶凝材料2 8 d抗压拉强度的影响规律，实验因素及水平见Box-Behnken设计因素水平表2。表2Box-Behnken设计因素水平Table2Box-Behnken design factor levelSodium carbonate1532.550境，有利于硅铝元素从原矿中溶出，激发铜尾矿的活性。图2(c)为氢氧化钠的2 8 d抗压强度。随着氢氧化钠掺量从1%增加到5%时，抗压强度呈先增加后降低的趋势。当氢氧化钠添加量在1%1.5%区间内，强度达到高峰，随后下降，表明了氢氧化钠添加到1%1.5%时不仅提供了碱性环境，还加强了铜尾矿与水玻璃的结合，挥发出水玻璃的作用。图2(d)为球磨时间的2 8 d抗压强度。随着球磨时间从0 增加到12 0 min时，抗压强度呈先增加后降低的趋势，但浮动较大，变化规律具有不稳定性，因此不作为响应面实验影响因素。综上所述可知，碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能影响因素为碳酸钠15%、32.5%、50%，氢氧化钠1%、3%、5%和水玻璃10、2 2.5、35g/100g，后续针对三因素三水平开展响应面实验设计。第14卷FactorSodium hydroxide135Soluble silicate1022.535第2 期252015105030252015刘怡彤等：基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究2030(a)Sodium carbonate content14535302520151054050Content/%1600302826242212Content/%(c)Sodium hydroxide content345102.2基于响应面法对活化铜尾矿胶凝材料性能分析2.2.1模型建立及显著性分析1)Box-Behnken中心组合实验及结果响应面实验及结果如表3所示，利用Design-Test No.Sodium carbonate/%150232.5315432.5550615732.5850932.51032.51132.5121513501432.51532.516151732.520111015(b)Waterglass contentTable 3Box-Behnken designed the experimental resultsSodium hydroxide/%3515531133353313312025Content/g图2 各因素对铜尾矿活性的影响Fig.2Influence of factors on copper tailings activityExpert13软件对表3中的实验结果进行二次回归分析，可得到胶凝材料2 8 d抗压强度的响应面函数，即回归方程y=18.76十3.55A2.7 2 B一0.5240C11.41AB2.20AC1.94BC2.08A-3.99 B2 5.25C2表3Box-Behnken设计实验结果302040Ball milling time/min(d)Ball mill timeSoluble silicate/g103522.51022.5353522.522.522.522.522.53522.5101022.56080100Y28d/MPa16.701 66.255 52.289612.10960.2678710.576010.806133.295521.334 715.385020.427114.921312.184 518.75978.91916.283917.8929146有色金属工程第14卷2）回归模型的方差分析由表4可知，该模型的P=0.0028BC,各因素间交互作用影响显著性排SourceSum of squaresModels938.78A100.67B59.17C2.20AB521.19AC19.40BC14.98A218.15B267.04C2115.93Residual70.94Lack of fit49.39Pure error21.55Cor total1009.72R?0.9297RAd0.83942.2.2响应面分析为了进一步分析碳酸钠、氢氧化钠和水玻璃掺量与胶凝材料2 8 d抗压强度之间交互作用的变化规律，利用Design-Expert13软件构建抗压强度随三个自变量变化的响应面3D曲线图和等高线图。响应面坡度变化越陡峭，等高线形状越趋近于椭圆，表明自变量对与因变量之间的交互作用越明显；响应面坡度变化越平缓，等高线形状越趋近于圆，表明自变量对与因变量之间的交互作用越不明显15。如图3所示，当水玻璃掺量为2 2 g/100g时，碳酸钠和氢氧化钠掺量的交互效应对抗压强度的影响。当氢氧化钠掺量在1%2%时，抗压强度随着碳酸钠掺量的增加而增加，坡度较陡，增长速度较快，表明碳酸钠作为助磨剂减少了颗粒大小，缩短了胶凝材料凝结时间，是增强抗压强度的主要作用；同序为ABACBC。由此可见，碳酸钠活化铜尾矿胶凝材料的制备中，碳酸钠掺量对抗压强度的影响最大，碳酸钠和氢氧化钠的交互效用对抗压强度的影响最明显。失拟项用来表示所建模型与实验数据的差异程度。在本模型中,2 8 d抗压强度模型的失拟项P=0.15440.05，说明此模型失拟项差异不显著，即模型的相关性和回归方程的拟合性较好。除此之外,R为0.9 49 1,Adj R为0.7 7 8 6,Pred R为0.9 10 9,且AdjRPredR0.2,表明该模型的相关性良好，回归拟合的可靠性较高14。表4中，P0.01表示影响极显著，0.0 1 P0.05表示影响不显著。表4响应面回归模型方差分析Table 4ANOVA of response surface regression modelDF911111111173416Meansquare104.31100.6759.172.20521.1919.4014.9818.1567.04115.9310.1316.465.39理当碳酸钠掺量在15%2 2%时，抗压强度随着氢氧化钠掺量的增加不断增加，增长速度同样较快。图4表示当氢氧化钠掺量为1%时，碳酸钠和水玻璃掺量的交互效应对抗压强度的影响。当水玻璃掺量在10 15g/100g范围时，抗压强度随着碳酸钠掺量的增加而增加，且增长速度较快；但当碳酸钠掺量在较低范围时，抗压强度先增加后降低，且坡度变化较缓慢，说明存在一个水玻璃掺量值使得2 8 d抗压强度达到最大值。图5表示当碳酸钠掺量为50%时，水玻璃和氢氧化钠掺量的交互效应对抗压强度的影响。与图4相似，当水玻璃掺量变化区间固定时，抗压强度随着氢氧化钠掺量的增加而迅速增加；但当碳酸钠掺量在较低范围时，抗压强度先增加后降低。由此可见，碳酸钠和氢氧化钠掺量的交互作用对抗压强度的影响最明显，与方差分析结果一致。Fvalue10.299.935.840.216851.431.911.481.796.6211.443.06Pvalue0.00280.016 10.04630.655 60.00020.20900.26340.222 60.03690.01170.154.4Salience*第2 期刘怡彤等：基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究147Compressivestrength/MPa1020540.302010010Fig.3 Response surface of sodium hydroxide and sodium carbonate to compressive strength at 28 d403020101050433629A/%221535图4碳酸钠和水玻璃对2 8 d抗压强度交互作用响应面Fig.4 Response surface of sodium carbonate and water glass to the 28 d compressive strength4030201001010Fig.5 Response surface of sodium hydroxide and water glass to the compressive strength of 28 d43250433629B/%2115图3氢氧化钠和碳酸钠对2 8 d抗压强度交互作用响应面10152025Clg301520Clg图5氢氧化钠和水玻璃对2 8 d抗压强度交互作用响应面1022A/%32543035522Compressive strength/MPa35302520151015353025302015210129A/%20102229A1%Compressive strength/MPa2023B/%3636434310450305051482.2.3最优配比确定如表5 所示，以铜尾矿为原料，在单因素实验基础上，以2 8 d抗压强度为响应值，通过Box-Behnken设计对实验进行优化，得到结论如下：碳酸SourceOptimum values2.3表表征分析2.3.1XRD分析图6 显示了胶凝材料固化2 8 d的XRD。固化28d后，相较于CT而言，其胶凝材料的XRD图谱的衍射峰有了很大出入，胶凝材料中的石英、绿泥石、白云母、硅酸三钙等矿相成分的衍射峰降低甚至消失，说明在碱激发作用下，一些物质参与了水化反应。从图6 可以看出，CT胶凝材料固化2 8 d后，除了矿渣中未参与水化的背景峰之外，在2 0 为1 8 303540 47 5 0 和5 7 6 0 衍射峰之间还出现了 C-S-H凝胶 1 6、C-A-S-H凝胶以及少量钙钒石 7,使其具备了力学性能。与CT胶凝材料相比，NCT胶凝材料固化2 8 d后的XRD图谱有很大的变化，有很多物相衍射峰降低甚至消失，同时出现了很多新的衍射峰。由图6 所示,NCT胶凝材料中出现的C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶及钙钒石衍射峰比CT胶凝材料的衍射峰强度更强，说明其水化反应更加完全。在与CT对比时发现，出现了无水芒硝的衍射峰，无水芒硝的主要成分是Na2SO4，说明部分黄铁矿和FeS,发生了水化反应 1 7 ，生成了硫酸盐C:C-S-H A:C-A-S-H E:Ettringite N:N-A-S-H24C3CA1020图6 CT胶凝材料与NCT胶凝材料固化2 8 天的XRDFig.6XRD pattern of the CT cementitious materialand the NCT cementitious material cured for 28 days有色金属工程钠活化铜尾矿的最优参数组合为氢氧化钠1%，水玻璃掺量2 2 g/100g，碳酸钠掺量5 0%，该组合下28d抗压强度为3 0.41 MPa。表5 响应面优化结果（点预测）Table5FResponse surface optimization results(point prediction)A/%B/%5011Quartz 2Prite3Thenardite24Kaolinite5Thermonatrite2304020/)第1 4卷C/gY28a/MPa2230.41物质，之后又生成钙钒石，可以看出无水芒硝为一个过渡相。在NCT胶凝材料中，无水芒硝的衍射峰降低甚至减少，说明有更多钙钒石生成，这在 SEM中也有所体现,增加了其力学性能。除此之外,由于加人的碳酸钠较多,NCT胶凝材料XRD中还出现了较多碳酸钠水合物的衍射峰，表明水化过程中生成了碳酸钠水合物，也进一步增加了胶凝材料的抗压强度。XRD的结果表明，CT本身矿物质结晶化程度高，活性较低，所制备的胶凝材料力学性能较差。但经过机械与化学协同活化后的铜尾矿，溶出更多的活性硅铝,活性明显增加,所产生的C-SH、C-A-SH、N-A-S-H凝胶及矿物结晶度更高，由此力学性能较好。其主要的水化产物是C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、钙钒石及碳酸钠水合物。2.3.2SEM 分析图7 是CT胶凝材料和NCT胶凝材料固化28d的微观形貌图。由图7 可知，两种胶凝材料形成了C-S-H和 C-A-S-H共存凝胶以及钙钒石等水化胶凝物质，但生成的量不同从而也就形成了不同的力学性能。CT胶凝材料中的凝胶量比NCT胶凝材料要少很多,C-S-H凝胶、N-A-S-H凝胶与短棒状和针状钙钒石 1 8 的结合较为松散，基本散落在胶凝材料表面，有大量光滑且未反应的块状骨料存在,导致力学性能较低。与XRD相互印证,CT活性低，反应物质浮于表面，没有抗压强度。但是NCT胶凝体系则不然，从图7 中可明显观察到，有大量结晶良好的短棒状 1 9、棱柱状钙钒石、C-S-H2.2凝胶以及大量棉团状N-A-S-H凝胶 2 0 ，胶凝物质紧密结合，空隙较少,构成良好的力学性能。絮凝状5060Desirability0.9557080和网状C-S-H凝胶附着在层状矿渣表面，棒状钙钒石晶体穿插于水化产物之间，矿渣表面被致密的凝胶包裹 2 1 ，生成水化物相互连接，形成网络结构，构成了一个牢固、密实的三维空间整体。第2 期刘怡彤等：基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究149CT(28)(b)C-S-H/C-A-S-H200 nm500 nmumNCT(28)N-A-S-H(e)()EC-S-H/C-A-S-HC-S-H/C-A-S-HC-s-H/C-A-S-HEN-A-S-H200nm500nmN-A-S-Hum图7（CT胶凝材料与NCT胶凝材料扫描电镜图Fig.7Scanning electron microscopy diagrams ofCT cementitious material and NCT cementitious material2.3.3FT-IR 分析图8 是CT和NCT胶凝材料固化2 8 d的红外光谱图。由图8 可知,CT和NCT胶凝材料在3400cm-1及1 6 40 cm-1均出现了特征峰，这是O-H弯曲和伸缩振动引起的，即水化产物中晶格水的对称伸展与非对称伸展的特征吸收峰 2 2 。说明CT和NCT在固化过程中均发生了水化反应;NCT胶凝材料的光谱图在3 0 0 0 cm-1附近出现的特征峰也是由 O-H弯曲和伸缩振动引起的,说明NCT水化反应更加充分，生成的胶凝材料更多;1 440 cm=1附近的吸收峰是由C-O键收缩振动引起的，即水化过程中有CO的生成 2 3 ，由此说明CT胶凝材料强度较弱可能是由于碳化所致 2 4，而NCT则更多是在球磨过程中加入碳酸钠使得强度较硬;1 0 0 0 1 200 cm-1之间的吸收峰主要是 C-S-H、C-A-S-H及 N-A-S-H凝胶产物中 Si-O-T(T为四面体配位中的A1或Si)的不对称拉伸所致 2 5 ，一定程度上说明了胶凝材料的聚合度 2 6.2 7 。与NCT胶凝材料相比,CT胶凝材料特征峰的峰形呈双峰状，峰形波折，NCT胶凝材料则是更大、更完整的特征峰，说明NCT胶凝材料的聚合度更高，生成的胶凝物质更多;NCT胶凝材料在8 6 0 cm-1附近也出现了一个较为明显的特征峰,该特征峰是 Si-O的非对称伸缩振动峰，进一步说明NCT胶凝材料产生的胶凝物质更多。6 8 0 cm-1附近的吸收峰是C-S-H凝胶产物中Si-O键的不对称振动 2 8 ,5 0 0 cm-1附近谱带是水化产物中硅氧四面体或铝氧四面体中T-O键的弯曲振动造成的 2 9.3 0 7。特别是在42 2 cm=1处，该特征峰为钙矾石中SO+的面内弯曲振动峰 3 1 。1.2F1.0F0.8F0.60.40.204.0003.50030002.5002.00015001000Wave number/cm-!图8CT和NCT胶凝材料红外光谱图Fig.8Infrared spectra curves of CT and NCTcementitious materialsBOL089O0SNCT(28)M009CT(28)5001502.3.4TG-DTG 分析图9 是CT与NCT胶凝材料固化2 8 d的热重分析。由图9 可知,NCT胶凝材料的TG图中分别在3 0 2 0 0、40 0 7 0 0 和7 0 0 8 0 0 出现三个主要的质量损失台阶。相应的,DTG在此区间内也出现了三个主要的吸热峰。结合碱激发反应产物特点和XRD图谱分析结果综合考虑，3 0 2 0 0 之间质量损失主要是反应产物C-S-H、N-A-S-H 凝胶和钙矾石游离水和弱结合水受热蒸发 1 6.3 2 ，其失重率达7.3 1%，而CT胶凝材料则在此期间没有吸热峰。原因是碳酸钠球磨活化铜尾矿水化活性强，生成了更多的凝胶物质。这与前面分析的扫描电镜结果吻合。40 0 一7 0 0 之间的失重峰，主要源于N-A-S-H凝胶结构被破坏，凝胶结构中稳定的化学结合水分解 3 。CT胶凝材料中失重温度峰值高于NCT胶凝材料中失重温度约1 0 0,主要由于CT胶凝材料中存在较多未反应结晶相而使热分解温度增加。而且CT的失重率为1 7.5 5%,NCT的失重率为1 2.3 7%，由此也可以证明上述所说。相较于110CT(28)105100959085801001007.31%95一90858075100图9 CT和NCT胶凝材料热重分析Fig.9Thermogravimetric analysis curves of CT and NCTcementitious materials有色金属工程CT胶凝材料,NCT胶凝材料的DTG图中还多了一个吸热峰，即7 0 0 8 0 0，对应于CaCO：的脱碳作用 3 41。通过TG-DTG分析，NCT胶凝胶料相较于CT胶凝材料，产生的胶凝物质更多,更致密，力学性能更优异，与前面XRD与红外等分析结果一致。3结论1)基于响应面法开展了1 7 组样本实验，构建了碳酸钠（A）、氢氧化钠（B)、水玻璃（C)掺量与28d抗压强度的二元回归方程，综合方差分析和响应曲面分析，各因素间交互作用显著性排序为ABACBC,其中碳酸钠掺量对抗压强度的影响最大，碳酸钠和氢氧化钠的交互效用对抗压强度的影响最明显。2)经胶凝材料优化配比，以2 8 d抗压强度最优解为目标，确定了碳酸钠活化铜尾矿的最优参数组合为碳酸钠掺量5 0%，氢氧化钠1%，水玻璃掺量22g/100g，该组合下2 8 d抗压强度为3 0.41 MPa，胶凝材料2 8 d抗压强度为3 0.41 MPa。3)碳酸钠球磨活化铜尾矿水化活性强，生成了0C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、钙钒石等水化产物，絮凝网状C-S-H凝胶附着在矿渣表面,水化产物相互(iuu.%)Da链接构成致密的三维网状结构，使得胶凝材料聚合1-2i17.55%-3-411200300NCT(28)1200300第1 4卷度更高、硬度更强。参考文献：1谭波，张冬冬，宁平，等.铜尾矿综合利用研究进展 J.化工矿物与加工，2 0 2 1,5 0（2）：46-5 1.-5TAN Bo,ZHANG Dongdong,NING Ping,et al.400500T/12.37%3.19%400500T6006007008000-0.5-1.0-1.5-2.0700800Research progress on comprehensive utilization ofcopper tailingsJJ.Chemical Minerals and Processing,2021,50(2):46-51.2施麟芸，匡敬忠，刘松柏，等.铜尾矿建材化应用研究现(i-uru:%)/21a状及矿物组成影响作用规律 J.硅酸盐通报，2 0 2 2，41(10):3511-3524.SHI Linyun,KUANG Jingzhong,LIU Songbai,et al.The application research status of copper tailingsbuilding materials and the influence law of mineralcompositionJ.Silicate Bulletin，2 0 2 2，41（1 0):3511-3524.3施麟芸，刘松柏，张立明.铜尾矿渣复合掺合料的活性影响规律及其机理分析J.混凝土，2 0 1 9（5）：7 0-7 3.SHI Linyun,LIU Songbai,ZHANG Liming.Analysisof the influence law and mechanism of the activity ofcopper tailings composite admixture J.Concrete,第2 期2019(5):70-73.4熊博文，赵云良，张婷婷，等.机械力活化某铜尾矿处理模拟含铜废水试验J.金属矿山，2 0 1 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