为研究铁尾砂泡沫混凝土抗冻融性能, 制备了5组目标密度为900 kg/m3的泡沫混凝土, 在硫酸盐环境下冻融循环后, 对比分析不同铁尾砂掺量泡沫混凝土的质量损失、强度损失、孔隙面积率和微观结构。以质量损失和强度损失为衡量指标, 评选最优配合比, 基于Wiener退化过程进行可靠度分析并预测剩余寿命。结果表明: 在硫酸盐冻融循环过程中, 泡沫混凝土表面损伤, 内部孔隙连通形成裂缝, 各试件质量呈先增加后减少的趋势; 抗压强度和孔隙面积率持续下降, 细粒径铁尾砂的掺入有效缓解了泡沫混凝土的损伤。其中, 20%(质量分数)铁尾砂掺量的泡沫混凝土抗冻融能力最强, 试件经过约300次冻融循环后失效。本研究可为泡沫混凝土在冻土地区的应用提供思路。

对铜陵叶山铁矿开采所产生的低品位褐铁矿尾矿(LT)进行探究，旨在发掘其在室温净化甲醛领域中的应用价值及其载体性能。通过分析该尾矿的成分，发现其含有纳米针铁矿、石英等矿物，具有较大的比表面积，适合作为催化剂载体。采用化学还原法将δ-MnO2(Bir)负载于尾矿颗粒表面，制备了一系列不同锰含量的除醛催化剂(x-Bir/LT)。结果表明：该催化剂具有良好的催化降解甲醛的能力。在甲醛初始浓度为1.2 mg/m3，体积空速为260 000 h-1的条件下，27.3-Bir/LT在600 min时净醛效果仍有97.2%，并且具有长时间稳定性和抗水性。通过原位红外光谱分析发现，甲醛在催化剂表面反应的机制为：甲醛被表面羟基吸附后氧化成H+和HCOO-，并经过羟基和表面活性氧氧化，进一步分解成CO2和H2O。同时，氨气吸附原位红外分析发现，该尾矿能为催化剂提供大量的L-酸位点，提高了复合催化剂的催化氧化能力。因此以褐铁矿尾矿为催化剂的载体可以提升复合催化剂的净醛能力，为其用于室内甲醛等污染治理提供了理论支撑。

基于地震荷载作用下尾砂发生液化现象，本文提出一种增强尾砂抗震液化特性的方法，即玄武岩纤维加筋尾砂。为验证纤维加筋尾砂的抗液化特性效果及其机理，运用动三轴仪对纤维加筋尾粉砂展开一系列动力试验，研究了同质量分数(0.3%)下不同长度(3、6、9、12、15、18 mm)以及相同长度(9 mm)下不同质量分数(01%、03%、05%、07%、0.9%)的纤维对尾砂抗液化性能影响。结果表明，纤维加筋尾砂能够有效提升尾砂的抗液化特性。就增强尾砂的抗液化效果而言，纤维存在最优长度和最优掺量分别为9 mm、0.3%。通过SEM发现，玄武岩纤维填充在尾砂颗粒的孔隙与裂隙中，并与尾砂颗粒发生缠绕、包裹等现象，甚至一些被包裹的纤维之间相互弯曲交织，构建成三维网状的“桥梁”纽带。

尾矿库作为高势能的人造泥石流危险源, 在尾砂含水量过高时有溃坝风险, 低含水量状态下产生扬尘则会危害周围环境。 尾砂含水量实时、 动态监测对于尾矿库安全状况及矿区环境保护具有重要意义。 相比传统采样化验手段, 高光谱遥感拥有观测面积大、 数据实时易获取、 光谱信息丰富的特点, 为快速、 高精度尾矿水分监测提供了手段。 以鞍山-本溪铁矿群中的高硅型铁尾矿为研究区, 实地采集尾砂样品77个, 利用可见光-近红外(350～2 500 nm)光谱仪获取其光谱数据, 分析不同含水率尾砂光谱特征及机理； 引入竞争性自适应加权重采样法(CARS)筛选水分敏感波段, 并基于敏感波段建立三维波段光谱指数(TBI), 结合随机森林(RF)、 粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)及卷积神经网络(CNN)算法建立尾砂水分反演模型, 以国产高分五号高光谱卫星为数据源进行模型应用, 获取尾矿库表层含水时空分布特征。 结果表明: (1)尾砂光谱反射率随含水率升高明显下降, 在1 455和1 930 nm处出现O—H吸收特征, 吸收深度随含水率减小而逐渐减小； (2)基于CARS方法能够对高光谱数据(305波段)有效降维, 筛选出18个水分敏感波段, 进一步利用敏感波段构建不同形式的尾砂含水率TBI指数集, 其中三维差值指数TBI5=(R1 097.47-R1 990.67)-(R1 990.67-R437.39), 与水分含量相关性最高, 达到0.84； (3)对比RF, PSO-ELM及CNN方法以及不同形式的输入数据, 基于尾砂含水率TBI指数联合反射率数据集作为输入数据进行CNN建模, 室内光谱模型达到验证精度R2=0.92, 相对分析误差RPD=3.43, 基于该模型利用高分五号卫星数据反演可获取研究区尾砂含水率空间分布结果, 实地验证R2达到0.79, 相对分析误差RPD=2.20, 获得较好的预测效果。 可为基于高光谱技术的铁尾矿水分含量大面积实时快速监测提供参考。

铝矾土尾矿是一种具有挑战性的固体废弃物，利用前景相对较小，大量堆存破坏生态环境，是铝土矿实现可持续开发利用过程中亟需解决的问题。以铝矾土尾矿为主要原料，添加铝矾土熟料、锂瓷石制备了莫来石-刚玉质复相陶瓷，通过添加了不同含量的锂云母，探究了其对莫来石-刚玉质复相陶瓷的性能影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对陶瓷的物相组成和形貌进行分析，研究锂云母的含量、烧结温度等对陶瓷力学性能的影响。结果表明：锂云母的加入可降低陶瓷烧结温度，提高其力学性能，当添加质量分数为10%的锂云母、烧结温度为950 ℃，制得莫来石-刚玉质复相陶瓷的力学性能较好，满足建筑陶瓷材料应用领域及建筑砖使用要求，其物相组成为刚玉、莫来石、石英、赤铁矿、金红石及玻璃相，体积密度为1.75 g/cm3，导热系数为0.447 W/(m·K)，收缩率为5.47%，常温抗压强度为74.87 MPa，在建筑陶瓷材料等领域具有广泛的应用前景。

为提高铁尾矿和脱硫灰等工业固废的综合利用, 利用氢氧化钠和硫酸钙作为复合激发剂, 铁尾矿粉、脱硫灰和矿渣微粉为原料, 制备铁尾矿粉-脱硫灰胶凝材料。开展正交试验分析铁尾矿粉掺量、脱硫灰掺量、氢氧化钠掺量和硫酸钙掺量对胶凝材料抗压强度的影响, 并进行配合比优化。结合X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的微观结构进行分析表征。结果表明: 对胶凝材料3 d、7 d和28 d抗压强度影响最显著的分别是氢氧化钠掺量、铁尾矿粉掺量和硫酸钙掺量; 铁尾矿粉、脱硫灰、氢氧化钠和硫酸钙的最佳掺量分别为20%、10%、1%和9%(质量分数), 此时, 胶凝材料3 d抗压强度为4.59 MPa, 28 d抗压强度为18.44 MPa, 微观结构致密, 宏观强度最高。

我国铜尾矿排放及储量巨大, 造成环境污染和资源浪费。铜尾矿矿物成分复杂、颗粒粒度较细等问题限制了铜尾矿的高效高附加值利用。本文综述了铜尾矿的矿物属性、物理化学性能特征及其在建材化应用过程中的技术和控制要求, 从铜尾矿用于蒸压加气混凝土、水泥基材料、水泥熟料、砖、微晶玻璃、多孔材料、充填材料等多个途径, 总结了铜尾矿的主要应用方式、作用特征和主要成分的影响作用规律。为铜尾矿等固废生产型企业协同建材行业系统解决尾矿资源化问题提供参考, 协同建材行业的发展方向和产品要求, 提出了未来尾矿资源建材化处置的关键性问题, 为真正实现尾矿的产品资源化利用提供支持。

为实现固废资源大宗利用及“以废治废”的目的，将磷石膏与铜尾矿砂拌和制备成混合料，外掺水泥用于公路路基填筑。通过对混合料进行土工性能试验，探索磷石膏与铜尾矿砂的质量比对混合料土工性能的影响，结合现代分析测试方法，对混合料的硬化机理及微观变化进行研究。结果表明：磷石膏液限较高而铜尾矿砂强度特性较低，两者都无法单独作为路基填筑材料使用，当磷石膏与铜尾矿砂按质量比4∶6混合使用时，混合料的土工性能较佳；混合料硬化是水泥水化导致的，水化产物中的钙矾石、C-S-H凝胶等能够填补混合料颗粒间隙，形成紧密集合体，致使混合料硬化。

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向, 而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题, 设计了一类用铁尾矿砂作为骨料, 环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料, 研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响, 并探讨了纳米SiO2、TiO2、Al2O3和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明: 当环氧树脂质量分数为6%时, 可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料, 抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s; 同时, 当纳米SiO2、TiO2、Al2O3的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时, 对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%, 其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量, 抑制或消除树脂中微裂纹的扩散; 当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时, 透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明, 硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。