鐵尾礦在建材產(chǎn)品中的應(yīng)用途徑

朱曉麗

（唐山學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山 063000）

鐵尾礦作為鐵選廠一種廢棄產(chǎn)物，它的產(chǎn)出量約占原礦石量的60% 以上，其中我國(guó)堆存的鐵尾礦量高達(dá)十幾億t，而且每年還要排出尾礦近3億t[1]，需要建尾礦庫(kù)堆存，不僅占用大量的土地，花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)，而且也污染環(huán)境。增加鐵尾礦在建材方面的綜合利用，不僅可以減少鐵尾礦的堆存，節(jié)約建壩、防洪等工程費(fèi)用，改善礦區(qū)的環(huán)境，充分利用資源，還為建筑材料的原料開辟了一條新的途徑。對(duì)我國(guó)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義，同時(shí)對(duì)于當(dāng)?shù)罔F礦企業(yè)的多元化發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 鐵尾礦的主要成分

鐵尾礦是一種復(fù)合礦物原料，是鐵礦石經(jīng)加工、磁選后以泥漿狀排放的礦物廢料。全國(guó)各地尾礦含量及成分有差異，但主要化學(xué)成分有 SiO220～70%、Al2O31～12%、Fe2O36～25%、CaO1～30%、MgO1～13% 等，還含有少量其它如K2O、Na2O 以及S、P 等元素。而對(duì)于做建材原料的尾礦來說，主要是指其在堿溶液Ca(OH)中所表現(xiàn)出的化學(xué)反應(yīng)活性。盡管鐵尾礦本身幾乎沒有水硬膠凝的特性，但是在加水后的鐵尾礦粉末在常溫或者水熱養(yǎng)護(hù)條件下，與Ca(OH)反應(yīng)能夠形成水硬膠結(jié)性能很好的化合物。建材中混合材的作用主要是與膠凝材料反應(yīng)生成凝膠或微晶礦物，以增加膠結(jié)相的數(shù)量，尾礦建材在堿性條件下與水化合作用原理與現(xiàn)有建材中混合材十分相似。這就為尾礦在建材業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了前提條件，通常只要摻加少量其他原料，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配，便可使鐵尾礦因鐵礦產(chǎn)地和選礦工藝的不同用于許多建筑材料的原料，將其應(yīng)用于建材領(lǐng)域比在其它領(lǐng)域具有更多的優(yōu)點(diǎn)。

2 鐵尾礦在建材產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.1 配制混凝土

隨著我國(guó)基本建設(shè)的日益發(fā)展，不少地區(qū)的天然砂資源正在逐步減少。針對(duì)天然砂的超量開采對(duì)農(nóng)田、河道造成的嚴(yán)重破壞，國(guó)務(wù)院和各地政府相繼出臺(tái)了禁采或限采天然砂的規(guī)定[2]。我國(guó)鐵尾礦年排放量高達(dá)3億t，占入選鐵礦石量的60%左右[3]，鐵尾礦的綜合治理和開發(fā)利用成為我們面臨的重大課題。而鐵選廠排放的鐵尾礦砂中，可篩選出約60%～70%作為建筑用人工砂，這無疑可消納大量的鐵尾礦。磁鐵礦廠排放的鐵尾礦砂，經(jīng)篩選后2.36mm 以下顆粒偏多，可作中砂配制混凝土。由于鐵尾礦砂顆粒粗糙、多棱角，內(nèi)摩擦力較大，用鐵尾礦砂配制的混凝土流動(dòng)性比普通混凝土差，也易于離析、泌水。在使用活性摻合料并對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化的條件下，當(dāng)水膠比較大時(shí)，鐵尾礦砂石混凝土的強(qiáng)度略高于普通混凝土；當(dāng)水膠比較小時(shí)，其強(qiáng)度略低于普通混凝土。細(xì)骨料均采用鐵尾礦砂的情況下，用普通碎石配制混凝土的強(qiáng)度略高于用鐵尾礦石配制的混凝土?？傊?，用鐵尾礦石和鐵尾礦砂分別作粗細(xì)骨料在和易性和強(qiáng)度上能夠滿足高強(qiáng)泵送混凝土的要求[4]。

2.2 生產(chǎn)水泥熟料

用南京梅山礦業(yè)有限公司的綜合鐵尾礦代替鐵粉配制水泥生料，通過對(duì)兩種原料配制的生料的易燒性、燒成的熟料的物理性能比較，研究用綜合鐵尾礦代替鐵粉作為鐵質(zhì)校正原料的可行性。鐵礦石選礦工藝流程為：井下采出的原礦經(jīng)破碎和篩分后，分級(jí)為65～20mm，20～2mm，2～0.5mm 和 0.5～0mm 四個(gè)級(jí)別。再經(jīng)過磁選和重選.得到粗精礦、65～0.5 mm 尾礦和0.5～0mm 濕式細(xì)粒尾礦。粗精礦經(jīng)磨礦、浮選、脫硫工藝后，再經(jīng)過弱磁--強(qiáng)磁的降磷工藝，得到鐵精礦和降磷尾礦。重選尾礦和降磷尾礦經(jīng)過濃縮、脫水后，混合在一起稱為綜合鐵尾礦，其主要化學(xué)成分為SiO227.9% 、Al2O36.74% 、Fe2O325.04% 、CaO 12.64%、MgO2.77%，用綜合鐵尾礦配料的生料易燒性好，主要原因是由于綜合鐵尾礦中的微量元素較多，而且含量較高，其中的P，K，S，Na 等的存在可以起到了降低液相形成溫度，增加液相量和降低液相黏度的作用，因而有利于熟料中C3S的形成，綜合鐵尾礦中的微量元素達(dá)20 余種，有的含量雖少，但總含量達(dá)到4.3%，顯然這對(duì)熟料燒成是有利的，用綜合鐵尾礦配制的生料易燒性好，可以將煅燒溫度降低約30℃，配制的水泥的凝結(jié)時(shí)間均在正常范圍，而綜合鐵尾礦代替鐵粉配料的熟料強(qiáng)度均高于鐵粉配料的熟料強(qiáng)度，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料。

2.3 建筑墻體材料

2.3.1 鐵尾礦制免燒磚

免燒磚屬于膠結(jié)型尾礦建材，是指在常溫下或不高于100℃的條件下,通過膠結(jié)材料將尾礦顆粒結(jié)合成整體，而制成的有規(guī)則外形和滿足使用條件的建筑材料或制品，在這類材料中，尾礦主要起骨料作用，一般不參與材料形成的化學(xué)反應(yīng),但其本身的形態(tài)、顆粒分布、表面狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定等性質(zhì)，卻對(duì)材料的技術(shù)性能有重要的影響。鞍鋼以鐵尾礦粉、水泥、粉煤灰、石灰比例分別為 6∶1.5∶1.5∶1 或 7∶1∶1∶1 配料，加入石膏激發(fā)劑干拌混均勻后加入水和自制的復(fù)合外加劑K 劑濕混攪拌，經(jīng)陳化、成型養(yǎng)護(hù)一個(gè)月后制成的樣品在水中的強(qiáng)度比在空氣中約高20%～30%。實(shí)質(zhì)上它是經(jīng)原料水化反應(yīng)而產(chǎn)生的強(qiáng)度，即以形成硅酸鹽、鋁酸鹽及水化硫鋁酸鹽水化物為前提。水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2進(jìn)一步與尾礦粉和粉煤灰中活性Al2O3、SiO2反應(yīng)，形成低堿性硅酸鹽、鋁酸鹽水化物，促使磚坯結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度提高。并且它具有良好的抗凍性，耐水性等其它優(yōu)良的特點(diǎn)。不僅可以大量消耗鐵尾礦，還可以制出特殊用途的磚，如在寒冷地區(qū)將會(huì)發(fā)生其特有的作用，最重要的是用這種方法制磚可以節(jié)約能源和生產(chǎn)成本。

2.3.2 鐵尾礦制燒結(jié)磚

燒結(jié)磚瓦產(chǎn)品建造的房屋能夠滿足最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)、最具環(huán)境和諧性和安全性的要求，能用較少的原材料和能源，建成堅(jiān)固耐用的墻體和具有通風(fēng)功能的傾斜屋面結(jié)構(gòu)。同時(shí)，燒結(jié)磚瓦還能夠提供高度舒適的生活環(huán)境，如保溫隔熱、室內(nèi)環(huán)境濕度的調(diào)節(jié)、隔聲、防火等。以鐵尾礦代替部分粘土，摻入適量增塑劑，完全可以燒制出普通粘土磚，而且可通過控制鐵尾礦摻量，制成不同強(qiáng)度等級(jí)的尾礦磚。王金忠以本溪歪頭山鐵礦尾礦成功地研制出燒結(jié)磚，由于鐵尾礦成分復(fù)雜，又無粘結(jié)性在燒結(jié)磚中用多了，則降低可塑性；若少用，又達(dá)不到大量綜合利用的目的。

2.4 作為路堤填料

陜西省禹門口至閻良(禹閻)高速公路施工里程(K00+000～Kll+750)全長(zhǎng)11.75km，該段地形地貌復(fù)雜、地質(zhì)條件較差，土質(zhì)均為粉砂土，受雨水長(zhǎng)期沖刷影響沿線溝壑較多。設(shè)計(jì)路基部分地段采用鐵礦尾渣作為填料，對(duì)化學(xué)成分沒有嚴(yán)格要求，只要求材料有一定的硬度和粒度。所選的鐵礦尾渣粒徑大都在100mm 以下，經(jīng)篩選后伴隨有不少石屑和少量泥土，具有一定的可塑性，與土比較具有滲透性較大，毛細(xì)水作用較小的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。填料對(duì)含水量要求較高，施工時(shí)，必須保證適宜的含水量，及時(shí)進(jìn)行灑水或晾曬。鐵礦尾渣路堤填筑適宜采用大型設(shè)備挖、裝、運(yùn)、平、碾一條龍機(jī)械化作業(yè)，速度快，工效高，質(zhì)量好，且優(yōu)于其他任何路基填料。

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)的建材制品相比，鐵尾礦應(yīng)用于建材產(chǎn)品，一方面，減少了資源浪費(fèi)，變廢為寶；另一方面，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，符合國(guó)家倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、降低資源消耗的政策，大力開展鐵尾礦綜合利用是一項(xiàng)利國(guó)利民、前景廣闊的事業(yè)。

[1]李妍妍，程麟，等.用梅山鐵尾礦制備免燒免蒸磚.金屬礦山，2007(4)：81-84.

[2]蔡基偉.石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響及機(jī)理研究[D].武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2006

[3]張錦瑞，王偉之，李富平，王愛東.金屬礦山尾礦綜合利用與資源化[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[4]宋裕增.鐵尾礦砂混凝土的和易性與強(qiáng)度特點(diǎn).工程質(zhì)量，2009(6)：62-65.