霍邱礦區(qū)尾礦替代建材性能研究

丁 會(huì)， 彭書傳

(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

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霍邱礦區(qū)尾礦替代建材性能研究

丁 會(huì)， 彭書傳

(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

指出了隨著礦產(chǎn)資源大量消耗，大量尾礦堆存成患，導(dǎo)致資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、安全隱患和土地緊張等問(wèn)題。房地產(chǎn)行業(yè)近年來(lái)迅猛發(fā)展，致使建筑材料過(guò)度消費(fèi)，生產(chǎn)建材的原材料資源供不應(yīng)求，尋求建材替代資源成為未來(lái)建材行業(yè)研究重點(diǎn)。針對(duì)將霍邱鐵尾礦作為建筑材料替代資源的可行性進(jìn)行了深入探討分析。

建筑材料；礦產(chǎn)資源；霍邱鐵尾礦

1　引言

人類社會(huì)自進(jìn)入工業(yè)文明時(shí)期以來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與礦產(chǎn)資源同呼吸、共命運(yùn)。礦產(chǎn)資源是經(jīng)過(guò)時(shí)間沉淀形成的可供人類開(kāi)發(fā)利用生成新產(chǎn)品的資源，工業(yè)發(fā)展時(shí)期人類依靠地球資源改善人類的衣食住行。礦石是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)原料，每年我國(guó)對(duì)于礦石的開(kāi)采量巨大，相應(yīng)產(chǎn)生的尾礦量也不可估量。我國(guó)礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)就是礦多但大多是貧礦，與其他富礦國(guó)家相比開(kāi)采同等量的礦石，產(chǎn)生的尾礦卻比其他國(guó)家多，我國(guó)每生產(chǎn)1 t鐵精礦要排出2.5～3 t尾礦[1]。

霍邱縣位于安徽省西部，地理面積3493 km2，素以魚米之鄉(xiāng)著稱，盛產(chǎn)糧、油、棉，是國(guó)家第一批商品糧基地縣，該縣總體地貌類型為平原，土壤類型以黃棕壤和水稻土為主，該縣內(nèi)自然資源豐富，農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)發(fā)展良好[2]?；羟耔F礦位于霍邱縣西北部的周集至眾興集一帶，是一個(gè)大型全掩埋式礦產(chǎn)，礦區(qū)北鄰淮河，東距城西湖，目前可探測(cè)的礦儲(chǔ)量是華東地區(qū)第一。其礦床均賦存于上太古代霍邱群變質(zhì)巖系中，屬鞍山式鐵礦，呈似層狀，規(guī)律清楚，具有儲(chǔ)量大、埋藏淺、可選性能好、水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。自2002年河北富昌礦業(yè)公司獲得吳集南端探礦權(quán)以來(lái)，現(xiàn)已成立十幾家鐵礦開(kāi)發(fā)公司，并相繼步入正常經(jīng)營(yíng)軌道，霍邱鐵礦以成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱[3]。隨著開(kāi)采力度逐年加大，尾礦量也是大幅度增加，目前大多數(shù)礦業(yè)公司尾礦處理方式都是就地堆存，從霍邱當(dāng)?shù)丨h(huán)境來(lái)看，土地類型多為平原，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，土地面積緊張，尾礦堆存需要大量空地，而且尾礦長(zhǎng)期堆存使當(dāng)?shù)厮⑼寥篮痛髿赓|(zhì)量變質(zhì)，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展造成不利影響。尾礦地有效綜合利用對(duì)于當(dāng)?shù)氐V業(yè)公司來(lái)說(shuō)勢(shì)在必行。

尾礦是品位更低的礦石，對(duì)于它的綜合利用途徑有如下幾種：如果它的成分中有用礦物含量較高，研究對(duì)其進(jìn)行再精選，篩選出其中的有用物質(zhì)；若其成分中有用礦物含量少或?qū)ζ溥M(jìn)行再選的難度大，根據(jù)物理成分，研究其作為整體的利用和分類，如制備蒸壓磚，陶粒等[4]。筆者重點(diǎn)研究尾礦石作為整體在建筑材料方面的應(yīng)用。

2　尾礦的危害

尾礦因產(chǎn)地及選礦工藝不同，其成分與性質(zhì)也各有不同，因此，鐵尾礦類型多，成分復(fù)雜，粒度細(xì)，且有價(jià)元素相對(duì)較低，回收和利用難度大、成本高，那么對(duì)于再選價(jià)值不高的尾礦，把它作為整體利用就成為尾礦處理的主要研究方向[5]。

霍邱鐵礦屬于完全掩埋式礦藏，可采用地下開(kāi)采方式，經(jīng)選礦廠選礦后，將近70%的尾礦直接就地填空采空區(qū)，剩余30%的尾礦處理成為企業(yè)的難題。霍邱鐵礦屬于鞍山式貧磁鐵礦石，呈似層狀、規(guī)律清楚、可選性好，相對(duì)來(lái)說(shuō)尾礦中有用成分含量不多，采用尾礦整體再利用方法最佳?；羟耔F尾礦屬于鞍山高硅型鐵尾礦，該類尾礦是我國(guó)最大的鐵尾礦類型，主要特點(diǎn)是SiO2含量高，有的含量高達(dá)75%，平均粒度0.04～0.2 mm，一般不含有伴生元素。而且此類尾礦是石英與磁鐵礦的共生體，再選難度高，且磁選后尾礦品位降低較少。因此在當(dāng)?shù)氐奈驳V處理方式大多當(dāng)作廢棄物直接丟棄[6]。

霍邱鐵礦是我國(guó)第一大鐵礦區(qū)，礦區(qū)位于縣內(nèi)農(nóng)田分部區(qū)域內(nèi)，土地資源緊張。尾礦的長(zhǎng)期堆存，在遇到雨水的沖刷時(shí)，滲出的淋溶水中含有重金屬，給當(dāng)?shù)厮w造成污染，而且淋溶水滲到土壤中，使土壤變質(zhì)，長(zhǎng)此以往使當(dāng)?shù)氐乃井a(chǎn)量減產(chǎn)。尾礦只是可選有用礦物率低的礦石，是放錯(cuò)地方的資源，這樣不加任何處理的大量丟棄，造成資源浪費(fèi)。尾款長(zhǎng)期大量堆存會(huì)形成一個(gè)高于周圍其他地方的山丘，這樣后天人工堆成的山丘是對(duì)環(huán)境不安全的，在遇到一些惡劣天氣情況下，容易發(fā)生泥石流。當(dāng)?shù)貙儆谄皆貐^(qū)，土地面積緊張，如此大規(guī)模堆存尾礦，也造成了土地資源的浪費(fèi)。因此，尾礦的就地堆存給環(huán)境、資源、安全和土地都造成了影響。

3　礦山企業(yè)的危機(jī)

礦石資源是大自然巧奪天工的創(chuàng)造，進(jìn)入工業(yè)時(shí)期以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)資源的支持，特別是礦產(chǎn)資源，目前我國(guó)95%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料和70%以上的農(nóng)業(yè)原材料都來(lái)自于礦產(chǎn)資源。20世紀(jì)中期我國(guó)的礦石產(chǎn)量供大于需，經(jīng)過(guò)短短十幾年的時(shí)間發(fā)展，現(xiàn)在早已供不應(yīng)求，其極大地帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。我國(guó)礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)主要是總量大、人均少、中小型礦多、貧礦多、難選礦多、綜合礦多，而且地理分布極不平衡，這樣的實(shí)際情況給我國(guó)礦石產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成很大的阻礙。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)礦業(yè)面臨的問(wèn)題日漸突出，礦產(chǎn)資源有限，礦業(yè)公司體制落后，發(fā)展停止不前，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，環(huán)境污染嚴(yán)重。礦山問(wèn)題是關(guān)乎我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題，政府也在著力解決礦山企業(yè)面臨的問(wèn)題，例如對(duì)待中小微型企業(yè)，對(duì)其進(jìn)行免征部分稅，還有開(kāi)始啟動(dòng)多種形式的融資平臺(tái)等，為企業(yè)尋找生機(jī)。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采量逐年加大。目前我國(guó)每年國(guó)民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要超過(guò)5.0×109t的礦物原料，其中能源需求的90%和工業(yè)原料的80%都來(lái)自于礦產(chǎn)資源[7]。礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量是有限的，近年來(lái)的大幅度開(kāi)采，資源儲(chǔ)量驟然削減，一些發(fā)達(dá)國(guó)家為了保護(hù)自己本國(guó)的資源儲(chǔ)量，一直靠進(jìn)口不可再生資源來(lái)發(fā)展經(jīng)濟(jì)。自從加入世貿(mào)組織以來(lái)，我國(guó)也大力發(fā)展進(jìn)出口業(yè)務(wù)，但在礦產(chǎn)資源進(jìn)出口業(yè)務(wù)商談會(huì)，我國(guó)雖然礦業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，卻仍然沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)，主要原因在于國(guó)內(nèi)眾多礦產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有達(dá)成一致形成一股強(qiáng)有力的力量共同對(duì)外，和國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)制定商務(wù)壁壘來(lái)牽制我國(guó)的交易。例如，20世紀(jì)的美國(guó)在礦產(chǎn)資源貿(mào)易中也面臨過(guò)和我國(guó)一樣的困境，他們后來(lái)通過(guò)提升礦石加工技術(shù)，積極利用低品位礦資源，爭(zhēng)取達(dá)到無(wú)尾礦產(chǎn)生的清潔生產(chǎn)模式，從而不牽制于對(duì)方。我國(guó)每年的礦產(chǎn)開(kāi)采量巨大，但選礦率卻很小，產(chǎn)生的尾礦量堆存如山，造成資源浪費(fèi)。

隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鐵礦石的開(kāi)采量一年比一年多，目前我國(guó)堆存的鐵尾礦量高達(dá)十幾億噸[8]。尾礦也是一種資源，那么對(duì)于尾礦的綜合利用確是個(gè)很好的機(jī)會(huì)。

4　國(guó)內(nèi)建材資源的消耗

2007年至今，中國(guó)各大產(chǎn)業(yè)中發(fā)生最大變化的就是房地產(chǎn)業(yè)，房?jī)r(jià)翻了幾倍，城市里每天都有新大樓開(kāi)工和竣工。隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)一些副產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)也會(huì)隨著急速發(fā)展，例如建筑材料行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)70個(gè)大中城市2012年新建房屋套數(shù)突破1600萬(wàn)套。衣食住行，乃民之本也。住房是人類不可或缺的基本生存需求，鋼筋混凝土是建房的必備條件，鋼筋混凝土等都是不可再生資源，面對(duì)如此巨大的消耗量，該如何緩解資源的壓力，鋼筋是鐵礦石經(jīng)過(guò)精選提煉而成，混凝土是由膠凝材料，粗細(xì)骨料，水及其他外加劑按照適量比例配制而成的人工石材。鋼筋的制作原材料成分精準(zhǔn)，而混凝土的原材料成分不那么精細(xì)，所以可考慮改變混凝土生產(chǎn)的原材料成分，選用相似成分替代原有原材料，這樣可以大大減少原有材料的消耗，那么哪些產(chǎn)品可以替代生產(chǎn)建筑材料呢？

5　替代建筑材料的研究

我國(guó)尾礦的綜合利用率不足10%，大量尾礦被直接堆砌在表土，造成環(huán)境污染、資源浪費(fèi)?；羟耔F尾礦屬于高硅型鐵尾礦，其主要特點(diǎn)是SiO2含量高，可用作建材的替代材料。鋪路材料、黃沙替代品、水泥骨料等是最基本的建筑材料，對(duì)化學(xué)成分沒(méi)有嚴(yán)格要求，只要求材料有一定的硬度和粒度。這些產(chǎn)品用量一般較大，可以彌補(bǔ)價(jià)格較低的缺點(diǎn)，同時(shí)又無(wú)需再加工。而且大量出售可以緩解尾礦庫(kù)長(zhǎng)期堆存的壓力[9]。

5.1鐵尾礦制作混凝土砌塊

燒磚、砌塊、瓦、輕質(zhì)材料、微晶玻璃等在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始研究。根據(jù)吳集礦尾礦砂粒級(jí)實(shí)驗(yàn)分析，礦區(qū)經(jīng)磁選后的尾礦礦砂性能符合配置300#以上混凝土構(gòu)件摻和材要求，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)出的產(chǎn)品具有良好的保溫、隔熱、耐熱、抗?jié)B、不銹蝕等特點(diǎn)，與同強(qiáng)度天然骨料配制品相比，容重減輕約20%[10]。大昌礦業(yè)公司進(jìn)一步研究根據(jù)原料配比不同可生產(chǎn)不同規(guī)格的加氣混凝土砌塊及蒸壓磚制品。加氣混凝土不光具有一般混凝土的所有優(yōu)點(diǎn)，而且質(zhì)更輕，強(qiáng)度更大。

5.2鐵尾礦制水泥摻和料

鐵尾礦在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用主要有兩種不同的方式，第一種細(xì)粒級(jí)鐵尾礦代替生產(chǎn)水泥的鐵粉，因?yàn)殍F尾礦中含鐵量較高，此種方法鐵尾礦的需求量不大，第二種是作為水泥生產(chǎn)原料，考慮其成分不完全符合水泥生產(chǎn)原材料，需要另外加入一些膠凝物質(zhì)，才能符合水泥生產(chǎn)要求，這種方法大量消耗尾礦，可在一定程度上減輕尾礦堆存壓力。霍邱某水泥廠的生產(chǎn)試驗(yàn)研究得知細(xì)粒級(jí)鐵尾砂以10%比例配入普通硅酸鹽水泥配料中，水泥試塊強(qiáng)度測(cè)試達(dá)到或超過(guò)一般硅酸鹽水泥，目前已投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段[11]。

5.3鐵尾礦制建筑陶瓷制品

建筑陶瓷是以黏土與其他天然礦物為原料，經(jīng)過(guò)粉碎、混煉、成型、焙燒等工藝過(guò)程所制得，能用于裝飾建筑物，如墻面磚、地板磚、玻璃瓦等[12]。某些鐵尾礦與陶瓷的坯體成分非常相似，許多企業(yè)已經(jīng)利用鐵尾礦成功生產(chǎn)出陶瓷釉面磚、地板磚、玻璃瓦等，其性能均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[13]。

5.4鐵尾礦生產(chǎn)微晶玻璃

微晶玻璃又名玻璃陶瓷，具有玻璃和陶瓷的雙重特性，比陶瓷亮度高，比玻璃韌性強(qiáng)，可用于建筑幕墻及室內(nèi)高檔裝飾，隨著房產(chǎn)大熱，其消耗原料量大增。某些礦山尾礦是生產(chǎn)它的主要原料，而且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污染，產(chǎn)品本身無(wú)放射性污染，被稱為綠色環(huán)保材料。隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，環(huán)保材料使用量大增，這樣在很大程度上消耗尾礦的堆存量。

6　結(jié)語(yǔ)

尾礦大量堆存產(chǎn)生環(huán)境、資源、土地和安全的問(wèn)題，尾礦再利用處理技術(shù)研究成為某些企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，霍邱當(dāng)?shù)匚驳V大部分直接用于井下充填，剩余的只能堆存在表土，由于某些尾礦成分與生產(chǎn)建筑材料的原材料相似，可考慮尾礦制建材。這樣大大減少建材原材料的使用量，也緩解尾礦堆存給當(dāng)?shù)貛?lái)的壓力，同時(shí)也給企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)并緩解企業(yè)壓力，產(chǎn)生可觀的環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

[1]閆滿志，白麗梅，張?jiān)迄i，等.我國(guó)鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀問(wèn)題及對(duì)策[J].礦業(yè)快報(bào)，2008，7(7):9～13.

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2016-06-15

丁會(huì)(1991—)，女，合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程碩士研究生。

彭書傳(1964—)，男，教授，主要從事環(huán)境材料、水污染控制技術(shù)方向的科研與教學(xué)工作。

TD872

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1674-9944(2016)16-0214-03