鐵尾礦建材化利用的研究進(jìn)展與展望

王盼盼

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東濟(jì)南 250100）

1 鐵尾礦建材化利用的研究進(jìn)展

1.1 鐵尾礦建材化傳統(tǒng)利用的研究進(jìn)展

1.1.1 在水泥當(dāng)中的應(yīng)用

對于建筑行業(yè)來說，水泥是一種使用頻率最高的材料，這也是構(gòu)成建筑主體的重要材料。在水泥需求量不斷增加的背景下，鐵尾礦在水泥當(dāng)中的應(yīng)用也開始受到人們的廣泛關(guān)注。從化學(xué)成分的角度進(jìn)行分析，鐵尾礦可以代替水泥配料當(dāng)中的黏土質(zhì)材料。同時(shí)，鐵尾礦當(dāng)中鐵元素的含量是比較高的，這可以作為水泥的校正材料。

有研究者指出，在水泥生產(chǎn)的過程中融入5%左右的鐵尾礦，可以使熟料的膠凝性能得到優(yōu)化，提高水泥的整體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，鐵尾礦的摻入還可以使水泥當(dāng)中硅酸鹽的分解溫度降低，使用更少的能源就可以完成水泥的生產(chǎn)。研究者發(fā)現(xiàn)，將石灰石與鐵尾礦的比例控制在0.8 以下，可以提高水泥的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。還有研究者指出，在制備水泥熟料的時(shí)候融入鐵尾礦，基于特定的工藝流程，可以使水化物的結(jié)構(gòu)變得更為緊密[1]。

在對相關(guān)研究資料進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，在水泥生產(chǎn)的過程中加入適量的鐵尾礦，并對生產(chǎn)溫度和生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行有效控制，可以使物質(zhì)分解和結(jié)晶溫度得到降低，進(jìn)而減少能量的使用。同時(shí)，這還可以促進(jìn)水泥品質(zhì)的提高，使水化產(chǎn)物變得更為緊密，在整體上提高水泥的抗壓強(qiáng)度。

1.1.2 在混凝土中的應(yīng)用

無論是在建筑領(lǐng)域還是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等設(shè)施建設(shè)和改造領(lǐng)域，混凝土都是一種不可或缺的材料。在混凝土制備的過程中，河砂和礫砂是骨料的主要來源。為了獲取這種材料，往往需要使用大量的資源，同時(shí)還會對河道原有的生態(tài)環(huán)境造成破壞。而鐵尾礦當(dāng)中含有硅質(zhì)成分，可以用于混凝土的生產(chǎn)，以此來代替河砂作為骨料，在其他原料和添加劑的輔助下可以提高混凝土的強(qiáng)度，不僅節(jié)省了因?yàn)槲驳V堆積而產(chǎn)生的費(fèi)用，同時(shí)還展現(xiàn)出了生態(tài)效益。

有研究者指出，在對極細(xì)的鐵尾礦進(jìn)行熱活化處理之后可以使混凝土的強(qiáng)度得到提升。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)過程中，鐵尾礦的摻入量可以根據(jù)混凝土強(qiáng)度的實(shí)際需要確定，最大的摻入量可以達(dá)到70%。這促進(jìn)了混凝土均質(zhì)性的提升。還有研究者指出，在摻入鐵尾礦之后，混凝土的孔隙率更低，在建筑工程當(dāng)中表現(xiàn)出了更強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度。還有研究者從鐵尾礦摻入量的角度出發(fā)對這一問題進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，隨著鐵尾礦摻入量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出了先增加后降低的趨勢，其中40%是最高點(diǎn)。

在對研究資料進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，鐵尾礦的添加可以對混凝土的氣孔率、均勻性等產(chǎn)生重要的影響，這關(guān)系到混凝土在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的抗壓性能和力學(xué)性能。在使用鐵尾礦的時(shí)候，要結(jié)合實(shí)際情況對摻入量進(jìn)行控制。

1.2 鐵尾礦建材化高值利用的研究進(jìn)展

1.2.1 在微晶玻璃當(dāng)中的應(yīng)用

在對普通玻璃進(jìn)行加熱之后，就可以對材料的晶化程度進(jìn)行控制，進(jìn)而得到一種微晶含量比較多的新型固體材料，這就是微晶玻璃。在生產(chǎn)的過程中發(fā)現(xiàn)，這種材料的性能受到很多因素的影響，其中微晶相的種類、顆粒的數(shù)量等都是重要的影響因素。在建筑領(lǐng)域當(dāng)中，微晶玻璃得到了廣泛的應(yīng)用，并在光學(xué)、電學(xué)等方面都表現(xiàn)出了良好的性能。鐵尾礦當(dāng)中含有微晶玻璃制備需要的材料，通過熔融法、燒結(jié)法等，可以完成制備。這其中熔融法需要較多的能源，溫度控制的難度也比較大，而燒結(jié)法對條件的要求比較少，節(jié)能性也比較好。

有研究者在使用熔融法制作微晶玻璃的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在鐵尾礦含量比較少的情況下可以產(chǎn)生更好的熔融效果。隨著反應(yīng)溫度的升高，微晶玻璃在結(jié)晶的情況下致密性會有所提高。在這個(gè)過程中，鐵尾礦的利用率可以突破20%。還有研究者探究了在摻入50%鐵尾礦的情況下微晶玻璃的制備方法。研究發(fā)現(xiàn)，在基于整體析晶法制備而成的微晶玻璃折抗強(qiáng)度得到了提升，維氏硬度也得到了增強(qiáng)。還有研究者基于微晶玻璃和粉煤灰的配合來制備微晶玻璃，發(fā)現(xiàn)在720℃的情況下會出現(xiàn)形核，在880℃的情況下開始結(jié)晶[2]。

1.2.2 在泡沫陶瓷當(dāng)中的應(yīng)用

泡沫陶瓷是一種新型的陶瓷體，它的特點(diǎn)是在空間的層面形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，氣孔率是比較高的，質(zhì)量也比較輕。由于這種材料與泡沫有一定的相似之處，因此被成為“泡沫陶瓷”。與普通陶瓷相比，它在密度、隔音隔熱以及耐腐蝕性等方面都展現(xiàn)出了良好的性能，目前已經(jīng)在多個(gè)社會領(lǐng)域當(dāng)中得到了應(yīng)用。在泡沫陶瓷生產(chǎn)與制備的過程中使用鐵尾礦是可行的，這是因?yàn)殍F尾礦當(dāng)中含有硅鋁化合物，這是泡沫陶瓷的重要原材料。與此同時(shí)，鐵尾礦當(dāng)中的硫氫化物和鐵氧化物在溫度達(dá)到一定程度的情況下會產(chǎn)生氣泡，這有利于泡沫陶瓷的發(fā)泡[3]。

有研究者指出，隨著鐵尾礦含量的增加，泡沫陶瓷當(dāng)中的氣孔數(shù)量也將會不斷增加，發(fā)泡的體積也會變得越來越大。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以通過延長保溫時(shí)間的形式來使氣孔率得到降低，使泡沫陶瓷保持預(yù)期的性能。還有研究者指出，在使用鐵尾礦的情況下，保持1100℃、保溫7h之后所形成的泡沫陶瓷質(zhì)量是最為優(yōu)越的。

2 鐵尾礦建材化利用的展望

近年來，我國雖然在鐵尾礦的建材化利用方面取得了一定的成績，利用率和利用效果都得到了顯著提升。但在這個(gè)過程中也暴露出了一些問題。從整體上來說，鐵尾礦的利用率仍然沒有突破50%，仍然有較大的提升空間。另一方面，鐵尾礦的利用標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，我國現(xiàn)行的利用標(biāo)準(zhǔn)和利用規(guī)范都不夠完善。在未來，國家要針對鐵尾礦加大科技投入，在技術(shù)層面做好轉(zhuǎn)化，在對鐵尾礦進(jìn)行綜合利用的基礎(chǔ)上不斷開發(fā)新的產(chǎn)品，同時(shí)還要在鐵尾回收與利用方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)材料的高效建材化利用。同時(shí)，還要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在行業(yè)內(nèi)部形成規(guī)范的體系，這樣才能為鐵尾礦的建材化利用創(chuàng)造良好的條件，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化發(fā)展。在這個(gè)過程中，不同地區(qū)可以根據(jù)實(shí)際情況形成特定的標(biāo)準(zhǔn)，材料部門和建筑部門也要基于有效溝通來做好建筑標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范的相互銜接。

3 結(jié)語

從整體上來說，我國鐵尾礦的生成量是比較大的，在技術(shù)手段的支持下利用程度也在不斷提高，這不僅實(shí)現(xiàn)了對資源和能源的節(jié)約，同時(shí)也達(dá)到了成本降低的效果。在工業(yè)轉(zhuǎn)型與升級的背景下，鐵尾礦的建材化利用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。在國家節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略深入推行的背景下，要將鐵尾礦應(yīng)用于更多的建筑，提高綜合利用率和高附加值利用率，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)。