鐵尾礦綜合利用技術(shù)的研究進(jìn)展

鐵尾礦綜合利用技術(shù)的研究進(jìn)展

尾礦的綜合利用礦產(chǎn)資源是人類生存和發(fā)展的重要支柱之一。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平的提高,人類利用礦產(chǎn)資源的種類數(shù)量愈來愈多,利用范圍愈來愈廣。對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要影響的金屬礦產(chǎn)如鐵、錳、銅、鋅、鎳、鎢、鉻、金、銀等一些礦石儲(chǔ)存量和開采量都很大,但因?yàn)榈V石的品位普遍較低,多數(shù)為貧礦,需要經(jīng)過選礦加工后才可以作為冶煉原料,所以就產(chǎn)生了大量的尾礦,如鐵尾礦的產(chǎn)出量約占原礦石量的60%以上。若不管理好這些尾礦,不僅占用土地,而且還造成環(huán)境污染。但是近年來,國外非常重視尾礦的綜合利用技術(shù),如英國、加拿大、美國等均投入大量的資金,研究尾礦的綜合利用技術(shù),并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國在金屬礦石尾礦資源綜合利用方面業(yè)取得了一定的進(jìn)展,特別是在鐵尾礦的綜合利用方面,取得了不錯(cuò)成績(jī)。而根據(jù)鐵尾礦的理化性質(zhì),利用鐵尾礦制造各種建筑用磚就是大量利用尾礦的一種有效途徑,其充分滿足了尾礦綜合利用原則,具備能立足于能大量消耗尾礦,利用較徹底,產(chǎn)品銷路廣,能耗低,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。1鐵尾礦的特性鐵尾礦是一種復(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。其成分包括化學(xué)成分和礦物成分,其主要成分是石英,主要含SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO等,還含有少量其它如K2O,Na2O以及S,P等元素。具體見下表1.由表1可以看出,大部分尾礦中成分主要都是SiO2,而對(duì)于做建材原料的尾礦來說,主要是指其在Ca(OH)2溶液中所表現(xiàn)出的化學(xué)反應(yīng)活性。雖然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)2反應(yīng)能夠形成水硬膠結(jié)性能很好的化合物。而且按照顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的層次結(jié)構(gòu)理論,礦質(zhì)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,其原理與水化合成尾礦建材相似。工藝試驗(yàn)表明,大多數(shù)尾礦可以成為傳統(tǒng)原料的替代品,乃至成為別具特色的新型原料。目前,我國普通墻體磚是建筑業(yè)用量最大的建材產(chǎn)品之一,而國家為了保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),制定了一系列的保護(hù)耕地的措施,所以利用鐵尾礦制磚則不失為一條很好的途徑。利用它我們不僅可以制普通燒結(jié)磚,還可以制免燒磚、地面裝飾磚、雙免磚、三免磚等一些符合走“綠色礦業(yè)”之路的,具有巨大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值的磚。2鐵礦磚2.1免燒免蒸磚的制備工藝免蒸免燒磚屬于膠結(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。水化硅酸鈣CSH、水化鋁酸鈣CAH及鈣釩石是免燒免蒸磚的強(qiáng)度來源。牛福生等人在唐山地區(qū)鐵礦尾礦制備鐵尾礦磚的試驗(yàn)研究中,以鐵尾礦為主要材料,通過摻加適量的水泥(普通硅酸鹽水泥)、粉煤灰(唐山電廠二級(jí)干排灰)、粗骨料(唐鋼石人鉤鐵礦采剝巖加工而成的細(xì)碎石塊)和一定的外加劑(AS減水劑;粉末硫酸鈉作為激發(fā)劑),經(jīng)常溫常壓養(yǎng)護(hù)28天后,抗壓強(qiáng)度可達(dá)到28.30MPa,抗折強(qiáng)度為5.63Mpa。他們所采用的尾礦除了Al2O3偏低以外,其它成分均符合上述生產(chǎn)建筑制品要求。其工藝流程如圖1所示。并且黃世偉等人以梅山鐵尾礦為原料,配以自制的膠結(jié)料輕質(zhì)集料—市售硅藻土、陶粒,外加劑—市售JA1、JA2型外加劑,自來水,制出性能良好的鐵尾礦免燒免蒸磚,其抗壓強(qiáng)度達(dá)24.89MPa,且磚的其它性能滿足GB5101-2003及GB6566-2001的要求。同樣,劉鳳春等人采用金嶺鐵礦選礦廠的尾礦,配以石灰、水泥、爐渣、砂子,并且分析加入不同的外加劑,制成規(guī)格φ50mm×20mm的圓餅形磚樣。2.2水泥球磨石強(qiáng)度的影響三免磚是指尾礦粉磚免蒸、免壓、免燒。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。制備三免磚主要水化反應(yīng)包括:2C3S+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)22C2S+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2C3A+6H2O=3CaO·Al2O3.6H2OC4AF+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O3CaO·Al2O3·6H2O+3CaSO4·2H2O+20H2O=C3A·3CaSO4·3H2OxCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO·Al2O3·mH2OyCa(OH)2+SiO2+nH2O=yCaO·SiO2·nH2O水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2進(jìn)一步與尾礦粉粉煤灰中活性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)。不僅可以大量消耗好鐵尾礦,還可以制出特殊意義的磚,在如寒冷地區(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空心磚的優(yōu)點(diǎn)空心磚分燒結(jié)多孔磚、空心磚、空心砌塊和蒸壓灰砂空心磚、水泥多孔磚、廢渣空心磚等。按照國家標(biāo)準(zhǔn)JC/T1990-96《磚和砌塊名詞術(shù)語》可分為兩大類,即多孔磚(承重空心磚)和空心磚(非承重空心磚)。一般來說,多孔磚的孔洞率超過25%,孔尺寸小而多,且為豎向孔的磚稱為多孔磚。孔洞率大于35%,孔尺寸大而少,且為水平孔的磚稱為空心磚。多孔磚使用時(shí)孔洞方向平行于受力方向;空心磚的孔洞則垂直于受力方向。多孔磚常用作六層以下的承重砌體;空心磚則常用于非承重砌體?？招拇u也具備許多優(yōu)點(diǎn),具體如下:1.節(jié)省材料及能量。這是因?yàn)樗哂休^高的孔洞率,例如當(dāng)生產(chǎn)孔洞率25%的空心磚時(shí),與生產(chǎn)同材質(zhì)同體積的實(shí)心磚相比,就能節(jié)省25%的生產(chǎn)原料。若是該磚需要燒制,則另外還能結(jié)省25%的煤或其它燃料。2.抗震性能好。首先,空心磚上的小孔會(huì)與灌入的混凝土形成銷鍵作用,從而具有更優(yōu)的抗剪強(qiáng)度;其次,空心磚的自重較小,在基礎(chǔ)投資相同的情況下,能取得更好的抗震效果。除此之外,空心磚還有隔聲性好,保溫隔熱,造價(jià)低,基礎(chǔ)投資小,適用范圍廣,施工工效高等諸多優(yōu)點(diǎn)?？梢灶A(yù)見,在當(dāng)代資源匱乏,能源短缺的現(xiàn)狀下,空心磚將逐漸替代實(shí)心磚,成為墻材行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。為了進(jìn)一步提高空心磚的優(yōu)越性,專家做了大量的研究,在國家“節(jié)能減排”的政策號(hào)召下,利用鐵尾礦生產(chǎn)高廢渣摻量空心磚也納入了專家們的研究范圍內(nèi)。在以鐵尾礦為骨料制空心砌塊研究方面,陳家瓏等人以首鋼密云鐵礦圍巖碎石和選礦尾礦分別為粗細(xì)骨料,摻加水泥,按照不同的配比試制了混凝土空心砌塊,經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行常規(guī)檢測(cè),其結(jié)果表明,制得的砌塊抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,其它標(biāo)準(zhǔn)也滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。與之相同的,李江瑛利用山西某鐵礦尾礦,配以水渣砂,重礦渣粗集料以及水泥,也進(jìn)行的類似的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次證明了利用鐵尾礦作為生產(chǎn)混凝土空心砌塊的集料在技術(shù)上的可行性。在燒結(jié)多孔磚方面,鐵尾礦也被驗(yàn)證了是可以作為摻入料的。南京某建筑材料公司,在其頁巖多孔磚研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了以梅山鐵尾礦為主要摻加料的頁巖鐵尾礦多孔磚,且摻加量達(dá)到了50%。其批量生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)法定質(zhì)檢單位進(jìn)行產(chǎn)品性能檢測(cè)后,頁巖尾礦多孔磚能滿足GB13544-2000《燒結(jié)多孔磚》以其企業(yè)制定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)同時(shí)表明,該產(chǎn)品可以滿足夏熱冷地區(qū)節(jié)能50%的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2.4彩色地面磚的制備鐵尾礦制作裝飾面磚,工藝簡(jiǎn)單,原料成本低,物理性能好,表面光滑、美觀,裝飾效果相當(dāng)于其它各類裝飾面磚(如水泥地面磚,陶瓷釉面磚)。陳吉春等人利用低硅鐵尾礦成功制得該種尾礦壓制彩色路面磚,并且確定較佳配方是水泥∶粉煤灰∶尾砂=25∶10∶65、水灰比8%,其后又采用利用難度較大的低硅鐵尾礦,配合濕排粉煤灰、425號(hào)普通硅酸鹽水泥、分別加以TN、TH、TB、FN、TNC作為外加劑制成路面磚,確定影響路面磚強(qiáng)度等性能的外加劑增強(qiáng)效果依次為FN>TNC>TN>TB>TH的結(jié)論。隨后,張熠等又利用安徽黃梅山鐵尾礦為主要原料,采用反打振動(dòng)工藝和壓制工藝制備彩色地面磚。其抗壓強(qiáng)度均高于國家標(biāo)準(zhǔn),符合道路建設(shè)要求。其配比及相關(guān)數(shù)據(jù)如下表2。反打振動(dòng)制備工藝生產(chǎn)的彩色地面磚具有美觀、高強(qiáng)、防滑、耐磨等特點(diǎn)且投資小、見效快、產(chǎn)品質(zhì)量好,品種多,檔次較高,附加值高但是需求量、交通運(yùn)輸費(fèi)用高。壓制工藝自動(dòng)化程度高,單位產(chǎn)量大,工藝流程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高,防滑、耐磨、抗凍、泄水、易鋪、易拆、易補(bǔ)、易修等許多優(yōu)點(diǎn)。這種磚在公園,馬路,廣場(chǎng)應(yīng)用廣泛,需求量極大,具有很大的發(fā)展前景。2.5蒸壓尾礦磚的養(yǎng)護(hù)賈清梅等人利用唐山地區(qū)高硅鐵尾礦為原料,添加部分校正材料,經(jīng)配料、坯料制備、振動(dòng)成型后蒸壓養(yǎng)護(hù)11小時(shí)(制品釜前抽真空0·5h,然后是2·5h升溫,8h1·6MPa恒溫(約190℃)),2.5h降溫和制品出釜。所制得的蒸壓尾礦磚抗壓抗折強(qiáng)度均達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其它的指標(biāo)也滿足要求。其流程與制作雙免磚相似,只是最終養(yǎng)護(hù)不同,流程如下圖2。研究表明該地區(qū)鐵尾礦符合制作蒸壓尾礦磚的原料要求,經(jīng)過適當(dāng)配比,制作的蒸壓磚各項(xiàng)指標(biāo)符合要求,并且最可貴的是其中尾礦在原料配比中平均可達(dá)到50%以上,對(duì)鐵尾礦利用率大大增加。2.6燒結(jié)磚的制作燒結(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、最具安全性的要求,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。用鐵尾礦生產(chǎn)燒結(jié)磚,可利用工廠現(xiàn)有條件,投資少,見效快,也為鐵尾礦綜合利用開辟了一條新途徑,節(jié)能利廢,保護(hù)環(huán)境。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。所以本次試驗(yàn),他們分別摻入30%、40%、50%、60%的鐵尾礦與粘土及適量增塑劑(自制)進(jìn)行配料試驗(yàn),結(jié)果表明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,流程如圖三。與之相似的田玉梅,肖慶等利用南京梅山鐵礦尾礦進(jìn)行了制磚燒成特性的研究,他們采用3種尾礦的單一原料進(jìn)行試驗(yàn)確定所用尾礦和最佳燒成溫度范圍,然后將原料混勻后擠壓成型以850、900、1000攝氏度進(jìn)行燒結(jié)所制得的磚強(qiáng)度,吸水率都滿足標(biāo)準(zhǔn)。衣德強(qiáng)等也研究了制尾礦燒結(jié)磚成型水分對(duì)成型性能的影響,最佳水分含量:實(shí)心磚、多孔磚16%～18%,空心磚15%～17%。燒制過程中實(shí)心磚可豎碼、多孔磚和大孔磚宜平碼,在氧化氣氛下可以燒制出顏色統(tǒng)一的紅色制品,生產(chǎn)出實(shí)心磚和多孔磚,抗凍融性符合建筑燒結(jié)磚標(biāo)準(zhǔn)。目前燒結(jié)磚產(chǎn)品由實(shí)心改空心,是國家新型墻材政策規(guī)定,也是磚廠必然的發(fā)展方向,因?yàn)檫@能使運(yùn)行電耗、燒成煤耗等費(fèi)用大大降低。所以普通燒結(jié)磚產(chǎn)品必