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机械与建筑工程
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铁尾矿建材资源化研究进展
【关键词】 铁尾矿;综合利用;建筑材料
【出   处】 2018年 1期
【收   录】 中国学术期刊网
【作   者】 陈永亮,张一敏,陈铁军
【项   目】 暂不属于基金项目
【单   位】
【摘   要】   摘 要:铁尾矿属选矿后的废弃物,是工业固体废物的主要组成部分。本文介绍了铁尾矿的特性组成,综述了近年来铁尾矿在我国建材行业中的应用研究进展,阐述了应用的原理、生产工
正文

  摘 要:铁尾矿属选矿后的废弃物,是工业固体废物的主要组成部分。本文介绍了铁尾矿的特性组成,综述了近年来铁尾矿在我国建材行业中的应用研究进展,阐述了应用的原理、生产工艺以及成果,并对铁尾矿在建筑材料中的应用方向作了展望。

  关键词:铁尾矿;综合利用;建筑材料

  Abstract: Iron ore tailings, as a kind of waste products after ore dressing, are the major industrial solid wastes. The characteristics of iron tailings are introduced in the paper, and the application research progress of iron tailings utilization at construction material are reviewed, the principles, technical flows and application effects of tailings utilization are summarized, then the utilization directions in construction material are also put forward.

  Keywords: Iron ore tailings; Comprehensive utilization; Construction material

  1 前 言

  铁尾矿是铁选厂在特定经济技术条件下,将铁矿石磨细,选取“有用组分”后排放的废弃物。据不完全统计,目前我国发现的矿产有150 多种,开发建立了8000多座矿山,累计生产尾矿59.7 亿t ,其中堆存的铁尾矿量高达十几亿吨,占全部尾矿堆存总量的近1/3[1],而且每年排出铁尾矿近3亿t,综合利用率还不到20%[2]。大量的尾矿一般采用堆填处置,不仅浪费资源,同时挤占土地,工厂还得支付土地征用费、运费和填埋费等,增加了钢铁的生产成本,同时还造成环境污染。

  随着矿产资源的大量开发和利用,矿石日渐贫化,资源日渐枯竭,尾矿作为二次资源已在国内外备受关注,并在尾矿中回收有价金属与非金属元素、利用铁矿尾矿作为采空区的充填材料、磁化尾矿做土壤改良剂、利用铁矿尾矿库复垦植被以及尾矿制作建筑材料等方面已经取得了一定的成果。其中利用铁尾矿制作建筑材料是一条很好的途径,不仅可以进行大宗量、高附加值利用铁尾矿,有效的缓解铁尾矿堆存带来的大量问题,而且为建材行业提供了一种较为理想的原料,为建材开辟了新的资源,同时发展了矿山循环经济,实现了节能减排,对于实现矿产业的可持续发展具有十分重要的意义。

  2 铁尾矿的组成特征

  铁尾矿是一种复合矿物原料,是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的废渣,除了含少量金属组分外,其主要矿物组分是脉石矿物如石英、辉石、长石、石榴石、角闪石及其蚀变矿物;其化学成分主要含SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO等,还含有少量K2O,Na2O以及 S,P等元素[3]。表1为我国一些选矿厂和矿区铁尾矿的化学组成。

  表1 某些企业铁尾矿的主要化学组成 (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TFe MnO SO3 P2O5 邯郸铁矿尾矿[4] 31.98 6.49 10.23 30.77 13.84 0.12 3.89 0.21 梅山铁尾矿[2] 27.88 7.27 25.0 14.62 1.78 鞍山齐达山铁尾矿[5] 75.91 0.65 1.82 1.51 11.69 金岭铁矿尾矿[6] 36.47 5.32 8.27 19.48 13.21 0.54 安徽黄梅山铁尾矿[7] 43.58 12.21 1.0 2.7 17.54 0.406 他达铁矿尾矿[8] 21.06 6.57 0.5 0.50 38.00 0.64 0.018 0.057 唐山铁矿尾矿[9] 72.79 6.08 6.20 4.85 3.16 4.48 0.085 0.1 0.16 从表1可以看出,铁尾矿因铁矿产地和选矿工艺的不同,其尾矿成分及含量也有差异。但铁尾矿化学成分主要有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物,其中硅、铝含量较高,且80%以上都是非金属矿物,与建筑材料十分相近,这就为尾矿在建材业的广泛应用提供了前提条件,通常只要掺加少量其他原料,进行适当调配,便可用做许多建筑材料的原料,将其应用于建材领域比在其它领域具有更多的优点。

  3 铁尾矿建材资源化现状

  尾矿是已经加工成细粒的物料,且含有大量可利用的有用组分,具有污染与利用的双重性。各工业化国家都把无废料矿山作为矿山开发目标,广泛开展对尾矿的综合利用研究,尤其是在利用尾矿研制生产建筑材料方面取得很大成果。俄罗斯、美国、日本和加拿大等国尤为突出[10-12],俄罗斯选矿厂尾矿用于建筑材料约占60%,除制造建筑微晶玻璃和耐化学腐蚀玻璃外,还研制生产各种矿物胶凝材料;美国除从废石中回收萤石、长石和石英等用于其它工业外,绝大部分用做混凝土骨料、地基及沥青路面材料;日本有人将尾矿与10%硅藻土混合成型,并在1150℃煅烧,研制出轻质骨料,其密度为1177g/cm3,抗压强度8133MPa。目前, 我国铁尾矿作为一种建筑材料,在当前应用中已取得明显成效,主要集中生产墙体材料、水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等,并可以用做混凝土粗细骨料和建筑用砂方面。

  3.1 利用铁尾矿制砖

  当前,建筑用砖仍是我国建筑业用量最大的建材产品之一,而国家为了保护农业生产,制定了一系列的保护耕地的措施,所以利用铁尾矿制砖则不失为一条很好的途径。利用它我们不仅可以制普通烧结砖和蒸压砖,还可以制地面装饰砖和免蒸免烧砖等。

  3.1.1 铁尾矿制作装饰面砖

  近年来, 随着城乡现代化建设的进行,市场迫切需要一大批具有高强度, 装饰效果好的各种装饰面砖,使城乡道路建设更加美观。铁尾矿制作装饰面砖,工艺简单,原料成本低,物理性能好,表面光滑、美观,装饰效果相当于其它各类装饰面砖(如水泥地面砖,陶瓷釉面砖)。张熠等人[7]以安徽黄梅山铁尾矿为骨料,采用两种工艺反打振动工艺和压制工艺制备出彩色地面砖。其抗压强度均高于国家标准,符合道路建设要求。本钢歪头山铁矿[13]对尾矿砂综合利用进行了大量研究, 成功研制彩色尾矿地面砖、草坪砖、花墙砖、路沿石等,建成了年产10万m2 能力的生产线。其产品具有鲜艳色彩, 光亮表面, 棱角分明, 花样繁多的特点。彩色尾矿地面砖利用尾矿砂的质量为40 %~50 % , 面层和结构层抗压强度分别达到35~45 MPa和20~25 MPa , 利税是总产值的20 %以上。

  3.1.2 铁尾矿制作免蒸免烧砖

  免蒸免烧砖属于胶结型尾矿建材,是指在常温下或不高于100℃的条件下,通过胶结材料将尾矿颗粒结合成整体,而制成的有规则外形和满足使用条件的建筑材料或制品,在这类材料中,尾矿主要起骨料作用,一般不参与材料形成的化学反应,但其本身的形态、颗粒分布、表面状态、机械强度、化学稳定等性质,却对材料的技术性能有重要的影响。水化硅酸钙CSH、水化铝酸钙CAH及钙钒石是免烧免蒸砖的强度来源[14]

  黄世伟等人[2]以梅山铁尾矿为原料,配以胶结料,轻质集料—市售硅藻土、陶粒,外加剂—市售JA1、JA2型外加剂,自来水,制出性能良好的铁尾矿免烧免蒸砖,其抗压强度达24.89MPa,且砖的其它性能满足GB5101-2003及GB6566-2001的要求。同样,牛福生[15]等人利用唐山地区鞍山式铁尾矿生产免蒸免烧尾矿砖,质量合格,各项性能及放射性均符合国家建筑材料的有关标准,其生产工艺流程如图1所示。

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文本框: 粉煤灰

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