铁尾矿砂的再生利用技术研究

铁尾矿砂的再生利用技术研究摘要铁尾矿在现代建筑中应用较广，尤其针对我国此类大国而言，库存量较大，而且存在整体上升的趋势。当其数量不断的变大，其自身问题也不断暴露出来。以我国为例，目前而言尾矿的利用效率较低，一旦进入到大规模生产模式，其很多问题便会完全暴露出来，产生对于环境的危害等。很大一部分问题集中在其自身堆放面积较大，将会占据土地资源，甚至会引发一些连锁反应。 为了真正的帮助我国实现绿色施工以及可持续发展的目标，铁尾矿砂的利用也应该发生自我转变，就当前的形式而言，其主要便应该进入到重复利用模式中，通过比较合理的综合利用，保证其可以实现最大化的利用途径。此次课题研究便是为了针对此项内容，主要针对的便是土木工程建造领域的应用方法，并且分析其是否可以通过改善生态环境缓解社会压力。在此次课题研究中，通过大量的文献内容分析，并且采取了调研模式，针对国内外的利用现状进行了分析总结，找到了其中存在的突出问题，并且针对此类问题形成了探讨，针对探讨提出了建议。在此次论文研究中，主要的内容便是为了提高我国的铁尾砂矿在土木建造中的再生利用效率，真正的帮助我国当代土木工程建立良好的发展途径。关键词：铁尾矿砂；土木工程；再生利用abstractIron tailings in the modern construction of a wide range, especially for such a hit in China, a large inventory, and there is an overall upward trend. When the number of its growing, its own problems have been exposed. In our country, for example, at present, the tailings utilization efficiency is low, once entered into the large-scale production mode, many problems will be completely exposed, resulting in harm to the environment and so on. A large part of the problem focused on their own stacking area is larger, will occupy land resources, and even lead to a number of chain reactions.In order to really help the realization of Chinas green construction and sustainable development, utilization of iron ore tailings should also self change, in terms of the current form, they should enter into the main recycling mode, through the comprehensive utilization of reasonable, ensure its to achieve maximum utilization. The topic of this research is to address this content, mainly for the civil engineering construction field of application methods, and to analyze whether it can improve the ecological environment to ease social pressure. In this paper, through the analysis of a large number of literature, and adopted a research model, based on the status of using at home and abroad were analyzed and summarized, find the prominent problems, and to solve this problem form the discussion, put forward suggestions for discussion. In this paper, the main content is to improve Chinas iron tail placer use efficiency in civil regeneration construction, really help our contemporary civil engineering to establish a good way of development.Key words: iron ore; civil engineering; recycling1. 绪论 .41.1 研究背景及研究意义 .45) 尾矿随意排放到江海湖或草原沙漠，导致环境污染； .51.2 国内外研究现状 .61.2.1 国内研究现状 .61.2.2 国外研究现状 .92.铁尾矿砂概述 .112.1 铁尾矿砂 .112.2 我国铁尾矿应用现状分析 .142.3 铁尾矿应用存在的危害及当前应用存在的问题 .182.1.2 铁尾矿的危害 .193.铁尾矿砂的土木工程利用可行性探讨 .223.铁尾矿砂的土木工程利用可行性探讨 .223.1 铁尾矿所包含的成分和具体性质分析 .223.1.1 试样分析 .223.1.2 对铁尾矿中的化学成分进行研究 .223.1.3 铁尾矿中所包含的矿物成分探讨 .233.2 探讨铁尾矿稳定性 .233.3 铁尾砂矿应用分析 .234.土木工程中铁尾砂矿的再生利用技术 .274.1 铁尾砂矿混凝土制备 .274.1.1 铁尾砂矿制备混凝土基础性能简介 .274.1.2 制备工艺 .284.2 铁尾矿砂免烧砖 .294.2.1 免烧砖简介 .294.2.2 免烧砖制备方法 .304.3 铁尾砂矿免烧砖的优势分析 .315 结论与展望 .32致谢 .33参考文献 .341.绪论1.1 研究背景及研究意义建筑材料生产过程中消耗了数量巨大的能源。据世界观察研究所估计，每年全球建筑材料的生产约需数以十亿吨计的原材料，仅建筑材料生产过程中产生的能耗大约占全球总能耗的 46.7%。据欧洲建筑师协会估计，全球建筑相关产业造成 50%的空气污染、42%的温室气体、50%的水污染、48%的固体废弃物和 50%的氟氯化合物。所以，合理审慎使用建筑材料，寻求能够大幅度提高其生产中能源利用效率的方法，很大程度上缓解能源约束，减轻生态环境压力，为经济社会可持续发展提供保障已经成为当前社会对建设行业最为迫切的要求。 矿产资源是重要的自然资源，具有非可再生性。它是人类社会生产发展不可或缺的物质基础，通常分为三大类：金属矿、非金属矿和能源矿。作为金属矿的铁尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将铁矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物，其中含有一定数量的有用金属和矿物，具有粒度细、数量大、成本低、可利用性差的特点，一般采用填埋处理，不仅占用大量土地，而且它的随意排放是造成环境污染的重要原因，也是资源损失常见的途径。同时，随着矿石资源的大量开采利用，矿石资源面临日益短缺、甚至枯竭的局面，因此铁尾矿作为二次资源再利用已被世界人民的关注和重视。据不完全统计显示，我国现有 8000 多个国营矿山和 11 万多个乡镇集体矿山，因受选矿技术水平以及生产设备的制约，矿业生产的尾矿已达到 100 亿吨以上，并呈逐年增加的趋势，年排出尾矿量高达 5 亿吨以上，其中黑色冶金矿山年排放尾矿量达 1.5 亿吨，堆存的尾矿量近 50 亿吨，其中铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近 1/3。而我国目前尾矿的综合利用率仅为 7%。随着开采矿数目和产量的猛增，铁尾矿的排出量也在急剧增加。由于铁尾矿具有颗粒细、表面积大、质量轻、能随水流、随风飘的特点，所以铁尾矿如若不及时处理会带来以下主要危害： 1) 大量尾矿长期堆放，形成潜在的地质灾害源，威胁人们财产和生命安全； 2) 受经济条件、技术水平、市场需求和设备性能等因素的限制，造成矿产资源的浪费； 3) 易形成沙尘暴，对所在地区的生态环境影响严重； 4) 耕地被占用，人多地少的矛盾越来越突出； 4) 耕地被占用，人多地少的矛盾越来越突出； 5) 尾矿随意排放到江海湖或草原沙漠，导致环境污染； 6) 影响自然景观和旅游资源，在很大程度上抑制地方经济发展。 因此，铁尾矿砂的再生利用问题已受到社会的普遍关注。 正视铁尾矿资源的现实存在，积极拓展资源综合利用途径，对提高经济发展效益，改善生态环境，维系社会健康发展有着十分重要的意义。 铁尾矿在建筑工程领域再生利用中，缺乏相应的技术引导，有必要形成崭新的铁尾矿再生利用技术的研究路线，以促进铁尾矿在建筑工程领域中的再生利用。本课题预期达到如下目的： 1) 通过调查研究，分析我国铁尾矿在建筑工程领域再生利用中的现状及存在的问题，并利用相关的基本理论找出相应的解决办法； 2) 分析尾矿代砂后建筑材料组成、结构与性能之间的关系，研究尾矿代砂产品的物理和力学性能，提出尾矿代砂的技术途径，为大量采用尾矿砂的建筑砂浆产品提供技术支持和保证。 3) 分别对铁尾矿在建筑工程领域中再生利用的技术可行性、经济属性及环保属性进行研究，并对其进行利用效果和适用性的评价； 4) 建立铁尾矿建筑工程领域再生利用的评价指标体系，对技术本身三大属性、技术应用现状等方面作出定量评价； 5) 初步提出铁尾矿建筑工程领域再生利用相关政策建议，推动建筑工程领域的可持续发展。 本课题立足于尾矿资源的循环利用，并考虑其成分组成的特殊性，将寻求在以下几个方面予以突破： 1) 通过详细考察和调研，基本掌握国内主要金属矿区内尾矿排放情况、尾矿品种及利用现状和存在的问题。在从多角度多元化利用尾矿的基础上，寻找具备环境友好型的代砂尾矿资源； 2) 通过优化组合技术，探索尾矿在建筑砂浆的应用方法，提出尾矿代砂制备各类建筑砂浆的技术路线； 3) 深入分析铁尾矿砂在土木工程建造领域中再生利用的经济性与环保性，并为该技术的推广实施提供切实可行的政策建议。 1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状我国的铁尾矿综合利用研究起步较晚，对铁尾矿砂作为混凝土骨料的研究近几年发展迅速。研究内容主要有：2009 年，蔡基伟、封孝信、赵丽等做了铁尾矿砂混凝土的泌水性试验。试验结果表明：铁尾矿砂混凝土保水性和流动性比天然砂混凝土差，泌水率高于同样配合比的天然砂混凝土。2009 年，张少波做了铁尾矿砂混凝土流变性能研究。研究发现：天然砂混凝土的塑性粘度系数均大于铁尾矿砂混凝土，屈服应力均小于铁尾矿砂混凝土。2009 年,孙玉良、赵芸平、阎嘉旺做了尾矿砂石混凝土耐久性的试验研究，试验结果表明：尾矿砂石混凝土的抗冻性与天然砂石混凝土的基本接近；低强度等级时，尾矿砂石混凝土的抗渗性低于天然砂石混凝土；尾矿砂石混凝土的抗碳化性能高于天然砂石混凝土的抗碳化性能。2009 年，赵芸平、孙玉良、于涛等通过对尾矿砂石混凝土施工性能的系统试验研究。研究分析表明，在相同试验条件下，尾矿砂石混凝土的坍落度小于天然砂混凝土；相同配合比时，铁尾矿砂混凝土的黏聚性和保水性略差于天然砂石混凝土。2009 年，何兆芳、邓初首通过试验研究以一定比例的尾矿砂代替天然砂制作混凝土，并将其工作性能、力学性能与天然砂混凝土进行比较。试验结果表明：铁尾矿砂混凝土的工作性能良好；具有着良好的黏结性，力学性能优于天然砂混凝土，其抗冻性能、抗渗性能优于天然砂混凝土，干缩性能和天然砂混凝土相当。2009 年，蔡基伟、张少波、侯桂香等研究了铁尾矿砂对混凝土工作性和强度的影响，研究表明：用尾矿砂配制的混凝土流动性比普通混凝土差，也易于离析、泌水；在使用活性掺合料并对配合比进行优化条件下，水胶比较大时，尾矿砂石混凝土的强度略高于普通混凝土，水胶比较小时，其强度略低于普通混凝土。2010 年，邓初首、夏勇研究了不同尾矿砂取代率下混凝土和易性、强度及坍落度经时损失等性能。试验结果表明：相同配比下的尾矿砂混凝土流动性略低于基准混凝土，且随着取代率的增加，坍落度呈逐渐减少的趋势，但是掺入粉煤灰、矿渣微粉等磨细掺合料，可以有效抵消尾矿砂取代天然砂时对砼和易性带来的不利影响；尾矿砂取代率在 20100时， C30 与 C40 混凝土 7d 和 28d 强度与基准混凝土相当，有的还略高于基准混凝土。2010 年，廖华平做了铁尾矿砂自密实混凝土施工性能及基本力学性能试验研究。研究发现：随着砂率的增加，铁尾矿砂自密实混凝土工作性能良好，但当砂率超过 45时，工作性能下降，其流动度，填充性以及间隙通过性均降低；铁尾矿砂取代普通砂、石英砂作为细骨料，其基本力学性能较好，有一定的早强性能，28d 强度达到或接近 60MPa，具有高强混凝土性能。2010 年，柴红俊、宋裕增、王星原按照相同混凝土的配合比进行铁尾矿砂混凝土与普通混凝土各个性能的对比试验。试验结果表明：铁尾矿砂拌制的混凝土，其黏聚性、保水性、流动性及压力泌水等指标，都不如天然砂；铁尾矿砂随着细度模数的增大，混凝土的黏聚性、保水性越来越差，而流动性越来越好；从强度来看，天然砂和铁尾矿砂差别不大，但随着铁尾矿砂细度模数的提高，强度相比于天然砂有略高的趋势。通过以上内容可以看出，我国学者针对铁尾砂矿的力学性能提升有着比较全面的认识，在其整体基础上，伴随着各种资源逐渐吃紧，对环境的影响也越来越大的前提下， 针对其再生利用也展开了分析，包括可持续发展、循环经济等理念不断提出，最值得指出的便是，在 2010 年上海世博会期间，为了响应绿色工程的号召，已经开发了绿色铁尾砂矿的生产线。我国最为重视的便是可持续发展， 应对我国容易出现的温室效应等，更是通过其作出了重点排查，我国 2006 的二氧化碳排放量已经达到 62 亿吨，已经超过美国(58 亿吨)居全球第一。2009 年 11 月，国务院常务会议部署应对气候变化工作并决定，到 2020 年，我国单位国内生产总值 CO2 排放比 2005 年下降 40%- 45% ，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。2009 年 12 月，丹麦首都哥本哈根举行的联合国气候变化框架公约缔约方第 15 次会议，会议的目的是商讨京都议定书一期承诺到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。虽然会议并未达到预期目的，但对于应对气候问题起到了推进作用。中国是一个发展大国，又是一个建筑大国，我国每年新建房屋建筑面积近 20亿平方米，占全球的一半，仅北京或上海一个城市的新开工建筑面积，就相当于整个欧盟的总量。当前发达国家建筑能耗已大大降低，但是我国的单位建筑面积能耗是发达国家的 2-3 倍以上，与发达国家存在很大的差距。目前我国面临的节能问题主要有建筑能耗高、建筑使用寿命远小于实际寿命、北方建筑采暖能耗高、建筑用能污染严重等。为了改善并解决这些问题，我国政府竭尽全力，制定与时俱进的建筑标准，并在建筑节能技术进行不断创新，至此，中国正以最快的速度向世界生态城市最多的国家迈进。 建筑节能的途径主要包括：第一，尽量减少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率；第二，减少建筑围护结构的能量损失；第三，降低建筑设施运行的能耗。随着社会的发展，出现了很多建筑节能材料，如保温材料(聚苯乙烯泡沫塑料