（环境工程专业论文）利用金尾矿制备烧结普通砖的试验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 我国是一个矿业大国，矿业固体废料的积存量和年排放量十分巨大，截止2 0 0 7 年，全国尾矿堆积总量达到8 0 4 6 亿吨。2 0 0 7 年仅一年的时间，全国尾矿排放量 近1 0 亿吨。大量的尾矿堆存带来了资源、环境、土地与安全等诸多的问题。综合 利用尾矿不仅可以提高资源的综合利用率，减少土地的占用，保护环境，也可以 从根本上消除尾矿库安全隐患。 本论文选取沂南金矿金龙矿区尾矿为研究对象，采用压制成型法来制备烧结 砖，主要探讨了细尾矿一粘土、细尾矿、细中尾矿三种体系。主要的研究内容有： 原材料基本性质的研究：原料的化学组成；原料的矿物组成；原料的颗粒级配 等。成型条件的探索：包括不同尾矿掺量的混合料的塑性指数、成型压力以及 成型水分。干燥制度的探索：自然干燥、人工干燥与坯体含水率的关系、人工 干燥中不同干燥温度与坯体含水率的关系烧成制度的探索：包括烧成速度、烧 成温度、保温时间、烧结范围等，不同烧成温度下制品的x 衍射分析。细尾矿 与粘土配合比试验研究；1 0 0 细尾矿砖的试验研究；细尾矿与中尾矿配合比试验 研究对该项目进行工程应用设想及效益分析，分析其成本及利润等经济指标。 研究结果表明：最佳的工艺制度如下：成型压力为1 5 m p a ，成型水分为9 ， 干燥后坯体含水率为1 ，烧结温度为1 0 5 0 9 c ，保温时间为6 0 r a i n ，焙烧范围 1 0 2 0 1 0 8 0 。在最佳工艺制度下，对细尾矿与粘土的配合比的研究表明：可以 用1 0 0 的细尾矿烧结出满足m u i o 标准的砖制品：且石灰爆裂和泛霜均合格，冻 融结果：强度损失率3 8 ，质量损失率0 9 ；砖制品颜色为浅黄色。对细尾矿与 中尾矿的配合比的研究表明：中尾矿的取代量可以达到2 5 ，且石灰爆裂和泛霜 均合格；冻融试验结果：抗压强度损失率3 2 ，质量损失率0 5 ；砖制品颜色为 浅黄色。对标准砖生产线工程应用及效益分析表明：年产6 0 0 0 万块标准总投资 为7 0 0 万，每单块砖的成本为0 1 1 3 元，年利润8 2 2 万元，一年内即可收回成本。 利用尾矿可制备出m u i o 且符合要求的烧结砖，该产品在节省土地的同时也 消耗了大量废弃物，符合国家的环保和可持续发展战略要求，经济和社会效益显 著。 关键词金尾矿；烧结砖；压制成型法；效益分析 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sab i g m i n i n gc o u n t r y 谢t hh u g ec u m u l a t i o na n de m i s s i o n so fm i n i n g w a s t e b y2 0 0 7 ，t h ec u m u l a t i o na m o u n t st o8 0 4 6b i l l i o nt o n s ，n e a r l yo n e b i l l i o nt o n s w e r ed i s c h a r g e di n2 0 0 7 ，t l l e i rd i r e c td i s p o s a lh a sl e dt oas e r i e so fs o c i a lp r o b l e m ss u c h a sr g s o u r s e s ，e n v i r o n m e n t , l a n d ，s e c u r i t ye r e t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nc a l ln o t o n l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fr e s o u r s e s ，r e d u c et h eo c c u p a t i o no fl a n da n dp r o t e c t e n v i r o m e n t ，b u ta l s og e tr i do fs e c u r i t yr i s kf u n d a m e n t a l l y t h i sp a p e rs t u d i e so nm a k i n gf i r e db r i c k sb yp r e s s f o r m i n gw i my i n a ng o l do r e r a i l i n g s ，w h i c hm a i n l yd i s c u s st h r e ed i f f e r e n ts y s t e m s ：f i n et a i l i n g s - c l a y ；f i n er a i l i n g s ； f i n e m e d i u mt a i l i n g s i t sp r i n c i p a lc o n t e n t sa r e ：b a s i cp r o p e r t i e so fr a wm a t e r i a l s ： c h e m i c a lc o m p o s i t i o n ；m i n e r a lc o m p o s i t i o n ；p a r t i c a ls i z e ( 室) e x p l o r a t i o no ff o r m i n g c o n d i t i o n s ：p l a s t i c i t yo fd i f f e r e n tt a i l i n g sc o n t e n t ；f o r m i n gp r e s s u r e ；f o r m i n gw a t e r ( ) e x p l o r a t i o no fd r y i n gs y s t e m ：r e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e rc o n t e n ta n dn a t u r a ld r y i n g , a r t i f i c i a ld r y i n g ；r e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e rc o n t e n ta n dd i f f e r e n td r y i n gt e m p e r a t u r eo f a r t i f i c i a l d r y i n g e x p l o r a t i o n o f s i n t e r i n gs y s t e m ：s i n t e r i n gs p e e d ；s i n t e r i n g t e m p e r t a t u r e ；s i n t e r i n gr a n g e ；h o l d i n gt i m e ；x r a ya n a l y s i s o fp r o d u c t sa td i f f e r e n t s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e ( 曼) s t u d yo nd i f f e r e n tm i x t u r ep r o p o r t i o nw i t hf i n et a i l i n g sa n d c l a y ；s t u d y o n m a k i n g f i r e db r i c k sw i lf i n e t a i l i n g s ；s t u d y o nd i f f e r e n tm i x t u r e p r o p o r t i o nw i t hf i n ea n dm e d i u mt a i l i n g s p r e l i m i n a r ya s s u m ea n de c o n o m i ca n a l y s i s a b o u ta p p l i c a t i o no ft h ep r o j e c t ，a n a l y z ee c o n o m i c a li n d e xs u c ha sc o s t ，p r o f i te t c t h er e s u l t sr e v e a lt h a t ：t h eo p t i m u mt e c h n o l o g ys y s t e m ：f o r m i n gp r e s s u r e 15 m p a , f o r m i n gw a t e r9 ，w a t e rc o n t e n ta f t e r d r y i n g1 ，s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e 1 0 5 0 c h o l d i n gt i m e ：6 0 m i n ，s i n t e f i n gr a n g e ：1 0 2 0 1 0 8 0 t h es t u d yo nd i f f e r e n t m i x t u r ep r o p o r t i o nw i t hf i n er a i l i n g sa n dd a yu n d e rt h eo p t i m u mt e c h n o l o g ys y s t e m i n d i c a t e s ：m u l 0b d c kp r o d u c t sc a nb em a d eo ff i n et a i l i n g s 谢t l l10 0 ，w h i c hh a v er i o l i m eb l o w i n ga n de f f l o r e s c e n c e f r e e z e - t h a we x p e r i m e n tr e s u l t s ：t h e l o s sr a t i oo f s t r e n g t h ：3 8 t h el o s sr a t i oo f m a s s ：0 9 t h ec o l o ro f b r i c k s ：l i g h ty e l l o w ；t h es t u d y o nd i f f e r e n tm i x t u r ep r o p o r t i o n 丽也f i n er a i l i n g sa n dm e d i u mt a i l i n g su n d e rt h e o p t i m u mt e c h n o l o g ys y s t e mi n d i c a t e s ：t h er e p l a c e m e n to fm e d i u mr a i l i n g sc a nr e a c h 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 5 ，i t sp r o d u c t sh a v en ol i m eb l o w i n ga n de f f l o r e s c e n c e f r e e z e - t h a we x p e r i m e n t r e s u l t s ：t h el o s sr a t i oo fs t r e n g t h ：3 2 ，t h el o s sr a t i oo f m a s s ：0 5 t h ec o l o ro f b r i c k s ： l i g h ty e l l o w ( 蔓) p r e l i m i n a r ya s s u m ea n de c o n o m i ca n a l y s i sa b o u ta p p l i c a t i o no ft h e p r o j e c ti n d i c a t e s ：t h et o t a li n v e s t m e n to fb u i l d i n gaf i r e db r i c kp l a n tt h a ty i e l d s6 0 m i l l i o nb r i c k sa n n u a l l yi s7m i l l i o n ，e v e r ys i n g l eb r i c kc o s t0 113y u a n ，a n n u a lp r o f i t m o u n t st o8 2 2m i l l i o n s ot h eb r i c kp l a n tc a r lr e c o v e ra l lt h ei n v e s t m e n tw i t h i no n e t h i sn e wt y p ef i r e db r i c k sc a nn o to n l ys a v en a t u r a lr e s o u r c e s ，b u ta l s oc o n s u m e l o t so f t a i l i n g s ，w h i c h a r ec o n s i s t e n tw i t hn a t i o n a l s t r a t e g i cr e q u i r e m e n t s o f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，a n dh a v en o t a b l ee c o n o m i c a l a n ds o c i a lb e n e f i t s k e yw o r d s ：g o l d o r et a i l i n g s ；f i r e db r i c k s ；p r e s s - f o r m i n gm e t h o d ；e c o n o m i ca n a l y s i s l i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 概述 伴随着我国经济高速的发展，传统粗放型的经济增长方式使得我国资源短缺 的矛盾变得越来越突出，环境压力也越来越大。为解决目前资源、环境对经济发 展的制约，我们必须走中国特色新型工业化道路、大力发展循环经济、提高资源 利用率。 我国是一个矿业大国，矿业固体废料的积存量和年排放量十分巨大，我国目 前有尾矿库1 2 7 1 8 座，其中在建尾矿库有1 5 2 6 座，占总数的1 2 ，已关闭的尾矿 库有1 0 2 4 座，占总数的8 ，截止2 0 0 7 年，全国尾矿堆积总量达到8 0 4 6 亿吨。 2 0 0 7 年仅一年的时间，全国尾矿排放量近1 0 亿吨。大量的尾矿堆存带来了资源、 环境、土地与安全等诸多的问题： 1 占用土地 大量堆存的尾矿需要占用大量土地。截至2 0 0 5 年，我国堆放的尾矿占用了多 达1 3 0 0 多万亩的土地，随着老的尾矿库的关闭，新的尾矿库的增加，更多的土地 将会被占用。 2 浪费资源 我国矿产资源中有8 0 是共伴生矿，我国矿业由于起步晚，技术发展也不平 衡，选冶技术在不同时期差距很大，造成大量有价值的资源残留于尾矿中。比如， 我国铁矿尾矿的全铁品位平均含量是8 1 2 ，有的多达2 7 。按照目前铁尾矿 总堆存量4 5 亿吨来算，相当于尾矿中存有5 亿吨左右铁。我国黄金尾矿中金的含 量一般为o 2 o 6 克吨，按照目前总堆存量5 亿吨来算，其中尚含有3 0 0 吨左右的 黄金。尾矿中还有存量巨大的非金属矿物，其中有些已经具有高附加值应用的潜 在特性。其潜在价值将随着技术的进步远远超过金属元素。如果不能综合回收利 用这些尾矿资源，将会是巨大的浪费。 3 环境污染 有的矿石选矿过程中需要添加药剂，这些药剂会在尾矿中残留。尾矿含有的 重金属离子，甚至汞、砷等污染物质，将会和尾矿水一起流入周边的河流或者渗 入到地下，对河流和地下水源污染严重。自然干涸后的尾砂，在遇大风时会形成 青岛理工大学工学硕士学位论文 扬尘，危害周边地区的环境。 4 安全隐患 许多的尾矿库超负荷或超期使用，有的甚至违规操作，造成尾矿库存在着极 大的安全隐患，严重威胁周边地区人民财产与生命安全。建国以后，我国发生过 多次尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡。2 0 0 8 年“9 8 山西襄汾新塔矿业有限 公司尾矿库溃坝事件更是一次血的教训，造成2 7 0 多人死亡。 综合利用尾矿不仅可以提高资源的综合利用率，减少土地的占用，保护环境， 也可以从根本上消除尾矿库安全隐患。 综合利用金属尾矿难度大、牵涉面广，是社会关注的热点，它不仅关系企业 与行业的生存和发展，而且影响环境和安全。相比与粉煤灰、煤矸石等固体废弃 物，综合利用尾矿的技术难度更大、更复杂。现在，我国工业固体废弃物综合利 用率在6 0 左右，而金属尾矿的综合利用率平均不到1 0 ，对比之下，尾矿的综 合利用远远落后于其它的大宗固体废弃物。尾矿已经成为我国工业如今产出量最 大、综合利用率最低的大宗固体废弃物。 所谓尾矿，是指矿业开发中，由选矿厂排放出的尾矿浆经自然脱水后所形成 的固体矿业废料，有时，也包括与矿石一道开采出来的采掘废石。它们一般都经 过破碎和分级处理，颗粒较细，级配良好，有些还因为经过一定程度的煅烧或化 学处理而具有一定的化学活性，因此，非常适合于作为建筑材料的生产原料，有 些尾矿本身就可作为重要的基本建设材料使用。尾矿建材即是利用选矿尾矿作为 主要原材料，所生产出来的一类用作建筑材料用途的制品，是一种能够充分体现 可持续发展战略的“绿色建材。大力发展尾矿建材，必将为我国的矿产资源综 合利用、环境保护、墙体材料革新以及发展新型建材事业，开辟出又一条新的道 路【1 1 。 本研究旨在解决利用尾矿作为原料生产烧结砖的技术问题，从而达到有效利 用尾矿，消除因尾矿而带来的问题的目的。 1 2 国内外尾矿建材的发展现状与趋势 随着自然资源的建设和人类环保意识的不断增强，世界各国越来越重视对尾 矿的综合利用技术的研发。对于尾矿建材的开发研究，国外起步较早，他们在尾 矿的综合利用方面投入了大量的人力和物力，并把利用程度作为衡量科学技术水 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 平和经济发达程度的标志【2 1 。虽然各国的应用方向和利用程度各不相同，但都对尾 矿的开发利用十分重视，有些工业发达国家已经把建设“无废料矿山”作为奋斗 目标【3 1 。在对尾矿的综合利用的广泛研究中，利用尾矿生产建筑材料方面取得了显 著的成果，尤其是俄罗斯，美国，日本，加拿大等国。 1 2 1 国外尾矿利用研究现状 对于尾矿建材的开发研究，国外起步较早。早在6 0 年代初，苏联就开始了尾 矿建材的研究和生产。例如科里沃罗格铁矿除将尾矿中的粗颗粒( 1 4 m m ) 用作 混凝土的粗细骨料，并用于生产粘土一硅酸盐渣砖等，还将小于1 4 m m 的尾矿适 量代替天然砂，作密实的硅酸盐、蒸压和非蒸压砖中的充填剂以及制备混凝土时 代替部份水泥等【4 】；库尔斯克磁力异常区，俄罗斯最大的铁矿基地之一，合理地利 用尾矿在矿区建立了水泥厂和硅酸盐玻璃厂等【5 】，利用率达到1 5 左右，经济效益 良好；科夫多尔和卡齐纳尔采选公司经过对选矿尾矿的基本特性分析发现：尾矿 中硅酸镁矿物含量比较多，并且尾矿中超基性成分的粒级不同，继续对其研究发 现，对该尾矿利用不同的生产工艺，不仅可以生产矿物性胶凝物质，而且可以生 产陶瓷、蒸压材料、混凝土和掺合料等，其中最有代表性的是生产矿物性胶凝材 料物质 6 1 。目前，已研制成功的混合胶凝物质的特点是，充分利用该尾矿进行生产 制备，利用石灰和水泥作为活性添加剂，加入石灰可制得石灰一橄榄石水泥或石 灰一辉岩水泥，其中尾矿利用率可达7 5 ，经过对水泥的物化性能和耐久性的测 定，各项指标都符合要求，工程应用中已利用该种水泥生产配筋建筑砌块。 加拿大在尾矿制作建材方面也积累了一定的经验，特别是在利用铁尾矿制作 墙体材料方面，c o l l i n g s r k 等人【_ 7 】曾研究将铁尾矿与石灰按一定的比例掺配制作 干压灰砂砖，发现效果良好。加拿大魁北克矿山把尾矿过2 0 0 目筛，然后加入1 的木质磺酸钙作为粘结剂，通过加压成型，然后在高温下烧制成硅砖，结果表明， 达到了预期的效果。 美国现在矿业生产的废料量同样十分巨大，除从废矿石中回收有价值的萤石、 长石和石英等进行再利用外，目前绝大多数作为混凝土骨料、地基和沥青路面材 料【9 】来使用，同时也有人把铁隧岩的尾矿制作成密度可予调控的轻质砖 8 1 ，这就为 尾矿在轻质建材方面进行利用找到了一条新的途径。 日本y 哂和s e i c h i 等【8 】利用尾矿与1 0 硅藻土混合，成型后在11 5 0 。c 进行煅 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 ， 烧，烧制成轻质骨料。乌克兰b p 穆辛【8 】将铁石英岩进行分级处理，其中大于 0 1 4 r a m 的尾矿作为建筑用砂、小于0 0 4 m m 的尾矿用来制备气孔玻璃及泡沫玻璃、 0 1 钆0 0 4 m m 的作为混凝土填充料及制作泡沫混凝土的材料。 从国际方面看，各国的应用方向及利用程度虽然各不相同，但是都十分重视 尾矿的开发利用，一些工业发达国家甚至已经把建设“无废料矿山作为自己的 奋斗目标。 1 2 2 国内尾矿利用研究现状 我国十分重视对尾矿的开发和利用，由国家计委、国家科委制定的“中国2 1 世纪议程 【9 】已经把尾矿的开发和利用，作为以后支持和发展的内容。1 9 9 2 年 1 1 月，在厦门召开的全国矿山废渣综合利用技术交流大会上，总结了我国在尾矿 利用方面的一些技术成就，并且确定了尾矿在建材领域的基本发展方向。近几十 年来，我国在尾矿建材的研究和应用方面，已经取得了一批重要成果。目前，我 国对于尾矿建材的研究和开发主要集中在以下几个方面： 1 ) 利用尾矿生产墙体材料 利用尾矿生产墙体材料，是尾矿建材的主要发展方向。长期以来，我国的墙 体材料原料一直以烧结黏土为主，大量黏土的使用毁坏了不少农田。而随着工业 化的迅速发展，各种工业废渣日益增多，包括粉煤灰，煤矸石，尾矿等，这为生 产墙体材料提供了一种途径。我国在尾矿制作墙体材料方面也积累了一定的经验。 尾矿制砖 利用尾矿作为主要材料制砖研究较多的是蒸养砖、免烧砖和烧结砖。鞍钢矿 山公司大孤山选矿厂利用尾矿为主要原料，并且加入适量的c a o 活性材料，进行 蒸养砖的试验研究n o 】，结果表明，所得制品抗压强度为1 4 7 1 2 4 9 1 m p a ，抗折强 度3 0 4 5 7 9 m p a ，容重介于19 3 4 2 0 0 0k g m 3 之间，符合国家蒸养灰砂砖标准。 中南大学章庆和等人【l l 】对蒸养尾矿砖进行了研究，试验主要利用的是常压蒸 养固结的方法，对尾矿砖的机理及工艺流程进行了研究，结果表明：利用蒸养的 方法，将尾矿制成合格的尾矿砖是可行的，且具有成本低，工艺简单的特点。 相比于蒸养砖，尾矿免烧砖的研究要多一些。何廷树等人【1 2 】以陕西某铁矿尾 矿作为主要材料，添加少量水泥和适量的河砂，制备m u l 5 干压免烧砖，并研究 了几个因素对尾矿免烧砖抗压强度的影响，包括水泥用量、铁尾矿与河砂的质量 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 比、搅拌用水量、成型压力和化学外加剂。结果表明：当成型压力为1 5 m p a ，铁 尾矿和河砂的质量比是1 2 5 ：1 0 0 ，水泥为固体总料的1 0 ，搅拌用水量为固体总 料的8 ，萘系高效减水剂占水泥量的o 8 ，葡萄糖酸钠缓凝剂占水泥量的0 0 3 时，制品2 8 d 的抗压强度可达到1 6 4 m p a ，经检测其各项性能指标都符合标准。 西南工学院廖其龙等人【”】利用石棉尾矿作骨料、粉煤灰作为胶结剂研制免烧 砖，制备石棉尾矿免烧砖的工艺流程为：( 石棉矿、粉煤灰、粘土、外加荆) 计量、 配料水搅拌成型燕压养护成品，主要研究了尾矿的颗粒级配、粘土用量、外加 剂、成型水分、成型压力以及蒸压制度等因素对免烧砖的影响，结果表明，当尾 矿掺量在4 0 6 0 、粘土掺量不超过1 0 、# t - ；b n n 用c 、成型水分控制在1 8 - 2 0 、 成型压力1 6 1 8 m p a 、蒸养压力为1 0 1 2 m p a 、蒸压时间为1 0 1l h 时，可制得性 能优于1 5 0 号粉煤灰的免烧砖。 浙江省冶金研究所【1 4 】利用河北省某铁矿尾矿作为主要原料，加入少量掺加剂 后，然后搅拌，最后用半干法高强度压制成型规格为2 4 0 x 1 1 5 5 3 m m 的免烧砖， 经抽样检测，制品均达到g b 5 1 0 1 5 5 标准中7 5 号砖的技术指标要求。 姚树刚等人【l5 】采用鞍山地区的铁尾矿作为主要原料，以石灰作为固结剂，水 泥作为粘结剂，石膏作为激发剂，并加入适量粉煤灰，进行了免烧尾矿砖的研究。 主要研究了尾矿砖的作用机理、生产方法、工艺过程、质量控制和产品物理力学 性能等。结果发现，当尾矿：水泥：粉煤灰：石灰= 6 ：1 5 ：1 5 ：1 时，通过搅拌、陈 化、成型、养护后，可制得成品，从而实现了免烧免蒸免压。 烧结砖是最具有可持续发展的，最具有生态学价值的材料之一。王梅英【l6 】等 人利用鄂西高邻赤铁尾矿进行了制备烧结砖的研究，经过对鄂西高邻赤铁尾矿基 本特性的综合分析后，采用压制成型法开展对烧结砖的试验研究。结果表明，在 成型水分为1 2 1 5 、成型压力为2 0 2 5 m pa ，烧结温度9 5 0 - 1 0 5 0 等最优条 件下，利用鄂西铁矿尾矿，可以制得m u 2 0 的普通烧结砖，其烧成制品为红色， 颜色一致性很好。 朱华根【l7 】等人利用梅山铁矿细粒尾矿进行了制备烧结砖的试验研究，作者根 据尾矿的矿物组成、粒度等制定工艺方案，采取四种不同的焙烧窑进行烧结工业 试验，检测了烧结砖的性能指标，表明梅山细粒尾矿可以替代粘土用于烧结制砖， 并且可以生产出满足要求的烧结砖。 尾矿除用来制各以上三种砖以外，也有蒸压砖的研究。朱敏聪 ”】等人利用山 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 东某金矿自然粒级的尾矿进行了制作蒸压砖的试验研究，结果表明，当原料配比 m ( 尾矿) ：m ( 石灰) ：m ( 石膏) = 78 - 20 - 2 ，水灰比是0 1 5 ，蒸压制度为：升温 2h 、恒温1 2h 、自然降温3h ，成型压力是2 5m p a 时，抗压强度检测结果为： 单块最小值1 5 2 m p a ，平均值1 7 5m p a ，符合g b l1 9 4 5 1 9 9 9 ( ( 蒸压灰砂砖m u l 5 级砖的要求。 尾矿制备加气混凝土和混凝土空心砌块 如今生产的该类产品大多属于水合型建材和胶结型建材，其硬化原理同尾矿 砖大体相同加气混凝土是一种内部均匀分布着微小气泡的轻质混凝土，是钙质 材料与硅质材料加入适量的水、发气剂以及其它的附加剂，通过养护制成的新型 建筑材料。夏荣华等研究利用金矿制作加气混凝土，经反复试验研究得出，在 最佳配比为：尾矿：石灰：水泥：石膏= 6 3 ：2 5 ：1 0 ：2 ，最佳水料比0 5 8 ， 外加剂最佳掺量4 0 9 m 3 ，尾矿的最佳细度2 0 0 目筛余1 7 5 ；最佳蒸压制度：升 温时间3h ，最高蒸压温度2 0 5 ，恒温时间8h ，降温时间2 5h 时，制得的尾 矿加气混凝土平均密度6 9 7 8k g m 3 , 平均出釜抗压强度6 3 2 m p a ，满足a 5 0 、b 0 7 级加气混凝土合格品的要求。 2 ) 利用尾矿生产水泥 尾矿水泥属于烧结类建材，就是在水泥配料中加入大量的尾矿，按照一定的 水泥生产工艺，制备符合国家标准的水泥。一般来说，低硅尾矿比较适合作为生 产水泥的原料，如果石英含量高就会导致需要大量的校正原料，这样就达不到大 量利用废物的目的。尾矿用来生产何种类型的水泥，取决于尾矿的基本性质与工 艺条件。河南省香山水泥集副2 0 1 利用铅锌尾矿渣取代硫酸渣，利用烧石英尾矿取 代粘土进行配料，配料方案如下：石灰石：烧石英尾矿：铅锌尾矿渣：粉煤灰= 9 0 ： 6 5 ：2 0 ：1 5 ，生产出的水泥经试验证明满足国家标准要求，2 0 0 3 年仅材料 费就可节省5 万元，取得了显著的经济效益。 潘一舟2 1 】等人对利用钼铁矿尾矿作为原料生产水泥进行了研究，结果表明， 利用尾矿配料来生产水泥，不但可以取代全部铁质原材料和起着矿化剂作用的石 膏，还可部分代替石灰石，有利于提高水泥产量、质量，降低成本。这项技术的 推广将会为水泥生产开辟出一种新的廉价的原材料，又使尾矿资源得到充分得利 用。 y 3 夕i - ，王开吉【2 2 1 、陈巨英【2 3 1 、陈袁魁【2 4 】、董文彬2 5 1 等，利用铅锌、铜、重晶 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 石等尾矿作为矿化剂生产特种水泥，亦得到了良好的技术经济效果。 3 ) 利用尾矿生产建筑陶瓷制品 建筑陶瓷种类有很多，根据化学组成可以分成镁质陶瓷和钙质陶瓷，尾矿建 筑陶瓷大多属于钙镁质陶瓷因为组成尾矿的常见造岩矿物，大部分都可以作为 陶瓷坯体瘠性原料或者熔剂原料，因此，只需根据不同的产品和生产工艺进行合 理的设计就可以制各性能较好的陶瓷制品张金龙【2 6 】在分析焦家金矿后，发现s i 0 2 含量较高，砧2 0 3 、k 2 0 、n a 2 0 含量一般，铁硫的含量严重超标，若把尾矿用来生 产白色陶瓷，将影响质量，因此，决定首先将有害元素去除，采用如下方法：螺 旋溜槽分级( 重选) ( 弱+ 强) 磁选一浮选试验结果发现，尾矿t f e 在0 5 3 以下，用 量为4 5 时，坯体和釉面符合要求，可以应用在工业生产中。经济分析表明，一 年所得税总额可以达到1 8 9 8 万元。 许荣奎【27 】进行了利用马鞍山向山硫铁矿摇床尾矿作为主要原料制备彩釉烧结 砖的试验研究，分析测试表明：尾矿中铁硫的含量均较低，x 衍射分析表明：石英 4 0 ，绿泥石 2 0 ，伊利石 2 0 ，镁铁矿 1 0 ，黄铁矿 1 0 ，尾矿砂属于软质 瓷性材料，化学成分以s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 为主，通过反复试验发现，尾矿中掺 入合适的结合粘土与瘠性原料，经过一定的生产工艺流程就可以制得彩釉砖，其 坯体最佳配方如下：尾矿占7 0 , - 8 0 ，结合粘土与花岗岩占2 0 。3 0 ，烧成温度 范围为1 1 0 0 1 1 5 0 ，坯体成品率在9 0 以上，产品经检测，抗冻、耐急冷急热、 吸水率等指标均符合标准的要求。 另外，倪文渊等利用焦家岩金尾矿、大庙铁矿尾矿；袁定华2 9 1 等利用稀土尾矿； 陈铁峰等利用珍珠岩尾矿；张先禹叫等利用铜尾矿等等，都研制成功了各式外 墙砖、釉面砖、玻化砖等建陶产品，取得了良好的经济效益与社会效益。 4 ) 用于其他建筑材料 尾矿在建材行业还有许多其他的用途，比如制作无机人造大理石、制作耐火 材料、生产玻璃与玻璃质制品、用作混凝土骨料和建筑用砂以及用于基础垫层材 料、路面沥青掺混料和铺筑路基等等。陈家珑 3 2 1 对北京地区的尾矿检验后，证明 绝大部分尾矿制各的人工砂材料是合格的，因此，只要具备合适的生产工艺尾矿 就可以用来替代天然砂石配制混凝土。 我国马鞍山铁矿利用粗粒级尾砂作为砼骨料，尾矿中没有云母、硫化物、硫 酸盐、粘土、有机物、淤泥等有害杂质，其抗拉强度、抗渗性、抗疲劳、收缩性、 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 钢筋的粘接力和弹性模量均满足国家有关骨料技术标准的要求，具有良好的经济 效益，因此尾矿作为建筑骨料的潜力巨大。 另外，吴春山【3 3 1 利用铜尾矿、孙孝华等3 4 1 利用钨尾矿、刘属兴等【3 5 1 利用高岭 土尾矿，廖其龙【3 6 】等利用石棉尾矿、刘军等3 刀利用铁尾矿等，均研制成功了微晶 玻璃装饰板；廖其龙【3 8 】等还利用石棉尾矿配制成耐热混凝土、刘属兴等还利用高 岭石尾矿熔制石英、万建东【3 9 】用石棉尾矿研制成功橄榄石型硅镁砖。 1 3 烧结砖发展及应用 烧结砖是传统的主要的建筑材料。在很多情况下，人们对其认识不足，或是 有着概念上的误区，似乎一说到砖瓦，就代表着“落后 ，应该“淘汰”。其实 这类材料根植于7 3 0 0 年前；她不仅伴随了我华夏民族初级文明的曙光的到来；而 且伴随了我华夏民族光辉灿烂的上下五千年文明；烧结砖是泥与火的精华，是华 夏祖先智慧的结晶，是华夏民族本元文化的活化石。烧结砖所承载的文化和艺 术无不张扬与显示着中华民族源远流长的历史文化。烧结砖瓦的出现也推动了 华夏文化从蛮荒走向文明，在世界建材史上也起着举足轻重的作用。 我们所说的烧结砖，是被赋予新的使用功能后的产品，不是“粗制滥造 的 烧结实心黏土砖。新型的烧结砖产品，在建筑使用功能方面，有着其他墙体屋面 材料不可取代的许多优点。建筑物的环境质量对人们生活质量的高低起着决定性 的作用，烧结砖产品则可以作为构成具有环境意识的建筑与满足健康居住要求的 基础，因此，烧结砖产品符合当前社会发展的潮流。根据目前的技术水平，烧结 产品在使用寿命终结后的物质完全可以加以回收利用。在如今世界“节能建筑”、 “生态建筑 、“绿色建筑 的呼声不断高涨的形势下，我们要去重新认识烧结 砖产品的自身性能、使用功能和生产的全过程、使用寿命完结后的回收利用等方 面对环境的影响。现代建筑必须同时符合生态学与经济学多方面的要求。几千年 的历史经验证明，不论是过去、现在还是将来，烧结质量好的产品，永远不会失 去她的魅力，子孙们也肯定会喜欢上烧结砖的多样性使用功能和美丽色彩。每一 座建筑物不仅要为一代人服务，更要为数代人服务。维也纳山公司世界上最大的 砖瓦制造公司( 有2 6 6 家烧结砖瓦生产厂分布在2 6 个国家和地区) 公开保证他们生 产的烧结砖产品使用寿命是2 0 0 年。延长使用寿命是最好地节约能源与资源的方 法之一。因为烧结砖是一种具有杰出性能，而且是自然天成的建筑材料。即使是 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 在今天，烧结砖同样是健康住宅最好的选择。这是因为它不仅能满足健康住宅的 各种需求而且还能满足现代建筑美学的各种要求，使用期内的维修费用最低。 健康、舒适、保险安全，是烧结砖建筑的三个特征。这就是人们喜欢烧结砖建筑 的原因。 烧结砖产品不仅可以建造居住条件舒适，环境优美的建筑物，而且在处理轻 质高强与承重，微妙的湿传导，蓄热与导热( 混凝土墙体的房屋夏季热，砖瓦房屋 则凉快，冬季相反) ，蠕动变形值极小，孔洞排列与微孑l 形成( 可做出导热系数非 常低的产品，如护0 0 8 w m k ) 等方面有其独到之处。依照建筑文化的发展，可持 续发展住宅以及生态住宅( 绿色建筑) 来看，烧结砖产品仍然有着强大的生命力。美 国宇航局的研究报告中指出“如果要在月球上建造人类居住的掩护所，只能利用 烧结砖”，足以看出烧结砖产品的使用功能之好。西欧的一位“新知觉 类专家 提到“如今所谓的新型墙体材料都是在模仿着烧结砖的功能，但是只能模仿砖的 一种或几种功能，不能模仿其全部性能。烧结砖性能上的不可模仿性，是砖瓦 建筑创造出辉煌的史绩的原因，这也将决定着它的未来。欧洲砖瓦工业协会主席 曾说过：“质量优异的烧结砖产品是建筑材料中的十项全能选手，要像描述十项 全能体育选手一样来宣传自己的产品”。2 0 0 4 年意大利砖瓦协会主席曾讲到：“利 用一切宣传手段告诉群众烧结砖瓦建筑的优点 。2 0 0 5 年意大利环境部和意大利 砖瓦工业协会签订了一份支持烧结砖瓦工业发展的协议，这也实际上表明了意大 利政府的意愿。意大利环境部部长在一次公开会议上发表演讲时明确指出：“要 向公众宣传烧砖瓦的优点。世界知名建筑学家马里欧伯塔教授曾经说过：“砖 的和谐：环境! 。在西欧、北美、日本、韩国等发达国家，“有钱人”居住的 是砖瓦房屋，这是因为砖瓦建筑物有舒适的居住环境，并且始终保持着和谐的美。 这也是为什么现在欧洲五分之三以上的新建筑依然采用烧结砖瓦。我们在大力发 展新型墙体材料的同时，也必须考虑这种传统的思想意识与烧结砖瓦产品的新功 能。 西欧与北美的发达国家对烧结砖产品生态学性能、使用功能以及从原材料采 集、生产的全过程到建筑工地的运输、施工、使用寿命期和终结后的回收利用的 全过程进行的研究已经证明：烧结砖产品是最具生态学价值、最具可持续发展的 的建筑材料之一。在现代社会背景条件下为了更好地推动利用新型烧结墙体屋面 材料，每两年西欧和北美会举办一次国际性的砖建筑奖励活动。比如2 0 0 6 年度欧 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 洲，从提交的2 3 5 个砖建筑项目中挑选出了3 8 个获奖项目。其中5 个项目成为2 0 0 6 年度欧洲砖建筑大奖。由知名建筑学家、建筑评论家以及上届获奖者组成的国际 性评比委员会评选出的欧洲“砖建筑奖 ，是用来奖励当代欧洲优秀的砖建筑项 目。评比选择内容包括建筑物的外形设计、建筑物的功能、所选用的是烧结砖瓦 材料三个方面。2 0 0 6 年来自全欧洲的3 0 0 多位知名的建筑学家和建筑评论家参加 了欧洲砖建筑奖颁奖大会。维也纳山集团公司，世界上最大的烧结砖瓦生产企业 第二次获得该项殊荣。该公司全部领导层的人员参加了这次颁奖大会。砖瓦产品 生产企业参加评奖，亦是欧美砖建筑奖中最具特色的一项内容，因为每一项获奖 的砖建筑中都有砖产品的制造厂商参与。2 0 0 6 年美国评出的8 项砖建筑获大奖， 每一项奖均有砖的生产制造厂商的参与【4 们。 “洋人 的认识可以带给我们很好的借鉴，以上足以说明在现代建筑中烧结 砖产品仍然占用重要的位置。这是因为： 烧结砖产品可以用来建设低能耗建筑，综合能耗低于其他的墙体材料。 烧结砖使用寿命长，使用寿命长也意味着资源与能源的节约，使用寿命终 结后所残留建筑废料最低，对环境的影响力最小。 烧结砖产品防火性能非常好。 烧结砖产品能够有效减少温室气体的排放，生产中的固体废料、废水的排 放最少，在使用期的突发性事故以及拆毁时不会有任何有害物质产生。 烧结砖建设期间的运输负荷小，使用期内维修费用最低。 烧结砖的建筑物价值保有力最大。 烧结砖产品平衡含水量非常低，具有快速吸水和排水的特性，可以提供舒 适的室内环境。 烧结砖砌体有着良好的密封程度、隔音性能和蓄热性能。 烧结砖能够保持长期的尺寸稳定性。 烧结砖产品在建筑美观设计方面可提供更多的灵活性。 1 4 本文的选题背景和主要研究内容 发改环资 2 0 0 4 1 2 4 9 号“2 0 0 0 年6 月，原国家建材局、建设部、农业部、国土 资源部( 三部一局) 墙改办确定了1 6 0 个大中城市，要求2 0 0 3 年6 月底前，完成 在住宅建设中禁止使用实心黏土砖的目标，2 0 0 1 年6 月，原国家经贸委调整为1 7 0 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 个城市。” 在第一批1 7 0 个城市基本实现禁止使用实心黏土砖的基础上，国家发展改革 委、国土资源部、建设部、农业部以发改环资 2 0 0 5 1 2 6 5 6 号文件发布“第二批禁 止使用实心黏土砖城市名单，包括2 5 6 个城市，要求2 0 0 8 年底之前禁止使用实心 黏土砖。截止2 0 1 0 年底，所有城市城区禁止使用实心黏土砖。 随着国家“禁实”步伐的加快，我们迫切需要寻找一种资源替代粘土。而作 为工业废渣的尾矿如果能加以利用，则不仅可以节约土地资源，还可以保护生态 和环境。本试验所用尾矿取自山东黄金集团有限公司沂南金矿，该矿下辖铜井、 金场、金龙三个矿区，年产尾矿4 0 多万吨，矿区现有尾矿库3 个，占地面积上百 亩且使用期限不超过3 年。利用该尾矿制作建材不仅能节省土地，减轻污染，还 能为金矿企业提高经济效益。为此，我们展开了利用金尾矿制备烧结普通砖的试 验研究。 本论文准备的试验方案：首先通过微观分析，了解原来的结构组成，然后探 索最佳工艺制度，在最佳工艺制度下确定尾矿的最大掺量以及不同种类尾矿的配 合比，接着研究最佳配合比下制品的其他性能( 饱和系数、石灰爆裂、泛霜、冻 融试验等) ，最后对项目进行技术经济分析。 本试验以沂南金矿金龙矿区粗、中、细三种不同的尾矿作为研究对象，主要 的研究内容有：原材料基本性质的研究：x 荧光法分析原料的化学组成；x 衍 射分析法分析原料的矿物组成；筛分法分析原料的颗粒级配等。成型条件的探 索：包括混合料的总量、不同尾矿掺量的混合料的塑性指数、成型压力以及成型 水分。干燥制度的探索：自然干燥和人工干燥与坯体含水率的关系、人工干燥 中不同干燥温度与坯体含水率的关系烧成制度的探索：包括烧成速度、烧成温 度、保温时间、烧结范围，不同烧成温度下制品的x 衍射分析。细尾矿与粘土 配合比试验研究；1 0 0 细尾矿砖的试验研究；细尾矿与中尾矿配合比试验研究 对该项目进行工程应用设想及效益分析，分析其成本及利润等经济指标。 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章原材料及处理 2 1 原材料的基本性质 2 1 1 尾矿 试验采用的尾矿是山东沂南金矿金龙矿区的尾矿。尾矿以矿浆形式排至尾矿 库，经过一段时间，水分逐渐被淋失，形成尾矿砂堆积。由于排矿口的水力分级 作用，尾矿在尾矿库中呈粗中细三种分布。 2 1 1 1 尾矿的化学组成 x 荧光测得尾矿的化学组成如表2 1 。 表2 1 尾矿的化学组成惕 制砖原料中不同化学成分的含量影响着成品的性能 4 2 】，因此，制砖原料配合 料成分的选择，有着十分重要的意义。 ( 1 ) - - 氧化硅( s i 0 2 ) 二氧化硅含量一般在5 0 7 0 。二氧化硅的含量超过7 5 时，焙烧后制品体 积会发生体积膨胀，导致砖的抗折强度大大降低；含量小于3 0 时，制品的抗冻 性能差。另外，s i 0 2 颗粒的大小对制砖也有影响，大颗