唐山地区铁矿尾矿综合利用研究

唐山地区铁矿尾矿综合利用研究

近年来，随着我国钢铁产业的快速发展，铁矿排放量逐年增加，污水矿已成为影响环境最严重的工业废物之一。唐山市作为我国钢铁工业基地之一,铁尾矿累计堆存已达2亿t以上。其中,遵化市每年排放尾矿595.1万t,迁西县年排放尾矿639.6万t,迁安市累计排放尾矿6786.7万t,滦县年排放尾矿117万t。这些铁尾矿基本上没有利用,多以自然堆积法储存于尾矿库中,由于占用耕地,污染环境,又需耗巨资输送和建库存放,如何对铁尾矿进行综合利用,已成为亟待解决的问题。本研究在分析铁尾矿各项性能指标的基础上,利用其代替粘土,再掺配适量增塑剂,成功地研制出蒸压砖。1由蒸汽压尾矿砖制成1.1多元素地球化学唐山地区铁矿属前震旦纪鞍山式沉积变质铁矿,鞍山式铁矿石的矿床类型属前震旦纪沉积变质型磁铁石英岩和赤铁石英岩。矿石呈条带状的贫铁矿,一般含铁量为30%左右。其主要金属矿物为磁铁矿、赤铁矿和假象赤铁矿,主要的脉石矿物有石英,其次为绿泥石、方解石和角闪石。鞍山式铁矿尾矿的化学成分比较简单,化学成分中SiO2达65%~75%,TFe8%~14%,属高硅型尾矿。本试验所采用的铁尾矿采自唐钢石人沟铁矿,分析测定了其各种理化性能。各项指标结果:堆积密度ρ=1.56×103kg/m3,含水率5.3%,含泥量3.9%,内照射参数IRa=0.8,外照射参数Ir=0.6。当建筑主体材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.0时,其产销与适用范围不受限制。铁尾矿多元素主要化学分析结果见表1,铁尾矿颗粒级配见表2。根据有关资料,生产建筑制品对原料化学成份的要求:SiO2>60%,Al2O3>15%,Fe2O3<15%,MgO<5%,Na2O、K2O<2.5%,SO2<4%。本试验采用的唐山地区铁尾矿中除了Al2O3偏低以外,其它成份均符合上述要求,尤其是SiO2的含量较高。所以,本试验选用唐山铁尾矿是制作尾矿砖比较理想的原料。国内外研究和应用证明,尾矿中存在着一些矿物胶体,它们具有一定的电性、吸收性和巨大的表面能。在碱性激发下,这种胶体物质可与水泥浆的水化产物产生离子交换,形成新的凝聚体。这些凝聚体都是依靠比较强的化学键结合而成的网状结构。同时由于建筑制品是在一定的压力下成型,水泥颗粒与矿物之间接触面有紧密度增大,加水化反应,使之强有力地胶凝石英颗粒和其它物质。根据研究表明,水泥在水化过程中与石英颗粒有较紧密的结合,仅次于石灰石和白云石。同时硅质岩型铁尾矿的主要化学成分为SiO2。以无定型形式存在的蛋白石、燧石岩、硅藻土、硅质页岩等,在中性水中的溶解度约1.6×10-6,但在碱性水环境中,可自发地与碱性金属离子发生化合,生成沸石或水化硅酸钙等不溶性矿物。而以结晶形式存在的石英,须在高压水热环境中,方具有这一性质。当此类尾矿受到高温时,其主要的物理化学性状表现为石英的同质多晶转变。在高压下,石英的各种高温变体,虽说在尾矿建材结构中性能差别并不明显,但其相变时的体积效应,却对生产过程起着制约作用。1.2尾矿的水化合成无水或含水少的尾矿矿物,在含水(包括蒸汽)的环境中会发生水化反应,并生成在使用条件下化学性质稳定、具有一定机械强度的含水矿物结合体的过程称为水化合成。由此所制得的建材产品称为水化合成建材。本试验中生产水化合成尾矿砖的尾矿类型为硅质岩型铁尾矿,以本尾矿为原料,添加部分校正材料,经配料、坯料制备、成型、蒸压养护制成尾矿砖。化学成分上,必须满足合成的新生矿物,为常温条件下稳定或长时间保持亚稳状态的矿物。同时,为了将散粒状材料结合成有用的块体,要求其新生相须具有较高的胶结能力。因此,其SiO2含量应尽量地高,一般要求其石英含量不低于70%,当仅靠尾矿难以满足时,可添加一定量的石英砂。2蒸压尾矿砖的制作目前,用于生产这类材料的尾矿,主要是一些石英含量较高的晶态尾矿。同样,本试验所采用铁尾矿也属于此类。由于属于酸性材料,需要加入碱性校正材料。在原料的粒度组成上,这类材料通常不再单独使用粗骨料,而是采用自然级配的尾矿,因而在结构上,也没有明显的骨料与胶结料之分,所有颗粒均参与水化合反应。其强度主要来源,是由于尾矿颗粒与碱性激发剂之间的界面反应所生成的含水硅酸盐凝胶及结晶连生体,胶结了未反应完全的尾矿颗粒。尾矿砖的技术要求,可参照GB11945-89《蒸压灰砂砖》标准,如表3所示,蒸压尾矿砖工艺见图1。利用铁尾矿生产砖类制品,影响产品性能的因素很多,本试验主要针对尾矿用量、水泥用量、粗骨料用量、粉煤灰用量、水用量及外加剂进行了条件试验。其蒸汽养护制度为制品釜前抽真空大约0.5~1h,然后是2.5h升温,8h1.6MPa恒温(约190℃),2.5h降温和制品出釜。原料试块不同配比(固体质量比)与检测结果见表4。从表4可见,采用唐钢石人沟铁矿尾矿试制蒸压尾矿砖,能够达到设计要求。其中尾矿颗粒级配良好,不添加粗骨料及粉煤灰时已能达到较高强度,但水泥用量较高。合理调整配比,加放粗骨料及粉煤灰时,也能达到强度要求,同时减少水泥用量,降低成本。3出辕配合物配比与检测本次试制尾矿砖的设计强度为15和20两种,所用水泥为425#普通水泥,采用振动成型,规格为250mm×250mm×50mm,砖块成型后蒸压养护11h(制品釜前抽真空0.5h,然后是2.5h升温,8h1.6MPa恒温(约190℃)),2.5h降温和制品出釜。作常规检测,配比与检测结果见表5。综上所述,试制的蒸压尾矿砖3种配方的试块常规检测都达到了要求,其它指标也满足要求。表明研究结果重复性好,性能基本稳定。严格操作产品质品还可进一步提高。4提高尾矿的综合利用(1)经过分析与试验,唐山地区铁尾矿符合制作蒸压尾矿砖的原料要求,经过适当配比,可以用来制作蒸压砖,各项指标符合要求。其中,尾矿在原料配比中平均可达到50%以上,大大提高了尾矿的综合利用。在实际应用中,应综合考虑各种因素,既要考虑到提高尾矿利用率,又要使原料成本降低,保证质量。(2)尾矿和废石作为矿山垃圾,其对经济、环境和