浅谈尾矿在汽车行业中的应用

浅谈尾矿在汽车行业中的应用

矿产资源是科技社会不可或缺的原材料，在人类社会的发展中发挥着不可替代的作用。中国95%以上的能源、80%以上的工业资源和70%以上的农业生产手段都来自矿产资源。矿产资源的开采和使用对社会进步产生了巨大的影响，同时也严重污染了环境。据不完全统计，2004年矿产资源开发产生的废物达到约70万吨。这些废弃物不仅占用了大量土地，而且污染、环境破坏和生态环境。从另一个角度来看，尾矿是含有大量有用成分的临时废物。它具有很高的使用价值，但受到技术条件的限制，不能充分利用。现在世界各国非常重视废物的开发。发达国家为废物的全球利用投入了大量人力和物力资源。特别是在利用废物生产建筑材料方面取得了巨大成功。1混凝土及青路面材料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,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Yagi和Seichi等将尾矿与10%硅藻土混合成型,并在1150℃煅烧,研制出轻质骨料,其密度为1.77g/cm3,抗压强度8.33MPa.我国对尾矿资源化也比较重视,在“中国21世纪议程”中,已将尾矿的开发利用,作为今后支持发展的内容之一.近一二十年来,我国在尾矿建材方面也取得了很大的成绩,如山东焦家金矿于1996年投资200万元,引进国外“双免”砖生产技术,建成4条生产线,每年可利用尾矿6万t.但是,与国外相比,我国的尾矿利用起步较晚,技术比较落后.由于我国自然矿产资源中80%为共伴生矿,综合利用的工艺技术存在一些问题,导致不少的矿山资源未能利用,即使利用了,回收率也很低,有相当部分企业的矿产综合利用项目,尚属低层次的原料生产及粗加工利用,其产品档次较低、市场销路有限、经济效益不理想.目前矿产资源的总回收率只能达到30%左右,尾矿综合利用率仅为7%左右,大量的尾矿堆存在了尾矿库中,不仅浪费了人力财力,还造成了环境污染.而且,很多小型矿山没有尾矿库,尾矿直接排入河沟.尾矿中可迁移元素发生化学迁移后,对土壤、水体造成污染,破坏了生态环境.因此,如何对尾矿进行二次利用成为亟待解决的问题,而在尾矿资源化过程中,建材业必将会扮演越来越重要的角色.2尾矿的利用途径尾矿是一种“复合”的矿物原料,它们主要由石英、长石、角闪石、石榴石、辉石以及由其蚀变而成的粘土、云母类铝硅酸盐矿物和方解石、白云石等钙镁碳酸盐矿物组成,化学成分有硅、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,这就为尾矿在建材业的广泛应用提供了前提条件.尾矿可以用来生产墙体材料、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.近年来,研究成果较多的是利用尾矿生产墙体材料,这也是尾矿建材应用的主要发展方向.尾矿如何利用,主要取决于尾矿的化学组成、矿物组成和粒度特征组成以及现有的技术条件.2.1蒸压砖、蒸养砖和复合砖的制备在尾矿资源化利用的研究当中,墙体材料占有很大的比例.传统的墙体材料的原料一直以烧结黏土为主,毁坏了大量的农田.近几年,我国“禁黏”的步伐不断加快,在墙改政策中提出“禁止毁田制砖,保护土地资源,保护生态环境”的口号.目前,研究较多的有尾矿制砖、尾矿制作加气混凝土和混凝土砌块、尾矿生产水泥、利用尾矿制作玻璃制品和陶瓷制品等.2.1.1尾矿制砖.利用尾矿制砖除通常的建筑用砖外,还包括路面砖、墙面装饰用砖等,根据不同的工艺可以分为烧结砖、蒸压砖、蒸养砖和双免砖等.烧结砖属于烧结类建材,是以热力为形成动力的高温生成材料.它对尾矿成分的要求较低,只要尾矿的组成范围符合或者接近产品的设计成份,就可以作为烧结砖的主料或者配料使用.蒸压砖、蒸养砖属于水合型建材,一般的工艺过程是:以细尾砂为主要原料,配入少量的骨料、钙质胶凝材料及外加剂,加入少量的水,均匀搅拌后在压力机上压制成型,脱模后标准养护.根据养护条件的不同又分为蒸压砖、蒸养砖.蒸压砖是经高压蒸汽养护硬化而成的砖;蒸养砖是在常温下经蒸汽养护硬化而成的砖.双免砖即免烧免蒸砖,此类建材属于胶结型建材,成型的原理与前两种有本质的差别,它是靠胶结剂在常温下或者低于100℃环境下结合为一个整体的.但是,由于此类建材强度和耐久性的产生,主要是依靠水泥的水化作用,需要保持一定的温度和湿度.因此,在养护阶段有时需要采用湿热养护的方法,这种养护方式分为蒸汽养护和蒸压养护,从这一点看,这种建材制品并不是完全不用蒸养;同样,蒸压砖和蒸养砖的原料当中有时也会加入少量的胶结材料以增加产品的强度,因此,这几种产品并没有严格的区分.高文元等利用粉煤灰、水淬矿渣和电石渣等工业废渣,生产蒸压灰砂砖的试验研究,确定出如下的生产配方:砂子20%、电石渣8%、水淬矿渣35%、粉煤灰25%、石灰10%、石膏2%,利用该配方在山西临汾某砖厂进行工业化生产的蒸压砖,外形规整、色泽淡雅,抗折强度均达到5MPa以上,各项理化性能均符合国家标准的要求.郭建明等利用自燃煤矸石、粉煤灰为主要原料,加入生石灰粉和生石膏粉按图1的工艺流程制备出双免砖,自燃煤矸石与粉煤灰含量达80%以上,具有利废率高、质优价廉的优点,其性能完全符合一等品及优等品的各项技术指标.2.1.2尾矿制备加气混凝土和混凝土空心砌块.目前生产的此类产品多属于水合型建材和胶结型建材,其硬化原理同尾矿砖基本相同.加气混凝土是内部均匀分布着微小气泡的轻质混凝土,是硅质材料和钙质材料加入适量的水和发气剂以及其它附加剂,经养护制成的新型建筑材料.王砚等对程潮铁矿尾矿进行了分析,发现SiO2含量较低,石英含量较少,石膏含量较高,决定加入水泥(425#普通硅酸盐水泥)来提高硅质材料的含量,钙质材料采用石灰(有效CaO=85.0%);经试验验证,所用最佳配比为:外加硅质材料11%～20%,钙质材料与硅质材料之比为3∶7,铝粉用量为0.8‰;制备出的加气混凝土,其平均抗压强度约为3.5MPa,符合国家标准要求.基本工艺流程如图2所示.尾矿混凝土砌块的制备工艺同普通混凝土制备工艺相同,只是混凝土的粗细骨料都是利用尾矿,其粒径不超过15mm,可采用破碎的废石渣,也可以选用一部分石渣与尾矿砂配合,形成连续级配.张金青对北京附近某铁矿矿山围岩碎石以及尾矿进行了性能检测证明,该矿山的碎石和尾矿可以用作混凝土的粗细骨料,但在设计配比时需要提高水泥用量.选用的砌块配合比见表1,经28d自然养护后作常规检测.结果表明,两种配方的抗压强度都达到了设计值,尾矿在配料中量的变化明显影响着最终制品的抗压性能.2.2烧石英尾矿的工艺流程尾矿水泥就是在水泥配料中引入大量的尾矿,按照正常的水泥生产工艺,生产符合国家标准的水泥,属于烧结类建材.由于尾矿一般已经经过一定程度的磨细,也可以与正常的生产工艺有所不同,可以采用的工艺流程如图3.一般来说,低硅尾矿比较适合生产水泥,因为石英含量高会导致大量使用校正原料,达不到大量使用废物的目的.尾矿用来制作何种类型的水泥,取决于尾矿的成分特点和工艺条件.河南省香山水泥集团用铅锌尾矿渣代替硫酸渣,用烧石英尾矿代替粘土进行配料,配料方案为:石灰石90%、烧石英尾矿6.5%、铅锌尾矿渣2.0%、粉煤灰1.5%,制备的水泥经试验证明是符合国家标准要求的,仅材料费2003年就可节省25万元,经济效益显著.2.3密云县某铁尾矿微量元素地球化学由于尾矿是一个复杂的、多组分体系,完全可以用来生产对透明度要求不高的玻璃建材制品,比如有色玻璃装饰板、微晶玻璃装饰板、玻璃马赛克等;目前,研究较多的是利用尾矿生产微晶玻璃和玻璃马赛克等.田英良等分析了北京市密云县某铁尾矿成分,发现其成分主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3,并含一定量的CaO、MgO、Na2O、K2O.且含铁量高,决定在铁尾矿中添加适量的CaO、MgO,使之形成CaO—MgO—Al2O3—SiO2系微晶玻璃;加入少量硫磺使部分铁转化成硫化亚铁,有助于晶化.采用图4的工艺流程制备微晶玻璃,铁尾矿的含量达到了60%以上,成品的抗折强度为50.2MPa,显微硬度平均值为675.4,而大理石和花岗岩的抗折强度只有17～19MPa,显微硬度平均值为153.6,因此,该研究为铁尾矿资源化利用提供了一条比较好的途径.2.4尾矿tfe的用量及用量建筑陶瓷种类很多,根据化学组成可以分为钙质陶瓷和镁质陶瓷,尾矿建筑陶瓷大多为钙镁质陶瓷.由于组成尾矿的常见造岩矿物,大都具备作为陶瓷坯体瘠性原料或熔剂原料的基础条件.因此,只要针对不同的生产工艺和产品进行合理的设计就能够制出性能较好的陶瓷.张金龙对焦家金矿进行了分析,发现SiO2含量较高,Al2O3、Na2O、K2O含量一般,铁硫严重超标,如果尾矿用于制备白色陶瓷,质量会受到影响,因此,决定首先去除有害元素,采用的方法为:螺旋溜槽分级(重选)→(弱+强)磁选→浮选.经处理后得到的长石粉原料,可以进行一次快烧实验,采用的流程见图5.试验结果表明,尾矿TFe在0.53%以下,用量在45%时,坯体和釉面正常,可在工业生产中应用.经过经济分析,年实现所得税总额预计可达1898万元.2.5尾矿作建筑骨料尾矿在建材业还有很多的用途,比如制作耐火材料、制作无机人造大理石、用作混凝土骨料和建筑用砂以及用于铺筑路基等等.陈家珑对北京地区的尾矿进行了检验,证明绝大多数尾矿制成的人工砂材料性质是合格的,因此,只要制定合适的生产工艺就可以取代天然砂石用来配制混凝土.我国马鞍山铁矿利用粗粒级尾砂作硅骨料,尾矿中不含云母、硫酸盐、硫化物、有机物、粘土、淤泥等有害杂质,其抗拉强度、抗渗性、收缩性、抗疲劳、弹性模量及与钢筋的粘接力均符合国家有关骨料技术标准要求,具有较好的经济效益,因此尾矿用作建筑骨料潜力极大.3尾矿建材业低碳排放,且经济效益高尾矿在建材业上的应用可谓各式各样,这主要是由于不同地区的尾矿成分不同造成的.各个矿区经过理论推导和实验验证,选择适合自己的最佳利用方案.就目前我国对尾矿的利用情况来看,大部分是对有用元素的提取回收,或者作为砂石的替代品,高档次建材制品由于成本较高,还难以形成规模,处于试验室阶段,无法得到推广,与传统的建材制品难以形成竞争优势.但是,由于尾矿建材业是对资源的二次利用.一方面,减少了资源浪费,变废为宝;另一方面,减轻了对环境的污染,是人类实现可持续发展所必须做出的努力方向.因此,尾矿建材业有着广阔的发展前景.2000年专利信息表明尾矿利用涉及建材业的有33条,而20世纪80年代还是空白,说明我国尾矿建材业呈加速发展的趋势,应用范围越来越广.4尾矿建设的政策和资金支持(1)提高尾矿的资源意识.国家和矿山企业应当意识到尾矿资源化的重要性,特别是矿山企业应当有长远的打算,把无尾工艺作为自己的发展目标,这也是采矿业实现可持续发展的必由之路.(2)完善相关的法律法规,加强政策扶持.由于尾矿建材业的飞速发展,旧的法律法规已经不