铁尾矿制砖

    一、铁尾矿制作免烧砖     马鞍山矿山研究院采用齐大山、歪头山铁矿的尾矿，成功地制成了免烧砖，这种免烧墙体砖是以细尾砂（SiO₂＞70%）为主要原料，配入少量骨料、钙质胶凝材料及外加剂，加入适量的水，均匀搅拌后在60t的压力机上以19.6～114.7MPa的压力下模压成型，脱模后经标准养护（自然养护）28天，成为成品，工艺流程见图1。齐大山、歪头山两种尾矿砖经测试，各项指标均达到国家建材局颁布的《非烧结黏土砖技术条件》规定的100号标准砖的要求。

图1  尾矿免烧砖生产工艺流程      大连理工大学与鞍钢大孤山铁矿协作，利用铁尾矿和石灰为主要的原料，加入适量改性材料及外加剂，研制成的蒸养尾矿砖，物理学性能都比较好，其标号可以达到100号以上标准砖的要求。      梅山铁矿选矿厂利用梅山尾矿加入一些中砂（矿：砂=3：1），再加入3%水泥，8%～10%水和2%～3%的F-1外加剂，制成240mm×115mm×53mm的标准砖样，然后进行抗折、抗压强度和耐火性能等多项测试。主要技术指标均达到《非烧结黏土砖技术条件》的要求，标号可达75号以上。     二、铁尾矿制作墙、地面装饰砖     马鞍山矿山研究院利用齐大山和歪头山铁矿的细粒尾矿，加入少量的无机胶凝材料、普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥和适量的水，经均匀混合、搅拌后，采用二层（基层、面层）做法，加工成装饰面砖，其生产工艺见图2。产品经测试证明，其抗压强度平均为19.6MPa，抗折强度为5.0MPa，耐碱性、耐腐蚀性均较强。铁尾矿制作装饰面砖，工艺简单，原料成本低，物理性能好，表面光洁、美观，装饰效果相当于其他和类装饰面砖（如水泥地面砖、陶瓷釉面砖）。

图2装饰面砖生产工艺流程     同济大学与马钢姑山铁矿合作，利用粒度为0.15mm以下的尾矿粉为主要原料，掺入10%～15%的生石灰粉，压制成各种规格和外形的砌墙筑清水墙。如采用硅酸盐水泥作胶合料，则效果更佳，可进一步简化工艺。生产的装饰面砖，更适合作外墙贴面砖，也可在已制成砖的表现采用不饱和聚酯树脂处理，调入不同色彩的颜料，做成单色或仿天然大理石花纹的彩色光滑面砖，也可不加任何颜料，单用树脂或其他涂料做成深褐色的光面砖，可代替普通瓷砖、人造大理石等作室内装饰用。采用常压蒸汽养护处理的尾矿砖，测其抗压强度为12.4MPa，抗折强度为3.0MPa。当混合料中加入适量的粉煤灰及少量石膏后，强度可提高到20.0MPa以上。而且，经测试该种尾矿砖还是一种能耐大气作用的材料。     三、铁尾矿制作机压灰砂砖      金岭铁矿选矿厂结合矿山的特点，利用尾矿生产机压灰砂砖，该砖是以铁尾矿为主，加入适量水泥，经干搅拌均匀，再加入少量粘结材料进行碾压，提高其表面活性，经压砖机压制成型后，自然养护而成。该工艺流程简单，不用火烧，不用蒸养，既节约能源（每万块砖比黏土砖节约标煤约0.16t），又无污染，所生产的灰砂砖尺寸准确，棱角分明，外观齐整，砖体平直，可节省抹面灰浆用量，提高功效，降低造价。该矿于1989年10月建成了生产线，生产的灰砂砖经测试，各项物理性能指标均达到机压灰砂砖100号标准的技术要求。       四、铁尾矿制作碳化尾矿砖       玉泉岭铁矿从1986年研制利用尾矿做碳化尾矿砖，已经取得成果。碳化尾矿砖，是以尾矿砂和石灰为原料，经坯料制备，压制成型，利用石灰窑废气二氧化碳（CO₂）进行碳化而成的砌体材料。     （一）原理       碳化灰砂砖的半成品系在生石灰水化硬固作用下，首先生成氢氧化钙结晶，再利用石灰窑废气二氧化碳（CO₂）进行碳化，最后生成碳酸钙晶体（CaCO₃），结合水从水化物中蒸发，制品获得最终的碳化强度。其化学反应过程如下： CaO＋H₂O→Ca（OH）₂Ca（OH）₂＋nH₂O＋CO₂→CaCO₃＋（n＋1）H₂O       （二）工艺       将80%～85%的尾矿砂与15%～20%的生石灰粉按比例配合，加水9%左右搅拌溶解，然后，用八孔压砖机成型，入窑前烘干或自然干燥，含水率4%以下，再进入隧道窑进行碳化，碳化的二氧化碳含量20%～40%，碳化的深度60%以上，出窑后即可得成品。       这种砖生产工艺简单，机器设备土样皆可，不存在难以掌握的技术问题，凡是有尾矿砂和石灰岩处，均可大量生产。    五、蛇纹石釉面砖、瓦     威海市铁铁排放的尾矿主要是蛇纹石矿渣，年排放量为10万～15万t，为解决蛇纹石矿渣的综合利用，1987年5月至7月进行了蛇纹石矿渣釉面砖制作工艺可行性试验。蛇纹古矿渣的主要矿物成分为蛇纹石、橄榄石、透辉石、透闪石、角闪石等硅酸盐类矿物。其磨矿粒度细而均匀，一般为－0.256mm，含量为85%，就其矿渣的矿物成分、化学成分、粒度等物理化学特性而言，可直接用于制作砖、瓦等普通民用建筑饰面材料的主要原料。     （一）蛇纹石矿渣釉面砖、瓦制作原理     蛇纹石矿渣釉面砖、瓦制作原理主要是根据其矿物的熔融－结晶特性。矿物由固相转化成固液相的高温熔融过程中，物料中各分子间的斥力增加，分子间键的结合力减小；而由固液相转化成固相的结晶过程中，物料中分子间的吸引力增加，分子间键的结合力增强。以富含SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₃O₄为化学特征的蛇纹石矿渣釉面砖瓦型坯，经高温熔融结晶，完成固相→固液相→固相的物理化学反应过程，使其物料分子间的结合力增强，导致烧成的砖瓦在硬度、强度、耐蚀性、浸水性等方面发生变化，改善了原有的各种物理性能。     （二）制作工艺     蛇纹石矿渣釉面砖、瓦的主要制作工艺是：原料配备、毛坯成型、釉面加工、热气干燥、熔融结晶。     原料配备：主要根据矿渣化学成分及物理特征，制备出高于普通砖瓦耐火度及细度的制坯原料。制坯原料一般应满足下列要求：化学成分为SiO₂60%～70%、Al₂O₃10%～25%、CaO＋MgO0～25%、Fe₃O₄3%～15%，粒度大于0.25mm的占22%，0.25～0.05mm的占40%，0.05～0.005mm的占45%，小于0.005mm的占12%。可塑性指数小于7（按液限塑限），干燥线收缩小于12%，烧成线收缩小于8%。     毛坯成型：制备好的原料经搅泥机调配成可塑状，并切割成坯料，将坯料送入模具用压力压制成毛坯送干燥室干燥。     釉面加工：近干毛坯经表面光洁度处理后，喷涂釉料，即根据需要喷涂基釉、彩釉等。经干燥室热气干燥，使其水分含量低于1%后窑。     熔融结晶：干燥好的毛坯入窑，一般采用耐火材料特制多孔窑、隧道窑等。第0～14h可平均每小时升温50℃，第14～20h可平均每小时升温30℃，恒温浇至25～28h，窑内温度达1000～1050℃，物料呈固熔态时，停火4～6h，降温结晶。     这种釉面砖制作工艺简单，原料广泛，成本低廉，具有广阔的利用前景。     六、三免尾矿砖     鞍钢以铁矿尾矿粉为主要原料制作出免压、免蒸、免烧的三免尾矿砖，这种砖经测试完全符合JC153－75MU10标准的要求，已通过省级技术鉴定。     （一）主要原料及质量要求     该砖的主要原材料是以铁尾矿粉为主要材料，石灰为固化剂，水泥为黏结剂。     铁尾矿粉：鞍山地区三烧选矿厂生产的铁尾矿，其化学成分、物理性质及颗粒级配见表1、表2。密度为2.85g/cm³，堆积密度为1480kg/m³，含泥量不大于3%，含水量不大于2%。 表1  铁尾矿粉化学成分

化学成分	SiO2	FeO	MgO	Al2O3	CaO	FeCO3	S	P	烧矢量	其他
质量分数/%	70.53	4.07	2.74	1.06	2.44	8.17	0.1	0.033	3.68	3.11

 表2  铁尾矿粉颗粒级配

筛孔尺寸/mm	0.6	0.4	0.3	0.15	0.1	0.08	＋0.076	－0.076
分计筛余/%	0.26	1.6	9.0	33.8	26.5	0.43	10.01	18.41

     石灰：生石灰粉为固化剂，其有效CaO含量不小于65%，松散容重为1100kg/m³，其颗粒级配见表3。其合适的掺量为10%～20%。 表3  生石灰粉的颗粒级配

筛孔尺寸/mm	0.6	0.3	0.08	＋0.076	－0.076
分计筛余/%	14.6	27	25.6	0.25	32.51

     掺合料粉煤灰：粉煤灰是来自广泛的工业废渣，其密度为2.2g/cm³，松散容重为1000kg/m³、细度0.08mm方孔筛的筛余不大于8%，烧失量不大于7%，三氧化硫含量不大于3%。化学成分见表4。其合适的掺量为15%左右。 表4  粉煤灰化学成分

化学成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	S
质量分数/%	48.74	35.76	5.30	3.06	1.19	0.26

        激发剂与复合外加剂：激发剂为半水石膏（CaSO₄·1/2H₂O），复合外加剂为自配的K剂。其掺量为0.5%～1.0%为宜。     水泥；325号或425号硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥均可。其掺量由造价控制，一般水泥掺量不大于15%。     （二）机理     实现尾矿粉砖免压，免蒸，免烧，必须以其原料在常温下形成硅酸盐、铝酸盐及水化硫铝酸盐水化物为前提。经光衍射分析表明：砖坯中含有较多C－S－H托勃莫来石凝胶或晶体，并有少量水化硫铝酸钙针状晶体存在。因为制砖中加入的复合外加剂为一种高效的表面活性剂，分散、吸附效应使水泥水化点增加，改善了水泥、石灰、尾矿粉、粉煤灰微粒的界面状况，水化反应得以加速，并在常温下硬化产生相当的强度。水泥水化产生的Ca(OH)₂进一步与尾矿粉、粉煤灰中活性Al₂O₃、SiO₂反应，形成低碱性硅酸盐、铝酸盐水化物，促使砖坯结构致密、强度提高。     （三）工艺过程     主要包括配料、搅拌、陈化、成型、养护     按尾矿粉∶水泥∶粉煤灰∶石灰＝6∶1.5∶1.5∶1或∶7∶1∶1∶1的比例配料，再加入激发剂（石膏），干拌均匀。将水和K剂加入，人工搅拌均匀。其中用水量一般为尾矿粉重的20%～30%。搅拌后静置20～30min，陈化后装入模具，抹平表面，24h后拆模，在空气或水中养护一个月即可。在水中其强度要比在空气中高约20%～30%。     利用该工艺制砖可大量应用工业废渣，有利于开辟材料资源、节约能源，成本比现有灰渣砖降低近10%。     七、玻化砖     北京科技大学进行了利用大庙钒钛磁铁矿型尾矿制作玻化砖的试验研究，利用大庙铁矿的全尾矿制成了各项性能指标均符合商品玻化硅化要求的实验室制品。     （一）原料     大庙铁矿尾矿：主要矿物为斜长石、辉石、绿泥石、绿帘石等脉石矿物。将尾矿磨细后做化学分析，其结果见表5。  表5  尾矿化学分析结果

化学成分	Fe2O3＋FeO	Al2O3	MgO	K2O	Na2O	CaO	TiO2	P2O5	MnO	SiO2
质量分数/%	16.48	16.26	3.62	1.02	3.02	6.79	4.28	0.62	0.15	43.02

     黏土：主要矿物成分为蒙脱石，化学成分如下：SiO₂68.04%、Al₂O₃16.46%、K₂O0.22%、Na₂O2.31%、CaO0.29%、MgO6.20%、Fe₂O₃，烧失量5.92。其掺入量为10%。     （二）工艺过程     将尾矿按一定比例与黏土混合，混合物料磨至－0.043mm不小于98%，再将烘干后的物料加入5%水造粒，将此粒料在38MPa压力下制成圆柱体温坯，然后在1145～1150℃煅烧，烧成的试样经抛光后即可得咖啡色玻化砖，经检测，其各项性能指标均符合商品玻化砖的要求。     如在还原气氛下煅烧，即把砖坯与木炭粉放入同一匣钵中，密封起来，而砖坯与炭粉不直接接触，否则与炭粉直接接触的部分磁铁矿被还原成氧化亚铁和金属铁而发生熔流现象。结果得到的是黑色坯体，抛光后具有亮黑颜色。     大庙铁矿的原尾矿可以制成质量符合商品玻化砖标准的咖啡色玻化砖和黑色坡化砖。从生坯强度和烧成温度范围看，可以进行扩大实验和工业实验。