冶金企业固体废物在建材中的应用-利用梅山铁矿尾矿制砖研究

尹洪峰  何廷树  任耘  谢建宏

西安建筑科技大学材料科学与工程学院

    摘  要 我国选矿尾矿年排放量已达6亿吨，但其资源利用率仅有7%左右，而尾矿的性质与建材的要求非常相近，因此，利用尾矿生产建筑材料是污染减量直至实现零排放的最有效途径。论文对梅山铁矿尾矿进行了制备免烧砖及烧成砖的研究，具有重要的指导意义和实用价值。
    关键词 固体废物  尾矿制砖

    我国的矿石储量和开采量都很大，但因矿石的品位普遍较低，特别是开采量最大的铁矿石，95%以上是贫矿，需经过加工后才能进入高炉，所以产生了大量铁矿尾矿。我国铁矿尾矿具有数量大、粒度小、类型繁多、性质复杂的特点。目前，我国堆存铁矿尾矿达几十亿吨，占金属矿山尾矿堆存总量的近1/3。排弃的大量尾矿，占用了大量土地、污染了环境、浪费了大量宝贵资源，同时花费了大量尾矿库建设资金。因此，针对尾矿进行开发应用研究，充分利用这一资源具有非常重要的意义。
    尾矿的综合利用原则应立足于能大量消耗尾矿、利用较彻底、产品销路广、能耗低和生产工艺简单。根据铁矿尾矿的理化性质，利用铁矿尾矿制造各种建筑用砖就是大量利用尾矿的一种有效途径。
1 梅山铁矿尾矿的理化性能
    梅山铁矿尾矿理化性能见表1~表4。

    由上面数据可见，梅山尾矿含铁量较高，氧化硅和氧化铝总和与其它尾矿相比偏低，同时含有较高的氧化钙和氧化镁。这样一个特点决定了该尾矿用于制备蒸养砖氧化硅含量偏低，而制备烧成砖，由于建筑用砖的烧成温度比较接近尾矿中碳酸盐（铁白云石和方解石）分解温度，为此可能存在氧化钙和氧化镁对烧成砖抗石灰爆裂性的影响。另外，尾矿与一般建筑用粘土相比密度偏高，尾矿粒度较细对成型会有一定影响。由于尾矿中含有一定量的粘土，所以具有较好的可塑性和结合性。带着这些利与弊，我们进行了蒸氧制砖和烧成制砖的研究。
2 制砖结果与分析
2.2.1 免烧砖的制备与实验结果
    免烧砖制备工艺如下：
    尾矿细化→配料（尾矿+粉煤灰+水泥）→混练（粉料+水+高效减水剂+激发剂）→压制成型→室温自然养护24小时→80℃蒸养8小时→成品→检验。
    实验结果见表5。

    由上表可见，当水泥含量达到10%时，抗压强度可达到MU10建筑用砖的强度要求。
2.2.2 烧成砖的制备与实验结果
    研究了配料组成、成型压力和烧成温度对烧成制品性能的影响。配料组成见表6。实验结果见表7、表8。
由上面结果可见当尾矿利用率在80%以上时即可制得烧成品强度满足建筑用砖在MU10以上标号的强度要求。但尾矿烧成品体积密度、气孔率和吸水率高于普通建筑粘土烧结砖。随着烧成温度的提高，烧成品的抗压强度提高。在1150℃可以制得强度高于MU30强度指标的烧成品，1100℃可以制得强度高于MU25强度指标的烧成品，1000℃可以制得强度高于MU15强度指标的烧成品。通过调整烧成温度和成型压力可以达到调节烧成品强度的目的，并且同时调整烧成温度和成型压力对烧成品强度的影响更大，见表8。

    S3组配料烧成品强度随烧成温度的变化与其它两组不同，其它两组强度随烧成温度的提高而提高；而S3当烧成温度高大1150℃时强度有所降低，这是由于在该温度下，烧成品出现较长的裂纹，影响抗压强度，开裂原因有待进一步研究。
    由于梅山地处江苏省，属非严重风化区；同时由于该地区平均气温较高，最低温度很少低于零下10度，为此可以不进行冷冻试验检验。
    由于原料中含有较高的方解石和铁白云石，在低于烧成温度已发生分解，游离氧化钙和氧化镁可能对烧成品的抗石灰爆裂性能产生影响。为此对烧成品进行X-射线衍射分析，结果见图1和图2。由图可见在1000℃已没有方解石和铁白云石，说明已发生分解，同时未见方镁石。氧化镁和氧化钙与氧化硅发生反应生成透辉石。1000℃烧成品两个星期浸泡试验，试样没有任何变化。因此不论从物相组成还是浸泡实验，均说明烧成品抗石灰爆裂性能良好。

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3 结论
    利用梅山铁矿尾矿进行了制备免烧砖和烧成砖的研究，研究了配料组成、成型压力以及烧成温度对制品性能的影响，结论如下：（1）利用尾矿借助于蒸养可以得到强度满足MU10强度指标的免烧砖；（2）烧成制品尾矿利用率大于80%；（3）通过调整烧成温度、成型压力和组成可以得到符合烧结砖系列标号强度指标的烧成品；（4）1000~1150℃随烧成温度的变化烧成品的颜色有朱红到淡红到棕红；（5）由于在烧成时生成透辉石，氧化钙和氧化镁不会对烧成制品的抗石灰爆裂性造成不利影响。（6）烧成制品的体积密度、气孔率和吸水率与粘土烧结砖相比偏高。