铁尾矿固结合成双免墙体材料强度与失水特性研究

圆园19年第17卷铁尾矿固结合成双免墙体材料强度与失水特性研究

邵雁1,宋自新1,郭华军1,朱飞1,陈堃1,杜德军1,王豪杰2,夏成功2，董祎挈

2

（1中冶南方都市环保工程技术股份有限公司

湖北武汉430071

2武汉大学

湖北武汉

430079

）摘要：针对尾矿资源化利用率低，传统充填处理方式具有较大的安全隐患的问题，本文介绍了采用

H4型固结剂固结铁尾矿，并通过所研发的工艺流程制作双免砖，通过无侧限抗压试验可知，尾矿为原料所制作的墙体材料的抗压强度均远超国家空心砖、实心砖相关标准，力学强度效果较好。关键词：铁尾矿；双免砖；抗压强度；失水率

0引言

我国金属矿产资源极为丰富，据统计，全国

现有重金属尾矿库约7800余座，以铁矿为例，每年开采的铁矿石所炼成的钢铁达数亿吨，同时会产生大量的铁尾矿[1]

。国内对铁尾矿大都采用充填的方式处理，即在尾矿中加入一定量的固化剂，搅拌均匀后充填至矿山采空区，受到外界温度、水流侵蚀等影响，尾矿固结体的强度会随时间的延长发生变化，采空区极易发生倾覆塌陷等事故，对生产安全造成严重威胁[2]。

许多科学工作者[3~5]尝试采用尾矿干堆技术等相关方法对传统尾矿处理技术进行改良，同时科学家们还尝试改变固化剂的种类，研发适合于不同尾矿的胶结剂，以求达到高的固结强度与较高的稳定性、安全性。综合上述研究结果可知，国内外对尾矿资源化利用的相关研究相对较少。

本文采用自主研发的尾矿胶凝材料，对铁尾矿进行改良固化，并采用高压成型的方式，在免烧免蒸的条件下制备墙体材料，采用无侧限抗压实验测定其抗压特性，检测其含水率，对比国家相关技术标准，评价不同合成配比下双免砖的强度指标。

1试验材料与方法

1.1试验材料

试验所用尾矿取自山东鲁中矿业公司本部，取样地点为尾矿库充填站。取样时，将试样装入

50L 塑料桶中，密封保存。由表观形态可见，尾

矿呈红褐色，属流态状物质，静置后发生明显分层，去除上层清液后，取下层尾矿开展试验，初始含水率如表1所示。

试验所用固化剂为自主研发的H4系列固化剂，是一种以工业废渣为主要原料的一种新型灰渣胶凝材料，为灰色粉末状，主要成分有矿渣、熟料、石膏等，配以一定量的活化剂和激发剂混合粉磨制成，本实验所用胶结剂初凝时间5~60min ，终凝时间10~600min 。1.2试验方法

将本部尾矿进行干燥处理，在室外进行自然晾干使其含水率降到15%以下，再将晾干的尾矿进行搅拌混匀，使得最终的尾砂与固化剂、碎石和水有一个比较好的混合状态，避免有大颗粒状的尾砂存在制得的砖块中，影响墙体材料的强度。墙体材料的配合比见表2所示。

称量试验所需要的原料，按尾砂、碎石、粉煤灰、固化剂和水的先后顺序按照配合比将这些原料倒入砂浆搅拌机中。将尾砂、碎石和固化剂倒入搅拌机中慢搅1min ，将干基的物质混合均匀后再外加水慢搅2min 。

称取相应质量的混合物加入Φ10×6cm 模具中，在压力机上成型并脱膜，成型压力160kN ，

类型第一次第二次第三次平均尾矿

47.65

49.33

48.21

48.37

表1

尾矿原始含水率

/%

应用技术

92

圆园19年第8期

（DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS

）表3

本部尾矿化学成分组成

化学成分

SiO 2

Fe 2O 3MgO

CaO

Al 2O 3SO 3K 2O Na 2O 其它含量

/%

30.0426.3415.7114.368.29

1.78

0.85

0.54

20.9

/%

1000

100

10

1

246810BB

直径/μm

图1本部尾矿粒径分布表2

配合比（干基）

系列本部尾砂破碎碎石

固化剂粉煤灰

水A157301313A250381212A35027131013A444451111A54330121513A6

30

55

15

9

/%

控制加荷速度在5~7kN/s ，重复上述操作每组做6个试块。采用常温自然保湿养护工艺，将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下（温度为20±2℃，相对湿度在90%以上）养护，待到养护龄期，进行性能检测。墙体材料养护到了3d 、7d 和28d 时，对试块进行抗压强度性能测试中的微观结构、化学键及化学元素等的组成。

2试验结果与讨论

2.1尾矿的理化性质

本部尾矿粒径分布详见图1，化学成分组成详见表3。

本部尾矿的粒径分布如图1，化学成分组成如表3所示。可以看出，本部尾矿的粒径主要分布于10~00μm 之间，其中平均粒径D50为22.47μm ，颗粒组成较细。颗粒细度将直接决定墙

体材料强度，平均粒径越低，相同固化剂固化条件下，所合成的墙体材料抗压强度越差。本部尾矿化学成分中，SiO 2与Fe 2O 3的含量较多，可见通过冶炼后，铁尾矿中仍然还有大量的铁系物质，

还有二次提炼的空间，CaO 的含量仅占尾矿总量的14.36%，而试验使用固化剂属钙系材料，增加钙系物质含量有助于墙体材料抗压强度的增强。2.2墙体材料无侧限抗压强度

表4中的数据每个养护期都有两个平行样，先将两个平行样取平均值如表5所示。

应用技术

组数

组号重量/g 养护时间

/d

压力/kN 抗压强度/MPa A1A1-11085353.84 6.86A1-21084352.96 6.74A1-31105761.927.88A1-41116763.898.13A1-510992894.7812.07A1-611022872.869.28A2

A2-11235354.23 6.90A2-2

1107357.037.26A2-31110770.268.95A2-41107774.569.49A2-511132874.849.53A2-611282883.4010.62A3

A3-11116351.21 6.52A3-2

1101359.317.55A3-31100791.7511.68A3-41099788.1611.22A3-5109928101.5012.92A3-6

109928114.1514.53A4

A4-11101364.998.27A4-2

1107357.027.26A4-31104793.1311.86A4-41118785.3010.86A4-5112228121.6315.49A4-6113528113.4614.45A5

A5-1

1111355.107.02A5-21101361.377.81A5-31077790.8711.57A5-4

1082

7

96.60

12.30

表4

免烧砖抗压强度数据记录表

93