尾矿在建材工业中的应用

收稿日期：２００７－０８－１２作者简介：邱媛媛（１９８２—），女，硕士研究生，主要研究方向：固体废物处理与资源化。

金尾矿山尾矿的排放不仅对环境造成严重污染，而且对其矿物成分、化学成分及工艺性能也造成了浪费。

目前我国建筑业处于不断发展中，对建材的需求量有增无减，这无疑为利用尾矿生产建材提供了一个良好契机［１］。

１利用固体废物制砖国家在墙改政策中提出“禁止毁田制砖，保护土地资源，保护生态环境”的口号，并明确指出从２００３年６月３０日起，在１７０个城市禁止生产和使用粘土实心砖，这使传统墙体材料面临着一场深刻的革命。

目前，我国已陆续开展以粉煤灰、煤矸石、铁尾矿等生产墙体材料的研究，研究较多的是蒸养砖、烧结砖和免蒸砖三个类型。

１．１尾矿研制生产蒸养砖鞍钢矿山公司大孤山选矿厂自１９７９年就开始以尾矿为主要原料进行尾矿砖的试验研究，于１９８０年生产出第一批尾矿砖，该砖原料以含铁的尾矿为主，加入适量ＣａＯ活性材料，经一定工艺制得。

这类砖与普通粘土砖相比，表面平整光洁，增大了砌体中的有效承压面，减少了局部应力集中，有利于提高砌体强度，但也因此影响了其与砂浆的粘结力，降低了砌体的抗拉、抗剪强度，使砌体抵抗横向变形能力减小。

实验结果表明，尾矿砖砌体的轴心抗压极限强度高于同条件下普通粘土砖砌体的强度，而且粉煤灰砖砌体的压缩变形小于粘土砖砌体。

因此这项技术受到了许多铁矿山的青睐。

１．２尾矿研制生产烧结砖烧结砖瓦产品是现代建筑不可缺少的一种建筑材料，而现在的烧结砖瓦产品的生产不利于社会的持续发展，怎样有效、合理使用工业废渣替代粘土原料生产烧结砖瓦产品成为当务之急。

抚顺石油化工公司热电厂为保护环境，减少粉煤灰外排与贮存费用，投资建成６０００万块／ａ的粉煤灰烧结砖生产线。

工艺流程大致为：原料混匀、沉化、对辊破碎、成型、尾矿在建材工业中的应用邱媛媛，赵由才（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２）〔摘要〕分析了尾矿资源的特点，以大量事例、数据概述了尾矿资源在建材工业中应用的途径及现状。

尾矿用于建材生产不仅可以实现矿山的可持续发展，而且减少了大量固体废弃物排放所带来的环境污染问题，变废为宝，实现了经济效益和社会效益双丰收。

〔关键词〕固体废物；建材生产；综合利用；经济效益中图分类号：ＴＤ９２６．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４－４３４５（２００８）０１－００３５－０３ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅＳｏｌｉｄＷａｓｔｅｉｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓＱＩＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＯＹｏｕ－ｃａｉ（ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｕｓｅ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｅｔａｌｍｉｎｅｓｏｌｉｄｗａｓｔｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｅｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎ－ｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｍｉｎｅｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｗｉｔｈａｎｕｍｂｅｒｏｆｅｘａｍｐｌｅｓａｎｄｄａｔａ．Ｂｙｕｓｉｎｇｍｅｔａｌｍｉｎｅｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｓｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｎｏｔｏｎｌｙｍｉｎｅｓｃａｎａｃｈｉｅｖｅｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｂｕｔａｌｓｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｒｉｓｉｎｇｆｒｏｍｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｓｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄ，ｗｉｔｈｗａｓｔｅｓｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏｖａｌｕａｂｌｅｓ，ｂｒｉｎｇｉｎｇｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｓｏｃｉａｌｂｅｎｅｆｉｔｓａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ有色冶金设计与研究第２９卷２００８年第１期２月烧结等。

生产出来的烧结砖块具有耐久性好、装饰功能强、永不褪色等特点。

１．３尾矿研制生产免蒸砖尾矿免烧砖生产工艺简单，投资少见效快。

一般工艺过程是：以细尾矿为主要原料，配入少量的骨料、钙质胶凝材料及外加剂，加入适量的水，均匀搅拌后在压力机上模压成型，脱模后标准养护，即成尾矿免烧砖成品。

济南钢铁集团总公司郭店铁矿［２］投资３０万元，采用选矿后的尾矿为主要原料，并配以钢渣粉及少量的水泥，生产出尾矿免烧砖，该砖外观色彩较为鲜艳，装饰效果好，其各项生产技术指标也均能达到普通粘土红砖的技术指标要求。

２利用尾矿生产水泥用尾矿生产水泥是利用尾矿中的某些微量元素影响水泥熟料的形成和矿物的组成，方法主要有２种：（１）利用尾矿砂中含铁量高的特点，以尾矿砂替代常用水泥配方使用的铁粉；（２）用尾矿替代水泥原料的主要成分。

２．１铜铅锌尾矿生产水泥目前国内外利用铅锌尾矿和铜尾矿煅烧水泥的研究比较多，这２种尾矿不仅可以代替部分水泥原料，而且还能起到矿化作用，能够有效提高熟料产量和质量，降低煤耗。

山东省昌乐县特种水泥厂［３］用５．３２％的铜尾矿进行配料后，熟料质量有所提高，能够满足高标号水泥生产要求，吨熟料耗煤比标定指标降低１５．７％，代替复合矿化剂，生产成本降低１２％。

利用铅锌尾矿代替部分原料生产水泥成功应用的例子还有辽宁葫芦岛市林业水泥厂。

生产实践表明，采用铅锌尾矿配料，可以显著改善生料的易烧性，降低熟料的热耗，提高机立窑的产量。

一个年产１０万ｔ的机立窑厂，每年可利用铅锌尾矿１万多ｔ，创经济效益可达１００万元以上。

２．２金尾矿生产水泥山东沂南磊金股份有限公司［４］利用金矿生产出优质的道路水泥和抗硫酸盐水泥。

实践表明，含铝高铁低的金矿尾砂，不仅能生产普通硅酸盐水泥，还适宜生产道路水泥和抗硫酸盐水泥。

据测试，水泥尾矿利用量为３６０～４００ｋｇ／ｔ。

该公司矿山排放尾矿７万ｔ／ａ，建１座年产２０万ｔ的水泥厂恰好用掉当年排放的尾矿。

一期工程年产１０万ｔ水泥生产线于１９９３年建成投产，不仅减少了建尾矿库的占地面积，而且节约了开支，消除了尾矿对环境的污染。

２．３铁矿尾矿砂生产水泥熟料唐山市协兴水泥有限公司［５］经过近１年的攻关，使利用尾矿砂代替粘土和铁矿石生产水泥熟料技术获得成功。

该技术投入生产后，可充分利用废弃尾矿砂，减少环境污染，节约大量粘土和矿山资源，还可使水泥吨熟料成本下降２～３元，熟料２８ｄ抗压强度提高３～５ＭＰａ，使吨综合成本下降１０元以上。

３固体废物用于陶瓷材料利用尾矿研制生产陶瓷打破了以粘土为原料的传统，在有效利用废弃尾矿、减轻环境压力的同时，也使陶瓷性能得到了很大的改善。

但从目前的资料来看，尚没有利用尾矿开展大规模陶瓷工艺生产的生产线，但这方面的研究已广泛开展，主要表现在如下方面。

３．１小范围烧制陶瓷材料用内蒙宁城珍珠岩尾矿为主要原料，以碳酸钙为平衡原料，在成孔剂和粘合剂的配合下，采用烧结法，在１２００℃合成全晶质多孔结构，主要物相是呈片状、板状硅灰石的多孔硅酸钙质陶瓷材料。

和传统陶瓷材料相比，具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、生物相容性好等特点，能广泛应用于各种液体、气体的过滤，在工业用水、生活用水的处理和污水净化等方面也有大量应用的前景。

３．２尾矿陶瓷釉料袁定华［６］早在１９９２年就利用稀土尾矿作为坯釉的主要原料研制青瓷，不仅外观美，而且内在质量也较高。

稀土尾矿的主体高岭石、石英和长石等硅酸盐矿物都是成瓷需要的矿物化学成分。

尾矿中尚含有多种微量稀土，可利用其独特的物理化学性质，改善釉料性能，提高产品质量。

因此稀土尾矿是一种优于传统制瓷原料的新型制瓷原料。

３．３尾矿卫生洁具张会敏利用铁尾矿研制出的ＳＮ２０９配方［７］具有较好的物理性能和成形性能，特别是泥浆流动度、厚化度偏高时较易调整，完全能生产出性能优良的高档卫生洁具。

由于铁矿尾矿有促进烧结的作用，使烧成温度比原来降低２０～３０℃，单位产品燃耗可降低３％～４％，可达到节能降耗的目的。

４尾矿生产新型玻璃材料４．１铁尾矿制饰面玻璃［８］用铁矿尾矿熔制高级饰面玻璃材料是尾矿综合利用、企业可持续发展的一个有效途径，同济大学以南京某高铁铝型尾矿为主要原料进行了熔制饰面玻璃的研究试验。

经退火后的铁尾矿玻璃漆黑光亮，均匀一致无色差，无气泡、疵点。

表面可磨抛加工，磨抛后平整如镜，其表面光泽度不＜１１５（不抛光的自然光有色冶金设计与研究第２９卷３６・・泽度为１１０）。

与天然大理石、花岗岩相比（光泽度为７８～９０），这种尾矿饰面玻璃更加庄重典雅，其有的理化性能甚至优于同类材料。

经初步成本分析，铁尾矿饰面玻璃有较好的经济效益，附加值高，有开发前景。

４．２铜尾矿制饰面玻璃同济大学以吉林地区高铝铁硫铜尾矿为主要原料，在试验室试验的基础上，进行了铜尾矿制饰面玻璃工业性扩大试验。

铜尾矿饰面玻璃漆黑光亮，无杂质、气泡，可进行切割、磨抛等加工，磨抛后其表面光泽度不＜１００。

与天然大理石相比，颜色更黑，而且均匀一致，具有高贵典雅、庄重大方的装饰效果，其理化性能均能满足有关饰面材料的技术性能要求。

经初步成本分析，生产铜尾矿饰面玻璃有较好的经济效益，附加值高。

４．３铁尾矿研制黑玻璃制品镇江韦岗铁矿山［９］根据对该铁矿尾矿进行的全分析、光谱分析和化学分析表明，其尾矿中含有４１种元素。

按成分比例，含硅、铝、钙及多种金属的氧化物，最适宜组成硅酸盐玻璃体，且该尾矿中铁含量高于１０％，故可制成普通玻璃中较难制出的黑色玻璃。

该矿山自１９９３年夏起，通过多次试验，目前已成功研制出高档黑色玻璃贴面材料及其它玻璃制品。

该项目工艺简单，研制的玻璃贴面砖各项技术指标完全符合国家建材部门的规定标准。

５利用尾矿生产微晶玻璃矿业尾矿中含有制备微晶玻璃所需的ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等基本成分，因此，可以利用尾矿制备各种性能的微晶玻璃。

近几年，我国利用尾矿生产玻璃或微晶玻璃已得到一定的研究应用。

目前这方面的应用主要有：利用高钙镁型尾矿生产饰面材料；作为生产微晶玻璃的材料。

５．１铁尾矿生产微晶玻璃李彬等［１０］以大孤山铁尾矿和攀钢钛渣为主要原料，外加一种含钠废弃物，研制出了以钙铁辉石为主晶相，颜色为蓝黑，光泽度好的微晶玻璃。

铁尾矿和钛渣中含有的Ｆｅ２Ｏ３和ＴｉＯ２是优良的晶核剂，不需再添加晶核剂。

由于该类微晶玻璃全部采用废弃物，因此其废料的利用率可达１００％。