利用人工砂配制建筑砂浆的研究

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摘 要:本文首先分析了河砂与尾矿的粒径分布，在此基础上进行了尾矿部分替代河砂配制建筑施工中常用的中砂的实验。对配制的中砂进行试配砂浆并检测了砂浆的力学性能和工作性。通过对比所配中砂与河砂性能的差异分析了原因。实验表明用尾矿配制的人工砂进行生产建筑砂浆时流动性略不及河砂，但力学性能比河砂所配制的砂浆优异，完全达到建筑用砂国家标准要求。

Abstract: This paper firstly analyzes the river sand and tailing of the particle size distribution, on the basis of the tailings instead of river sand with commonly used in construction of the experiment of sand. On the preparation of sand test mortar and detection of mechanical properties and workability of mortar. By contrast with the sand and river sand performance differences reasons are analyzed. Experimental results show that the use of tailings prepared artificial sand production of building mortar fluidity is slightly less than the river sand, but mechanical properties than the river sand in the preparation of the mortar is excellent, fully meet the requirements of the national standard sand for building.

关键词：铁尾矿；人工砂；建筑砂浆；

Key words: iron tailings; artificial sand; building mortar;

中图分类号：TQ177.6文献标识码：A

一、铁尾矿的概述及研究现状

1.1铁尾矿的来源

铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经过加工、磁选以后排放的一种固体矿物废料。全国各地铁尾矿的化学组分和含量有一定的差异，但主要化学成分有SiO2：20~70%、Al2O3：1~12%、Fe2O3：6~25%、CaO：1~30%、MgO：1~13%等，还含有少量化合物，比如K2O、Na2O以及S、P等元素。随着钢铁工业的迅速发展，铁尾矿在工业固体废弃物中占的比例也越来越大。据有关部门不完全统计，目前我国发现的矿产有150多种，开发建立了8000多座矿山，累计生产尾矿59.7亿吨，其中在尾矿库中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3。工业上，铁矿石的储量和开采量都很大，但因矿石的品位普遍较低，且大多数为贫矿，还需要经过选矿加工后才能作为冶炼原料，所以就产生出大量的尾矿，比如铁尾矿产出量约占原矿石量的60%以上。随着经济的发展，市场对矿产品需求的大幅度增加，矿产资源开发规模也随之加大，铁尾矿的排放量还会不断增加。同时，随着矿产资源的大量开发和利用，矿石资源日益贫乏，尾矿作为二次能源己经受到世界各国的高度重视。目前我国尾矿的综合利用率较低，仅为7%左右，从我国尾矿资源的实际出发，开展尾矿资源综合研究与利用，实现资源开发与节约并举，提高资源利用效率，有着十分重要的社会意义和经济意义。

1.2铁尾矿的危害

铁尾矿作为一种固体废弃物，给资源和环境等方面造成了许多问题。接下来将一一进行阐述。

1.2.1严重浪费资源

由于受到经济条件、装备性能、技术水平等因素的限制，选矿工艺不可能尽善尽美，而且在实际生产中还可能受到操作等因素的影响，从而不可避免地造成一些有价元素损失到尾矿中。就铁矿山而言，年排出尾矿量达1.3亿吨，平均含铁11%，相当于1410万吨金属铁损失在尾矿中。这些尾矿中不仅有黑色金属、有色金属、贵金属，还有大量非金属。上述资料表明，尾矿中有用组分十分丰富，如果不进行综合利用，将造成资源的严重浪费。

1.2.2浪费大量土地

尾矿库要占据大量的农用土地和林用土地，其中包括一些生产力非常高的耕地、良田。并且随着排放的尾矿量的增加，占用的土地面积将继续扩大。这就导致尾矿库所在地区的土地资源失去平衡。以我国的冶金矿山为例，目前占地面积已达6.5×104公顷，其中采场、排土场、尾矿库三大场地占地为54%。鞍本地区的尾矿库大多数已近服役年限或超期服役，还需另辟新库，占用大量耕地，破坏大面积的林木，花费大量经费。

1.2.3尾矿库存在安全隐患

尾矿处理设施是投资巨大、结构复杂的综合性的水工构筑物，其基建投资约占整个采选企业费用的5%-40%，尾矿库的维护和维修更需要消耗大量的人力物力。尾矿治理需要建尾矿库，其基建投资1-3元/t，运行费3-5元/t，每年我国在尾矿处理上投入资金7亿元以上。这种状况如持续下去，堆存量逐年增大，预计到2005年冶金矿山尾矿堆存量达28亿t，每年耗费资金在15亿元以上。因为尾矿由水和尾矿沙组成，尾矿排放进尾矿库，库内积水过多，长期堆放使尾矿库类似巨型水库，每逢雨季，库内容水量过大，坝体长期遭受水浸，侧压力增强，很容易造成坝体泄漏、滑坡、跑矿，冲毁农田、淤埋河道，对周围环境及人民的生命财产造成危害。随着尾矿数量的不断增加，尾矿坝体高度也随之增加，不安全隐患也日益增大。尤其是坝高超过100m的大型尾矿库，一旦发生事故，其造成的破坏程度将不亚于地震的破坏程度。

1.2.4铁尾矿严重污染环境

由于矿山尾矿多己磨至0.15-0.07mm以下，储存于尾矿坝中的尾矿将就近排入河道、山谷、低地，常渗流溢出，刮风扬尘，严重污染水、土和空气。尾矿引起的粉尘云可能恶化了周围地区的卫生条件，因为粉尘云降低了大气的透明度，降低了日照强度，降低了植物光合作用的强度，并增加了居住环境和生活条件的不适应性。目前，我国因尾矿造成的直接污染土地面积已达7万公顷。冶金矿山的9个重点选矿厂附近的14条河流均被污染，鞍山铁矿坝占地15km2，白云鄂博矿山尾矿占地11km2金川镍矿尾沙扬尘10m2，造成大面积农田减产或绝产。

1.3铁尾矿在建筑材料中应用

1.3.1用于研制生产水泥

铁尾矿中含有较多的微量元素，是已经加工成细粒的天然混合原料，与建筑材料中所使用的原料化学组成和矿物组成基本相同，可以作为生产水泥用原材料。尾矿用于制作水泥时有两种原因：一是可以利用尾矿中含铁量高的特点，以尾矿代替通常水泥配方使用的铁粉，在这种情况下，尾矿在水泥原料配方中的用量不超过5%，消耗尾矿的量不大；二是利用尾矿代替水泥原料的主要成分，一般尾矿成分不完全符合水泥配方，往往需要另外配入一些成分能符合制作水泥的要求，在这种情况下尾矿的消耗量会更大一些。铁尾矿不仅可以代替部分水泥原料，而且还能起到矿化作用，有效提高熟料产量和质量并降低煤耗。李继方等采用新型干法水泥生产线，用铁尾矿代替传统的铁质、硅质材料，生产的熟料质量较好，可以稳定生产52.5级等高标号水泥，并且吨熟料成本下降近5元。唐山市协兴水泥有限公司利用尾矿砂生产水泥熟料，该技术投入生产后，使水泥吨熟料成本下降2-5元，熟料抗压强度提高3-5MPa，可以使吨综合成本下降10元以上。王金忠等利用铁尾矿配料的道路硅酸盐水泥熟料，经试验表明：掺加铁尾矿配料烧制的道路水泥熟料，低温时易烧性较好，高温时相近，铁尾矿与矿化剂复掺效果更明显；不同温度下，铁尾矿配料物料反应速度常数比不掺铁尾矿配料的值要高，此时物料具有较高的反应活性，而且铁尾矿配料具有明显的节能效果。