鐵尾礦砂及其綜合利用技術(shù)研究

崔鑫，李俞凜，杜華瑞

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

鐵尾礦砂及其綜合利用技術(shù)研究

崔鑫，李俞凜，杜華瑞

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

本文將鐵尾礦砂與機(jī)制砂混合，用于制備混凝土及免燒磚。用鐵尾礦砂與機(jī)制砂的混合砂所制備的混凝土及免燒磚其性均能滿足工程要求，應(yīng)用效果良好，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

鐵尾礦砂；混合砂；混凝土；免燒磚；綜合利用

0 引言

據(jù)報(bào)道，2011 年全國各類尾礦堆積量已經(jīng)達(dá)到 80.5 億噸，而且每年排出的尾礦量以高達(dá) 5 億噸以上的速度增長(zhǎng)，其中鐵尾礦每年年排放量高達(dá) 1.5 億噸，占入選鐵礦石量的60% 左右，鐵尾礦的綜合治理和開發(fā)利用已經(jīng)成為我國面臨的重大課題。鐵尾礦在發(fā)達(dá)國家已全部得到綜合利用，我國在鐵尾礦開發(fā)利用方面雖然取得了一些成果，但利用率低，技術(shù)可行性研究不足，還沒有從根本上得到大規(guī)模利用[1-2]。為減少鐵尾礦對(duì)環(huán)境的破壞，節(jié)約資源、利用資源、減少污染，本文開展了鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用研究、鐵尾礦制建筑用磚方面的可行性研究，以推進(jìn)鐵尾礦的綜合利用。

1 鐵尾礦砂的物化性能

鐵礦石經(jīng)過破碎，成為一定粒度的塊狀物，進(jìn)入球磨機(jī)加水濕磨，根據(jù)礦石的性質(zhì)達(dá)到一定的細(xì)度后再進(jìn)行磁選，把含鐵顆粒部分分離出來，剩余部分用水流排出，排出的部分就是尾礦碎屑，一般占礦石總量的 60%～80%，尾礦碎屑再經(jīng)過篩分處理后，就成為了鐵尾礦砂[3]。由于礦石的差異，鐵尾礦砂成分之間也有所不同，本文主要以濟(jì)南產(chǎn)鐵尾礦砂進(jìn)行說明，測(cè)試其物理性能為：細(xì)度模數(shù) 1.48，堆積密度1520m2/kg，表觀密度 2740m2/kg，MB 值 0.75，安定性合格。其化學(xué)組成如表 1 所示。

表 1 濟(jì)南附近地區(qū)鐵尾礦砂化學(xué)組成 %

2 鐵尾礦砂在混凝土中的應(yīng)用

混凝土是目前最大宗的建筑材料，而砂石作為混凝土占比最大的原材料，其消耗量也是巨大的。隨著天然砂石資源的日益減少及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，尋找天然砂石的替代材料勢(shì)在必行。為此本文開展了鐵尾礦砂在混凝土中應(yīng)用的研究。

2.1 原材料

2.1.1 水泥

山東水泥廠有限公司產(chǎn) P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥化學(xué)組成如表 2 所示，水泥物理性能指標(biāo)如表 3 所示。

表 2 水泥化學(xué)組成 %

表 3 水泥物理性能指標(biāo)

2.1.2 骨料

（1）細(xì)骨料采用機(jī)制砂和鐵尾礦砂制成的混合砂，其中機(jī)制砂選用濟(jì)南當(dāng)?shù)厣a(chǎn)，細(xì)度模數(shù) 3.1～3.3，石粉含量低于10.0%，亞甲藍(lán)試驗(yàn)合格；鐵尾礦砂選用濟(jì)南長(zhǎng)清地區(qū)生產(chǎn)，細(xì)度模數(shù)多在 1.5～2.0，亞甲藍(lán)試驗(yàn)合格。

（2）粗骨料選用濟(jì)南當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的 5～25mm 碎石。

2.1.3 摻合料

（1）粉煤灰采用聊城茌平電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，細(xì)度 18.5%，需水量比 102%，燒失量 5.2%，含水量 0.5%。

（2）礦渣粉為濟(jì)南魯新建材有限公司生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦渣粉，性能指標(biāo)如表 4 所示。

2.1.4 外加劑

外加劑選用濟(jì)南某外加劑廠生產(chǎn)的 BSM-3 系列外加劑。

2.1.5 水

濟(jì)南地區(qū)地下水。

2.2 試驗(yàn)及分析

2.2.1 混合砂比例的確定

依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，將機(jī)制砂與尾礦砂按不同比例混合，以使混合砂得到最大堆積密實(shí)度，通過此方式減少所制備混凝土中的膠凝材料用量，進(jìn)而達(dá)到降低膠材用量、提高混凝土性能的目的?；旌仙暗拇_定方法如表 5 所示[5]。

表 4 礦粉性能指標(biāo)

表 5 混合砂制備方法

具體操作步驟如下：

（1）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)尾礦砂累積篩余（Ax），并計(jì)算細(xì)度模數(shù)；

（2）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)需改良砂累積篩余（Bx），并計(jì)算細(xì)度模數(shù)；

（3）將尾礦砂與需改良砂混合，測(cè)累積篩余（Cx），Cx＝a×Ax+b×Bx，x 取值 1、2、3、4、5、6；a 為尾礦砂占比；b 為需改良砂占比，其中 a+b＝1，并計(jì)算細(xì)度模數(shù)；

（4）直至混合砂的細(xì)度模數(shù)值達(dá)到要求細(xì)度模數(shù)范圍。

以鐵尾礦砂為例，鐵尾礦砂占比 0.35，需改良砂占比0.65，經(jīng)測(cè)算，混合砂的細(xì)度模數(shù)為 2.7，屬于 Ⅱ 區(qū)中砂[5]。

例 1 中得到的混合砂經(jīng) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)，主要性能指標(biāo)如表 6 所示。

表 6 混合砂性能指標(biāo)

利用上述混合砂制備的混凝土配合比如表 7 所示。

表 7 混合砂制備的混凝土配合比 kg/m3

使用混合砂制備的 C30 混凝土主要性能指標(biāo)如表 8 所示，各項(xiàng)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

表 8 C30 混凝土主要性能指標(biāo)

上述使用混合砂制備的 C30 混凝土在攪拌過程中，投料攪拌順序?yàn)椋核槭c混合砂攪拌 10～30s，再投入外加劑、水、膠凝材料等，繼續(xù)攪拌 30～120s，出機(jī)[5]。

2.3 工程應(yīng)用

2013 年 9 月份始，該技術(shù)已應(yīng)用于濟(jì)南東城逸家項(xiàng)目、中海華山瓏城項(xiàng)目當(dāng)中（見圖 1、圖 2），混合砂混凝土累計(jì)供應(yīng)量超 100 萬方，對(duì)降低混凝土綜合成本、杜絕現(xiàn)場(chǎng)混凝土堵泵現(xiàn)象等起到了重要作用，應(yīng)用效果良好。

圖 1 東城逸家項(xiàng)目

圖 2 中海華山北片區(qū)項(xiàng)目

3 鐵尾礦砂在免燒磚中的應(yīng)用

為進(jìn)一步提高鐵尾礦的利用率，在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展了鐵尾礦在免燒磚中的應(yīng)用探討。

以生產(chǎn) MU15 鐵尾礦磚為例，其生產(chǎn)配比為水泥15%～20%；鐵尾礦砂 70%～75%；粉煤灰 5%～10%；礦粉5%～10%；水 12%～15%。尾礦磚生產(chǎn)工藝如圖 3 所示，性能指標(biāo)見表 9。

圖 3 尾礦磚生產(chǎn)工藝

表 9 尾礦砂磚性能指標(biāo)

尾礦磚具體尺寸可根據(jù)需要確定。除上述指標(biāo)外，尾礦磚其它性能指標(biāo)滿足 GB/T 21144—2007《混凝土實(shí)心磚》、JC/T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》、GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 綜合效益分析

本技術(shù)解決了鐵尾礦砂難以有效處理的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦砂無害、環(huán)保的大量應(yīng)用，不僅消耗了鐵尾礦砂、防止了其對(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)，鐵尾礦砂的大量應(yīng)用，也減少了對(duì)天然砂石資源的開采量，進(jìn)一步保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了自然資源。本技術(shù)可為預(yù)拌混凝土企業(yè)鐵尾礦砂的應(yīng)用提供技術(shù)支持，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

本技術(shù)的應(yīng)用，在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約自然資源的基礎(chǔ)上，可為預(yù)拌混凝土企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更高的企業(yè)收益。在不考慮延伸價(jià)值的情況下，可為預(yù)拌混凝土企業(yè)每方混凝土的生產(chǎn)直接節(jié)約 12～17 元，極具經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景。

5 結(jié)語

鐵尾礦砂的產(chǎn)量在逐年增加，如不得到有效處理，將對(duì)環(huán)境造成無法估量的破壞，同時(shí)也是對(duì)資源的浪費(fèi)。本技術(shù)在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)鐵尾礦砂在混凝土、免燒磚中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，研究成果表明，經(jīng)檢測(cè)使用了鐵尾礦砂的混凝土和免燒磚各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，鐵尾礦砂可應(yīng)用于預(yù)拌混凝土、免燒磚的生產(chǎn)當(dāng)中。從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益等方面分析，鐵尾礦砂在預(yù)拌混凝土、免燒磚等建筑行業(yè)中的應(yīng)用使廢物得到利用，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源，降低了混凝土等的生產(chǎn)成本，具有廣闊的發(fā)展前景。

[1] 蔡基偉，張少波，侯桂香，等．鐵尾礦砂對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(7)∶ 104-107．

[2] 王龍志，萬立華，崔鑫．論預(yù)拌混凝土企業(yè)的綠色生產(chǎn)[J].商品混凝土，2014(12)∶ 21-24．

[3] 田景松．鐵尾礦砂混凝土的配制與應(yīng)用研究[D]．北京：清華大學(xué)土木工程學(xué)院，2010．

[4] 崔鑫，張海霞，李亞真，等．關(guān)于粉煤灰需水量比測(cè)試方法的幾點(diǎn)思考[J]．混凝土，2012(11)∶ 51-53．

[5] 張海霞，鄧高樂，王龍志，等．基于綜合取代技術(shù)的綠色混凝土施工技術(shù)研究[J]．混凝土，2016(3)∶ 117-122．

［通訊地址］山東省濟(jì)南市歷下區(qū)文化東路 16 號(hào)中建大廈 8樓（250100）

崔鑫（1982—），男，碩士，工程師，一級(jí)建造師，從事高性能混凝土工程應(yīng)用技術(shù)研究。