利用四川某銅礦尾礦制作輕質(zhì)免燒磚的工藝研究

馮啟明,王維清,張博廉,黃 陽

(固體廢棄物處理與資源化教育部重點實驗室，四川 綿陽 621010)

我國礦山企業(yè)每年都要產(chǎn)生大量尾礦，其中黑色金屬礦山尾礦率在60%以上，有色金屬礦山尾礦率90%以上，稀有及貴金屬尾礦山尾礦率近100%。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國尾礦年排放量在3億t以上，約占當年工業(yè)固體廢物的30%。目前，全國累計尾礦存量50億～70億t。這些尾礦占用了大量的土地，花費了尾礦庫建設(shè)資金，造成了嚴重的環(huán)境污染，破壞了生態(tài)環(huán)境，浪費了許多寶貴資源，甚至因管理不善造成各種事故。因此，充分利用尾礦資源具有非常重要的意義[1-3]。

四川某銅礦是一個以銅為主的多金屬礦床，除主金屬銅以外，還伴生鉬、鈷、金、銀、硫、鐵及稀土元素等。從建廠至今已有近50年的歷史，選礦廠排放的尾礦數(shù)量巨大，目前還未得到充分有效利用，既浪費資源，又帶來嚴重的環(huán)境問題[4]。因此，對利用該尾礦制作輕質(zhì)免燒磚進行研究，對其資源化綜合利用及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護具重要意義[5-7]。

1 實驗部分

1.1 原材料與儀器

(1)尾礦：采自四川某銅礦選礦廠，其XRD及XRF分析結(jié)果如圖1和表1。從圖1和表1可見，尾礦中主要礦物成分為石英、長石、方解石、少量云母等，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、CaO含量較高。用標準分析篩對其進行干篩分析，尾礦自然粒度及其粒度分布見表2。該尾礦粒度較細，主要集分布在40～140目。

(2)HTW-1混凝土發(fā)泡劑：購于混凝土外加劑商店，具用良好的發(fā)泡能力，其性能為中性，與水有很好的親和性，與水混合時是透明的溶液，能在水泥漿中產(chǎn)生大量的氣泡，氣泡相互獨立并均勻分布在水泥漿中，形成大量封閉的孔隙。

(3)預孔劑：將廢棄聚苯泡沫板塊破碎成粒徑為3～4 mm顆粒作預孔劑，其堆積密度為13.3 g/L。

(4)水泥：采用32.5R普通硅酸鹽水泥。

(5)石灰：市售熟石灰，0.074 mm篩余約15%。

圖1 尾礦的XRD圖

表1 尾礦化學成分(wt%)

表2 尾礦自然粒度及其分布

主要儀器設(shè)備有：ZD-200型混凝土成型振實機，用于試樣的振動成型；D/max-Ⅲ型X射線衍射儀，日本理學電機公司，用于測試尾礦的礦物組成；電液伺服萬能試驗機，用于測試燒結(jié)磚的抗壓強度。

1.2 樣品制備方法

以該尾礦物作細骨料，加適量水泥作膠結(jié)料，石灰作激發(fā)劑，分別以混凝土發(fā)泡劑和廢棄聚苯泡沫粒作預孔劑，澆鑄成型，養(yǎng)護28d后，干燥后測試其密度和抗壓強度等性能。

輕質(zhì)泡沫混凝土砌塊。將尾礦、水泥、石灰、混凝土發(fā)泡劑按表3及表4的配比干混均勻后，加一定量的水，高速攪拌待產(chǎn)生大量均勻泡沫后，澆入7cm×7cm×7cm3鋼模中。在混凝土振動機上振動1min，自然養(yǎng)護48h后脫模。表3組樣自然養(yǎng)護28d，表4組樣在壓力0.25MPa的蒸壓釜中蒸養(yǎng)1h，待冷卻至室溫時，再自然養(yǎng)護28d脫模，干燥后測其密度和抗壓強度。

廢舊EPS泡沫粒尾礦輕質(zhì)混凝土砌塊。將尾礦、水泥，石灰、廢舊EPS粒按表5及表6的配比干混均勻后，加一定量的水，高速攪拌均勻后，填入7cm×7cm×7cm鋼模中，邊填邊輕搗打，48h脫模。表5組樣自然養(yǎng)護28d，表6組樣在壓力0.25MPa的蒸壓釜中蒸養(yǎng)1h，待冷卻至室溫時，再自然養(yǎng)護28d脫模，干燥后測其密度和抗壓強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 原材料配比對泡沫混凝土砌塊性能影響

泡沫混凝土砌塊性能見表3、表4。從表3及表4可見，當尾礦及發(fā)泡劑用量固定時，隨著水泥用量的增加，石灰用量的逐漸減少，成型拌合時需水量也需要增大。在自然養(yǎng)護條件下，制品的密度逐漸增大，吸水率緩慢增大，強度明顯增大。說明水泥用量越多，對制品的抗壓強度貢獻越大，這與一般混凝土配比及強度關(guān)系的規(guī)律一致。從表4可見，與表3的配比相近時，在蒸養(yǎng)1h后再自然養(yǎng)護，隨著水泥用量的增加，石灰用量的逐漸減少，制品的吸水率緩慢增大，但密度逐漸變小，抗壓強度也逐漸增大，但比直接自然養(yǎng)護的制品的強度低。當石灰含量多時，蒸養(yǎng)制品強度有所提高。但當石灰含量較少時，蒸養(yǎng)對制品的強度反而有較大的降低。因此，當石灰含量較少而水泥用量較多時，所制的泡沫混凝土，不宜蒸養(yǎng)。

當尾礦砂用量占固體原材料總量的約70%時，所作制品干燥容重僅為頁巖實心磚的2/3左右，最高抗壓強度達到10.4 MPa，適用于建筑物承重填充砌塊，可以減輕建筑荷載和節(jié)約成本。

2.2 原材料配比對EPS泡沫粒充填的混凝土砌塊性能的影響

混凝土砌塊性能見表5、表6。從表5可見，當尾礦砂及EPS預孔劑用量固定時，隨著水泥用量的增加，石灰用量的逐漸減少，成型拌合時需水量也需要增大，制品容重隨著水泥用量增加及石灰摻量的減少先增大后減小變化，而吸水率隨著水泥用量增大及石灰摻量的減少先減小后減小后增大，但抗壓強度隨著水泥用量增及石灰摻量的減少而逐漸增大。說明水泥用量對制品強度影響較大，蒸養(yǎng)后制品的吸水率明顯增大，是由于在此蒸養(yǎng)條件下，EPS泡沫粒熔融后留下一些開放孔洞所致。

表3 原材料配比與自然養(yǎng)護條件下泡沫混凝土砌塊性能

表4 原材料配比與蒸養(yǎng)條件下泡沫混凝土砌塊性能

表5 原材料配比與自然養(yǎng)護條件下EPS泡沫粒充填的混凝土性能

表6 原材料配比與蒸養(yǎng)條件下EPS泡沫粒充填的混凝土性能

當尾礦用量占固體原材料總量的約80%時，所作制品干燥容重為普通混凝土的1/2左右，最高抗壓強度達到3.6 MPa，超過泡沫混凝土JC/T 1062-2007標準中加強型泡沫混凝土的強度(≥2.5 MPa)，適用于建筑物非承重填充砌塊。

3 結(jié) 論

將該尾礦作細骨料，加少量普通硅酸鹽水泥作膠結(jié)料，石灰作激發(fā)劑，加入適量混凝土發(fā)泡劑和廢棄聚苯泡沫粒預孔劑，澆鑄或搗打成型，養(yǎng)

護28d，通過測試其密度和抗壓強度等性能表明，該砌塊容重為普通混凝土的1/2～2/3，可作為建筑物的承重和非承重填充砌塊。

利用該銅礦尾礦制作輕質(zhì)墻體材料，尾礦摻量大，能耗低，該產(chǎn)品屬低能耗環(huán)保型墻體材料，實現(xiàn)了尾礦的資源化，符合尾礦綜合利用應立足于能大量消耗尾礦、利用較徹底、產(chǎn)品銷路廣、能耗低、生產(chǎn)工藝簡單的原則，并具有節(jié)能、節(jié)土的優(yōu)勢，符合我國可持續(xù)發(fā)展的政策。

[1] 袁劍雄，劉維平.國內(nèi)尾礦在建筑料中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊，2005(1).

[2] 張淑會，薛向欣，劉然，等.尾礦綜合利用現(xiàn)狀及其展望[J].礦冶工程，2005(3).

[3] 劉建明.我國非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源的實例及其所涉及的科學問題[J].地球物理學進展，2001(4).

[4] 陳愛明.拉拉銅礦礦床工業(yè)指標探討[J].云南冶金，2004(3).

[5] 薛宗明.聚苯乙烯輕質(zhì)骨料摻量對混凝土砌塊性能影響的試驗研究[J].施工技術(shù)，2008(2).

[6] 朱敏聰，朱申紅，夏榮華.利用金礦尾礦制作建筑材料蒸壓磚的工藝研究[J].礦產(chǎn)綜合利用，2008(1).

[7] 王錄民，張大英，王樹明.廢舊聚苯乙烯泡沫混凝土試驗研究[J].混凝土，2008(5).