鐵尾礦在建材產品中的應用途徑

朱曉麗

（唐山學院環境與化學工程系，河北 唐山 063000）

鐵尾礦作為鐵選廠一種廢棄產物，它的產出量約占原礦石量的60% 以上，其中我國堆存的鐵尾礦量高達十幾億t，而且每年還要排出尾礦近3億t[1]，需要建尾礦庫堆存，不僅占用大量的土地，花費大量的人力物力進行維護，而且也污染環境。增加鐵尾礦在建材方面的綜合利用，不僅可以減少鐵尾礦的堆存，節約建壩、防洪等工程費用，改善礦區的環境，充分利用資源，還為建筑材料的原料開辟了一條新的途徑。對我國礦業的可持續發展具有深遠的意義，同時對于當地鐵礦企業的多元化發展，提高企業的經濟效益，改善生態環境具有重要意義。

1 鐵尾礦的主要成分

鐵尾礦是一種復合礦物原料，是鐵礦石經加工、磁選后以泥漿狀排放的礦物廢料。全國各地尾礦含量及成分有差異，但主要化學成分有 SiO220～70%、Al2O31～12%、Fe2O36～25%、CaO1～30%、MgO1～13% 等，還含有少量其它如K2O、Na2O 以及S、P 等元素。而對于做建材原料的尾礦來說，主要是指其在堿溶液Ca(OH)中所表現出的化學反應活性。盡管鐵尾礦本身幾乎沒有水硬膠凝的特性，但是在加水后的鐵尾礦粉末在常溫或者水熱養護條件下，與Ca(OH)反應能夠形成水硬膠結性能很好的化合物。建材中混合材的作用主要是與膠凝材料反應生成凝膠或微晶礦物，以增加膠結相的數量，尾礦建材在堿性條件下與水化合作用原理與現有建材中混合材十分相似。這就為尾礦在建材業的廣泛應用提供了前提條件，通常只要摻加少量其他原料，進行適當調配，便可使鐵尾礦因鐵礦產地和選礦工藝的不同用于許多建筑材料的原料，將其應用于建材領域比在其它領域具有更多的優點。

2 鐵尾礦在建材產品中的應用

2.1 配制混凝土

隨著我國基本建設的日益發展，不少地區的天然砂資源正在逐步減少。針對天然砂的超量開采對農田、河道造成的嚴重破壞，國務院和各地政府相繼出臺了禁采或限采天然砂的規定[2]。我國鐵尾礦年排放量高達3億t，占入選鐵礦石量的60%左右[3]，鐵尾礦的綜合治理和開發利用成為我們面臨的重大課題。而鐵選廠排放的鐵尾礦砂中，可篩選出約60%～70%作為建筑用人工砂，這無疑可消納大量的鐵尾礦。磁鐵礦廠排放的鐵尾礦砂，經篩選后2.36mm 以下顆粒偏多，可作中砂配制混凝土。由于鐵尾礦砂顆粒粗糙、多棱角，內摩擦力較大，用鐵尾礦砂配制的混凝土流動性比普通混凝土差，也易于離析、泌水。在使用活性摻合料并對配合比進行優化的條件下，當水膠比較大時，鐵尾礦砂石混凝土的強度略高于普通混凝土；當水膠比較小時，其強度略低于普通混凝土。細骨料均采用鐵尾礦砂的情況下，用普通碎石配制混凝土的強度略高于用鐵尾礦石配制的混凝土。總之，用鐵尾礦石和鐵尾礦砂分別作粗細骨料在和易性和強度上能夠滿足高強泵送混凝土的要求[4]。

2.2 生產水泥熟料

用南京梅山礦業有限公司的綜合鐵尾礦代替鐵粉配制水泥生料，通過對兩種原料配制的生料的易燒性、燒成的熟料的物理性能比較，研究用綜合鐵尾礦代替鐵粉作為鐵質校正原料的可行性。鐵礦石選礦工藝流程為：井下采出的原礦經破碎和篩分后，分級為65～20mm，20～2mm，2～0.5mm 和 0.5～0mm 四個級別。再經過磁選和重選.得到粗精礦、65～0.5 mm 尾礦和0.5～0mm 濕式細粒尾礦。粗精礦經磨礦、浮選、脫硫工藝后，再經過弱磁--強磁的降磷工藝，得到鐵精礦和降磷尾礦。重選尾礦和降磷尾礦經過濃縮、脫水后，混合在一起稱為綜合鐵尾礦，其主要化學成分為SiO227.9% 、Al2O36.74% 、Fe2O325.04% 、CaO 12.64%、MgO2.77%，用綜合鐵尾礦配料的生料易燒性好，主要原因是由于綜合鐵尾礦中的微量元素較多，而且含量較高，其中的P，K，S，Na 等的存在可以起到了降低液相形成溫度，增加液相量和降低液相黏度的作用，因而有利于熟料中C3S的形成，綜合鐵尾礦中的微量元素達20 余種，有的含量雖少，但總含量達到4.3%，顯然這對熟料燒成是有利的，用綜合鐵尾礦配制的生料易燒性好，可以將煅燒溫度降低約30℃，配制的水泥的凝結時間均在正常范圍，而綜合鐵尾礦代替鐵粉配料的熟料強度均高于鐵粉配料的熟料強度，可生產優質水泥熟料。

2.3 建筑墻體材料

2.3.1 鐵尾礦制免燒磚

免燒磚屬于膠結型尾礦建材，是指在常溫下或不高于100℃的條件下,通過膠結材料將尾礦顆粒結合成整體，而制成的有規則外形和滿足使用條件的建筑材料或制品，在這類材料中，尾礦主要起骨料作用，一般不參與材料形成的化學反應,但其本身的形態、顆粒分布、表面狀態、機械強度、化學穩定等性質，卻對材料的技術性能有重要的影響。鞍鋼以鐵尾礦粉、水泥、粉煤灰、石灰比例分別為 6∶1.5∶1.5∶1 或 7∶1∶1∶1 配料，加入石膏激發劑干拌混均勻后加入水和自制的復合外加劑K 劑濕混攪拌，經陳化、成型養護一個月后制成的樣品在水中的強度比在空氣中約高20%～30%。實質上它是經原料水化反應而產生的強度，即以形成硅酸鹽、鋁酸鹽及水化硫鋁酸鹽水化物為前提。水泥水化產生的Ca(OH)2進一步與尾礦粉和粉煤灰中活性Al2O3、SiO2反應，形成低堿性硅酸鹽、鋁酸鹽水化物，促使磚坯結構致密，強度提高。并且它具有良好的抗凍性，耐水性等其它優良的特點。不僅可以大量消耗鐵尾礦，還可以制出特殊用途的磚，如在寒冷地區將會發生其特有的作用，最重要的是用這種方法制磚可以節約能源和生產成本。

2.3.2 鐵尾礦制燒結磚

燒結磚瓦產品建造的房屋能夠滿足最簡便、最經濟、最具環境和諧性和安全性的要求，能用較少的原材料和能源，建成堅固耐用的墻體和具有通風功能的傾斜屋面結構。同時，燒結磚瓦還能夠提供高度舒適的生活環境，如保溫隔熱、室內環境濕度的調節、隔聲、防火等。以鐵尾礦代替部分粘土，摻入適量增塑劑，完全可以燒制出普通粘土磚，而且可通過控制鐵尾礦摻量，制成不同強度等級的尾礦磚。王金忠以本溪歪頭山鐵礦尾礦成功地研制出燒結磚，由于鐵尾礦成分復雜，又無粘結性在燒結磚中用多了，則降低可塑性；若少用，又達不到大量綜合利用的目的。

2.4 作為路堤填料

陜西省禹門口至閻良(禹閻)高速公路施工里程(K00+000～Kll+750)全長11.75km，該段地形地貌復雜、地質條件較差，土質均為粉砂土，受雨水長期沖刷影響沿線溝壑較多。設計路基部分地段采用鐵礦尾渣作為填料，對化學成分沒有嚴格要求，只要求材料有一定的硬度和粒度。所選的鐵礦尾渣粒徑大都在100mm 以下，經篩選后伴隨有不少石屑和少量泥土，具有一定的可塑性，與土比較具有滲透性較大，毛細水作用較小的特點，結構穩定性較好。填料對含水量要求較高，施工時，必須保證適宜的含水量，及時進行灑水或晾曬。鐵礦尾渣路堤填筑適宜采用大型設備挖、裝、運、平、碾一條龍機械化作業，速度快，工效高，質量好，且優于其他任何路基填料。

3 結論

與傳統的建材制品相比，鐵尾礦應用于建材產品，一方面，減少了資源浪費，變廢為寶；另一方面，減輕了對環境的污染，符合國家倡導發展循環經濟、降低資源消耗的政策，大力開展鐵尾礦綜合利用是一項利國利民、前景廣闊的事業。

[1]李妍妍，程麟，等.用梅山鐵尾礦制備免燒免蒸磚.金屬礦山，2007(4)：81-84.

[2]蔡基偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢理工大學博士學位論文，2006

[3]張錦瑞，王偉之，李富平，王愛東.金屬礦山尾礦綜合利用與資源化[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[4]宋裕增.鐵尾礦砂混凝土的和易性與強度特點.工程質量，2009(6)：62-65.