對建筑石料尾礦的開發(fā)研究

陳國軍

【摘 要】本文結(jié)合課題組通過對建筑石料尾礦進行理化試驗、中試焙燒試驗和初步的工業(yè)性試驗．得出建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚是可行的。作出利用建筑石料尾礦開發(fā)新型墻體材料的技術(shù)相關(guān)分析。以供參考！

【關(guān)鍵詞】建筑石料尾礦；理化試驗；工業(yè)性試驗；綜合利用

建筑石料尾礦(水洗泥砂)是指礦山企業(yè)根據(jù)建筑質(zhì)量及施工現(xiàn)場環(huán)保要．在建筑石料采選和加工過程中。采用水洗工藝。使建筑石料與泥砂分離所產(chǎn)生的一種廢棄尾礦 以往這些建筑石料尾礦大多數(shù)排入河道．從2003年開始．某市政府加強礦山企業(yè)環(huán)保整治．礦山企業(yè)加工建筑石料時采用污水沉淀池，防止石料尾礦和廢水向河道直接排放．實現(xiàn)了廢水零排放 但石料尾礦的處置問題仍沒有得到有效解決，大量的石料尾礦露天堆放．既占用耕地，又造成水土流失，淤積河道，污染水質(zhì)和環(huán)境，成為該市礦業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展亟待解決的問題。因此進行了利用建筑石料尾礦開發(fā)新型墻體材料的技術(shù)攻關(guān)。

1 建筑石料尾礦的基本情況及礦種的特點

1．1 基本情況

該市本級的礦山企業(yè)年產(chǎn)建筑石料3373萬t。據(jù)初步調(diào)查．每年產(chǎn)生的石料尾礦約100多萬t，現(xiàn)累計堆放約500多萬t

1．2 建筑石料尾礦的主要特點

該市本級建筑石料尾礦的主要礦種有花崗巖、凝灰?guī)r、砂巖及石灰?guī)r。建筑石灰?guī)r的利用暫不列入本課題研究范圍．課題主要選擇前三種礦種。

(1)花崗巖 是一種深層酸性火山巖。二氧化硅含量多在70％以上。顏色較淺，以灰白、肉紅色者常見。主要由石英、長石和少量黑云母等暗色礦物組成。花崗巖是一種分布廣泛的巖石．各個地質(zhì)時代都有產(chǎn)出．形態(tài)多為巖基、巖株、巖鐘等。花崗巖結(jié)構(gòu)均勻，質(zhì)地堅硬，抗壓強度根據(jù)石材品種和產(chǎn)地不同而異．約為10MPa-30MPa。其較粗的顆粒加工后可代替人工機制砂。

(2)凝灰?guī)r。主要由粒徑小于2mm的火山灰(巖屑、晶屑、玻屑)及火山碎屑等(含量50％1~]k)固結(jié)而成。

(3)砂巖。是一種沉積巖，由石粒經(jīng)過水沖運動后沉淀而成．經(jīng)堆積變得堅固．后因地球造山運動而形成。主要成分：石英60％以上，黏土10％左右，針鐵礦13％左右．其他物質(zhì)10％以上。

2 建筑石料尾礦的主要理化指標(biāo)分析及試驗

本課題研究的主要方向是利用建筑石料尾礦開發(fā)燒結(jié)類新型墻體材料。為掌握建筑石料尾礦的主要特性．課題組委托某建筑材料研究設(shè)計院磚瓦研究所進行主要理化指標(biāo)的分析．并進行中試培燒試驗和初步工業(yè)性生產(chǎn)試驗．得出科研結(jié)論。

2．1 取樣

該市本級建筑石料礦山企業(yè)加工點相對比較集中．但各礦點(礦種)成分較為復(fù)雜。為確保各礦山企業(yè)建筑石料尾礦理化數(shù)據(jù)的科學(xué)、合理和真實性，課題組對32個礦點的建筑石料尾礦堆放現(xiàn)場進行取樣．每個樣品取3kg左右，用塑料袋封口，集中送建筑材料研究設(shè)計院磚瓦研究所進行理化數(shù)據(jù)測試分析。

2．2 理化分析比較

32個樣品的理化數(shù)據(jù)分析比照燒結(jié)磚所需原料的理化數(shù)據(jù)．見表1、表2。

表1 化學(xué)數(shù)據(jù)比較

表2 物理數(shù)據(jù)比較

注：1．表1、表2化學(xué)組成、顆粒級配、干燥敏感系數(shù)是32個樣品中的最高或最低值。

2．制磚原料按生產(chǎn)燒結(jié)多孔磚所需的理化指數(shù)要求。

2．3 摻比試驗

根據(jù)花崗巖、凝灰?guī)r、砂巖的理化分析指標(biāo)進行分類，以當(dāng)?shù)刂拼u的紫頁巖、黏土為主要原料，摻入含量在20％～60％之間經(jīng)攪拌均化的建筑石料尾礦．分組

進行顆粒級配、干燥敏感系數(shù)、塑性指數(shù)試驗。優(yōu)化選擇摻入比例的最佳配方

2．4 焙燒試驗

根據(jù)配方要求．以頁巖為主要原料，摻入20％,-40％的建筑石料尾礦：以黏土為主要原料，摻入40％--60％的建筑石料尾礦 分批組進行小樣焙燒試驗。焙燒試驗分別在甲建材公司空心磚生產(chǎn)線4.6m隧道窯爐和乙建材公司空心磚生產(chǎn)線2.5m隧道窯爐內(nèi)同時進行。

試驗從進窯溫度20℃左右開始．平均每96min升溫64oC，24h升至980℃，6．5h后開始降溫，19h后出窯。出窯溫度70℃左右，在常溫下自然冷卻。通過對3組試樣分別按不同配比試驗得出如下結(jié)論：

(1)尾礦的含水率較高．需要較長時間的脫水。

(2)尾礦的塑性指數(shù)較低．需要摻入較高塑性的頁巖或黏土

(3)尾礦的化學(xué)成分基本符合燒結(jié)空心磚制品的要求。

(4)由于尾礦與頁巖、黏土的配比不同，窯內(nèi)燒成溫度存在差異．燒成后的試樣外觀色澤不同．但總體上判定可以進行中試 待中試后將試制品送權(quán)威部門進行相關(guān)的質(zhì)量鑒定．以得出最終結(jié)論。

3 工業(yè)性試驗

在試樣分組進行摻比焙燒試驗的基礎(chǔ)上。選擇在甲、乙兩家不同工藝技術(shù)的建材公司進行工業(yè)性試驗,目的是在不同的生產(chǎn)技術(shù)、不同的頁巖資源條件下，尋找最佳的試驗結(jié)果

3．1甲建材公司試驗情況

甲建材公司是我國最早引進意大利柏岱斯蒂制磚技術(shù)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)．主要采用隧道窯一次碼坯．磚坯實行人工干燥生產(chǎn)工藝。根據(jù)該公司頁巖制磚機械設(shè)備配置能力及頁巖磚燒結(jié)工藝情況．將經(jīng)過濾水(含水率在20％1)2下)的建筑石料尾礦與當(dāng)?shù)氐牡V區(qū)頁巖原料合理摻配．試驗生產(chǎn)燒結(jié)多孔磚。

經(jīng)過研究和分組試驗對比．取得了以頁巖為主要原料．摻入20％～40％尾礦制磚的相關(guān)理論數(shù)據(jù)。

(1)摻入不等量建筑石料尾礦后，磚的外觀質(zhì)量與國家標(biāo)準(zhǔn)對比結(jié)果見表3

表3 頁巖磚外觀質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)變化情況

(2)摻入不等量建筑石料尾礦后，磚的強度等級變化情況見表4

表4 頁巖磚強度等級

(3)泛霜及石灰爆裂性能試驗指標(biāo)

試制品無泛霜．符合國標(biāo)GB 13544—2000(燒結(jié)多孔磚》中一等品的規(guī)定：最大破壞尺寸大于2mm且小于等于10mm的爆裂區(qū)域．每組磚樣不得多于15處：不允許出現(xiàn)最大破壞尺寸大于10mm的爆裂區(qū)域的規(guī)定。

(4)摻人不等量建筑石料尾礦后，頁巖磚抗風(fēng)化性能結(jié)果見表5。

表5 抗風(fēng)化性能

注：根據(jù)國標(biāo)GB 13544—20o0《燒結(jié)多孔磚》規(guī)范要求，浙江省屬非嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)．燒結(jié)磚抗風(fēng)化性能檢測按非嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(5)隧道窯內(nèi)焙燒帶溫度影響試驗結(jié)果。

同體積內(nèi)燃煤摻人量不變時．經(jīng)摻人20％～30％建筑石料尾礦，窯內(nèi)焙燒帶溫度測量穩(wěn)定在950℃左右．符合焙燒帶燒成溫度要求。

3．2 乙建材公司試驗情況

乙建材公司公司是以頁巖為主要原料生產(chǎn)新型墻體材料的企業(yè)．采用國產(chǎn)制磚設(shè)備．窯爐工藝是國內(nèi)較先進的三星節(jié)能輪窯．實行人工二次碼坯，磚坯利用輪窯余熱實行人工干燥生產(chǎn)技術(shù)。以頁巖為主要原料．建筑石料尾礦摻人量在20％～30％ ，最高摻入量達到40％．窯內(nèi)焙燒帶溫度測量穩(wěn)定在950℃左右。經(jīng)該市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院檢測．所生產(chǎn)的頁巖燒結(jié)多孔磚的產(chǎn)品質(zhì)量符合國標(biāo)GB 13544—2000《燒結(jié)多孔磚》標(biāo)準(zhǔn)。

4 利用建筑石料尾礦存在的主要問題

4．1 建筑石料尾礦顆粒級配和含水率

(1)含雜物較多。根據(jù)燒結(jié)多孔磚原料顆粒級配要求．原料顆粒應(yīng)在<2mm以下。但目前各礦山企業(yè)建筑石料尾礦中．含有較多>2mm以上的顆粒和小塊石及其他垃圾．勢必增加制磚企業(yè)對建筑石料尾礦處理的設(shè)備投人和生產(chǎn)成本

(2)含水率高。由于各礦山企業(yè)對建筑石料尾礦堆放處理方式不同．有的礦山企業(yè)有相對固定的堆放場地，有的堆放在廢棄的漾塘、河道中 建筑石料尾礦的含水率相對較高．對原料水分控制以及運輸價格的計算帶來困難

4．2 普通輪窯利用建筑石料尾礦存在技術(shù)難度

建筑石料尾礦的化學(xué)成分、顆粒級配、塑性指數(shù)、干燥敏感系數(shù)等不同于一般的黏土、頁巖原料，對生產(chǎn)工藝技術(shù)條件要求較高 課題組選擇甲、乙兩家不同工藝技術(shù)的建材公司進行工業(yè)性試驗．主要考慮的是這兩家企業(yè)采用大功率制磚機．窯體內(nèi)用耐火磚砌成，磚坯采用人工干燥生產(chǎn)工藝。磚坯干燥過程中．防止收縮裂縫．干坯在窯內(nèi)培燒時穩(wěn)定在950℃左右 普通輪窯生產(chǎn)企業(yè)在原料中摻量在15％40％以上建筑石料尾礦制成磚坯．如果采用坯場自然干燥．容易產(chǎn)生磚坯收縮裂縫，同時普通輪窯培燒溫度超過950℃，容易燒壞窯體。從試驗的情況分析，磚坯在窯內(nèi)溫度低于900℃ ，產(chǎn)品強度不夠，高于950℃ ，磚坯容易變形．最佳狀態(tài)是窯內(nèi)培燒時穩(wěn)定在950℃左右 而目前磚瓦企業(yè)的制磚設(shè)備、干燥工藝以及培燒溫度控制等生產(chǎn)工藝條件制約著建筑石料尾礦的大量利用

5 結(jié)語

建筑石料尾礦露天堆放．長期泡于水中．大部分得到陳化，按一定的比例摻人頁巖、黏土原料中，可以開發(fā)利用 建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚的工業(yè)性試

驗樣品結(jié)果．根據(jù)燒結(jié)多孔磚國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13544—2000《燒結(jié)多孔磚》進行比照，產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚是可行的．可以投入工業(yè)生產(chǎn)。課題組局限于技術(shù)力量、檢測手段和試驗條件，目前只在頁巖制磚企業(yè)中利用建筑石料尾礦生產(chǎn)新型墻體材料．下一步將繼續(xù)擴大到黏土制磚企業(yè)對建筑石料尾礦利用的研究。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。