鐵尾礦砂及其綜合利用技術研究

崔鑫，李俞凜，杜華瑞

（中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250100）

鐵尾礦砂及其綜合利用技術研究

崔鑫，李俞凜，杜華瑞

（中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250100）

本文將鐵尾礦砂與機制砂混合，用于制備混凝土及免燒磚。用鐵尾礦砂與機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，應用效果良好，具有較高的社會效益和經濟效益。

鐵尾礦砂；混合砂；混凝土；免燒磚；綜合利用

0 引言

據報道，2011 年全國各類尾礦堆積量已經達到 80.5 億噸，而且每年排出的尾礦量以高達 5 億噸以上的速度增長，其中鐵尾礦每年年排放量高達 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利用已經成為我國面臨的重大課題。鐵尾礦在發達國家已全部得到綜合利用，我國在鐵尾礦開發利用方面雖然取得了一些成果，但利用率低，技術可行性研究不足，還沒有從根本上得到大規模利用[1-2]。為減少鐵尾礦對環境的破壞，節約資源、利用資源、減少污染，本文開展了鐵尾礦砂在混凝土中的應用研究、鐵尾礦制建筑用磚方面的可行性研究，以推進鐵尾礦的綜合利用。

1 鐵尾礦砂的物化性能

鐵礦石經過破碎，成為一定粒度的塊狀物，進入球磨機加水濕磨，根據礦石的性質達到一定的細度后再進行磁選，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，本文主要以濟南產鐵尾礦砂進行說明，測試其物理性能為：細度模數 1.48，堆積密度1520m2/kg，表觀密度 2740m2/kg，MB 值 0.75，安定性合格。其化學組成如表 1 所示。

表 1 濟南附近地區鐵尾礦砂化學組成 %

2 鐵尾礦砂在混凝土中的應用

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保意識的增強，尋找天然砂石的替代材料勢在必行。為此本文開展了鐵尾礦砂在混凝土中應用的研究。

2.1 原材料

2.1.1 水泥

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

表 2 水泥化學組成 %

表 3 水泥物理性能指標

2.1.2 骨料

（1）細骨料采用機制砂和鐵尾礦砂制成的混合砂，其中機制砂選用濟南當地生產，細度模數 3.1～3.3，石粉含量低于10.0%，亞甲藍試驗合格；鐵尾礦砂選用濟南長清地區生產，細度模數多在 1.5～2.0，亞甲藍試驗合格。

（2）粗骨料選用濟南當地產的 5～25mm 碎石。

2.1.3 摻合料

（1）粉煤灰采用聊城茌平電廠生產的 Ⅱ 級粉煤灰，細度 18.5%，需水量比 102%，燒失量 5.2%，含水量 0.5%。

（2）礦渣粉為濟南魯新建材有限公司生產的 S95 級礦渣粉，性能指標如表 4 所示。

2.1.4 外加劑

外加劑選用濟南某外加劑廠生產的 BSM-3 系列外加劑。

2.1.5 水

濟南地區地下水。

2.2 試驗及分析

2.2.1 混合砂比例的確定

依據相關國家標準，將機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度，通過此方式減少所制備混凝土中的膠凝材料用量，進而達到降低膠材用量、提高混凝土性能的目的。混合砂的確定方法如表 5 所示[5]。

表 4 礦粉性能指標

表 5 混合砂制備方法

具體操作步驟如下：

（1）根據國家標準，測尾礦砂累積篩余（Ax），并計算細度模數；

（2）根據國家標準，測需改良砂累積篩余（Bx），并計算細度模數；

（3）將尾礦砂與需改良砂混合，測累積篩余（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，并計算細度模數；

（4）直至混合砂的細度模數值達到要求細度模數范圍。

以鐵尾礦砂為例，鐵尾礦砂占比 0.35，需改良砂占比0.65，經測算，混合砂的細度模數為 2.7，屬于 Ⅱ 區中砂[5]。

例 1 中得到的混合砂經 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》檢測，主要性能指標如表 6 所示。

表 6 混合砂性能指標

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如表 8 所示，各項性能均滿足標準和設計要求。

表 8 C30 混凝土主要性能指標

上述使用混合砂制備的 C30 混凝土在攪拌過程中，投料攪拌順序為：碎石與混合砂攪拌 10～30s，再投入外加劑、水、膠凝材料等，繼續攪拌 30～120s，出機[5]。

2.3 工程應用

2013 年 9 月份始，該技術已應用于濟南東城逸家項目、中海華山瓏城項目當中（見圖 1、圖 2），混合砂混凝土累計供應量超 100 萬方，對降低混凝土綜合成本、杜絕現場混凝土堵泵現象等起到了重要作用，應用效果良好。

圖 1 東城逸家項目

圖 2 中海華山北片區項目

3 鐵尾礦砂在免燒磚中的應用

為進一步提高鐵尾礦的利用率，在前期試驗的基礎上，開展了鐵尾礦在免燒磚中的應用探討。

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

圖 3 尾礦磚生產工藝

表 9 尾礦砂磚性能指標

尾礦磚具體尺寸可根據需要確定。除上述指標外，尾礦磚其它性能指標滿足 GB/T 21144—2007《混凝土實心磚》、JC/T 422—2007《非燒結垃圾尾礦磚》、GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》等相關標準要求。

4 綜合效益分析

本技術解決了鐵尾礦砂難以有效處理的技術問題，實現了鐵尾礦砂無害、環保的大量應用，不僅消耗了鐵尾礦砂、防止了其對環境的破壞，同時，鐵尾礦砂的大量應用，也減少了對天然砂石資源的開采量，進一步保護了環境，節約了自然資源。本技術可為預拌混凝土企業鐵尾礦砂的應用提供技術支持，具有很好的推廣應用價值。

本技術的應用，在保護環境、節約自然資源的基礎上，可為預拌混凝土企業節約生產成本，創造更高的企業收益。在不考慮延伸價值的情況下，可為預拌混凝土企業每方混凝土的生產直接節約 12～17 元，極具經濟發展前景。

5 結語

鐵尾礦砂的產量在逐年增加，如不得到有效處理，將對環境造成無法估量的破壞，同時也是對資源的浪費。本技術在大量試驗研究的基礎上，對鐵尾礦砂在混凝土、免燒磚中的應用進行了深入研究，研究成果表明，經檢測使用了鐵尾礦砂的混凝土和免燒磚各項性能指標均符合國家標準相關要求，鐵尾礦砂可應用于預拌混凝土、免燒磚的生產當中。從社會效益、經濟效益、環境效益等方面分析，鐵尾礦砂在預拌混凝土、免燒磚等建筑行業中的應用使廢物得到利用，減少環境污染，節約資源，降低了混凝土等的生產成本，具有廣闊的發展前景。

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

[2] 王龍志，萬立華，崔鑫．論預拌混凝土企業的綠色生產[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用研究[D]．北京：清華大學土木工程學院，2010．

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

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

［通訊地址］山東省濟南市歷下區文化東路 16 號中建大廈 8樓（250100）

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