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(yīng)用效果良好，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

鐵尾礦砂；混合砂；混凝土；免燒磚；綜合利用

0 引言

據(jù)報道，2011 年全國各類尾礦堆積量已經(jīng)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(fā)利用已經(jīng)成為我國面臨的重大課題。鐵尾礦在發(fā)達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，進入球磨機加水濕磨，根據(jù)礦石的性質(zhì)達到一定的細(xì)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(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，本文主要以濟南產(chǎn)鐵尾礦砂進行說明，測試其物理性能為：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(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)骨料采用機制砂和鐵尾礦砂制成的混合砂，其中機制砂選用濟南當(dāng)?shù)厣a(chǎn)，細(xì)度模數(shù) 3.1～3.3，石粉含量低于10.0%，亞甲藍試驗合格；鐵尾礦砂選用濟南長清地區(qū)生產(chǎn)，細(xì)度模數(shù)多在 1.5～2.0，亞甲藍試驗合格。

（2）粗骨料選用濟南當(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）礦渣粉為濟南魯新建材有限公司生產(chǎn)的 S95 級礦渣粉，性能指標(biāo)如表 4 所示。

2.1.4 外加劑

外加劑選用濟南某外加劑廠生產(chǎn)的 BSM-3 系列外加劑。

2.1.5 水

濟南地區(qū)地下水。

2.2 試驗及分析

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(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)，測尾礦砂累積篩余（Ax），并計算細(xì)度模數(shù)；

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

（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(xì)度模數(shù)；

（4）直至混合砂的細(xì)度模數(shù)值達到要求細(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)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測，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，各項性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

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(xù)攪拌 30～120s，出機[5]。

2.3 工程應(yīng)用

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

圖 1 東城逸家項目

圖 2 中海華山北片區(qū)項目

3 鐵尾礦砂在免燒磚中的應(yīng)用

為進一步提高鐵尾礦的利用率，在前期試驗的基礎(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、防止了其對環(huán)境的破壞，同時，鐵尾礦砂的大量應(yīng)用，也減少了對天然砂石資源的開采量，進一步保護了環(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)用價值。

本技術(shù)的應(yīng)用，在保護環(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，將對環(huán)境造成無法估量的破壞，同時也是對資源的浪費。本技術(shù)在大量試驗研究的基礎(chǔ)上，對鐵尾礦砂在混凝土、免燒磚中的應(yīng)用進行了深入研究，研究成果表明，經(jīng)檢測使用了鐵尾礦砂的混凝土和免燒磚各項性能指標(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。從社會效益、經(jīng)濟效益、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．鐵尾礦砂對混凝土工作性和強度的影響[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報，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(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］山東省濟南市歷下區(qū)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(yīng)用技術(shù)研究。