用特細(xì)鐵礦尾礦生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊的研究

　　摘    要  利用鐵礦采選過程中產(chǎn)生的圍巖碎石及尾礦代替?zhèn)鹘y(tǒng)砌塊生產(chǎn)中的粗細(xì)骨料試制混凝土小型空心砌塊，通過對樣品進(jìn)行檢測及經(jīng)濟(jì)分析表明，可以制成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的承重混凝土小型空心砌塊。這一成果，不僅給面臨資源枯竭的礦山帶來新的產(chǎn)業(yè)方向，而且有利于環(huán)境保護(hù)。

　　關(guān)鍵詞    尾礦  混凝土  砌塊  環(huán)境保護(hù)

　　一、前   言

　　我國的金屬礦和非金屬礦在采礦過程中的尾礦及圍巖大量堆積，占用土地，污染環(huán)境。僅以首鋼的鐵礦為例，其尾礦已堆積近3億噸，每年新增尾礦1000萬噸以上，如何利用這些廢棄圍巖及尾礦，使之變廢為寶，一直是礦山尋求解決的難題。

　　今年2月1日起實(shí)施的新國標(biāo)GB/T14684-2001〈建筑用砂〉把人工砂列入為建設(shè)用砂源之一。這對尾礦的利用是一個(gè)好的機(jī)會。如首鋼遷安鐵礦的尾礦經(jīng)旋流分選的一部分（細(xì)度模數(shù)大于2.2）就可以直接作為人工砂使用，但大部分尾礦細(xì)度模數(shù)僅為0.8左右，作為建筑用砂直接使用目前比較困難。為開發(fā)這部分的尾礦利用，我們通過對首鋼密云鐵礦圍巖碎石及尾礦進(jìn)行分析研究，認(rèn)為它們可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土生產(chǎn)中的粗細(xì)骨料來生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊（簡稱砌塊）。

　　砌塊對骨料有較嚴(yán)格的要求，如質(zhì)量穩(wěn)定、粒度級配合理。通常的砌塊生產(chǎn)中粗骨料為碎石，細(xì)骨料為建筑用砂，砌塊的各項(xiàng)性能與混凝土的質(zhì)量有著密切關(guān)系，而混凝土質(zhì)量與它的組成材料和配合比直接有關(guān)，因此，為保證砌塊產(chǎn)品的質(zhì)量，原料的質(zhì)量和配比必須合格與經(jīng)濟(jì)。

　　二、原料性能

　　為了從技術(shù)上證明該鐵礦的原料是否可以利用，我們按生產(chǎn)砌塊的粗細(xì)骨料要求，對原料進(jìn)行了系統(tǒng)的性能檢測。

　　1.碎石

　　作為粗骨料的碎石，為圍巖破碎所得，成分為斜長角閃片麻巖、石英巖、角閃巖、輝綠巖，均為太古代變質(zhì)巖，巖石堅(jiān)固、耐用，化學(xué)成分合格、穩(wěn)定。碎石的破碎加工方法將會影響到碎石顆粒形狀及級配，從而影響制品的最終強(qiáng)度。最好的碎石形狀是接近正方形的小立方體石塊，片狀或針形者都不宜用來拌制高標(biāo)號混凝土。共制取樣兩次，第一次樣品中針尖狀、片狀顆粒含量較多，而且粒徑分布、級配不合理；第二次碎石中針片狀顆粒及粒徑分布狀況有所改善，粒徑主要分布在1cm左右，外觀基本符合要求。

　　性能檢測內(nèi)容見表1，結(jié)果表明碎石基本符合粗骨料對原料的要求。

表1   碎石性能檢測表

*該碎石級配按連續(xù)粒級公稱粒級5-10mm評定：10mm篩余合格，5mm篩余比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小17%，2.5mm篩余合格。最大粒徑10 mm。

　　2.尾礦

　　砌塊原料一般要求成分中硫含量（換算成SO₃）小于0.5%，無活性硅（如燧石等），才能保證制品的長期穩(wěn)定性。尾礦由透明和不透明礦物組成，主要為石英、長石、角閃石、赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等，對制作砌塊的質(zhì)量不會造成影響。

　　該尾礦的化學(xué)成分為(重量百分比)：

SiO₂    Al₂O₃   MgO   CaO      TiO₂    P₂O₅    TFe    SFe    S

73.41  7.34   2.93  3.55     0.17   0.24   3.91   3.14  0.057

　　可以看出該尾礦為高硅、低硫（換算成SO₃%為0.14%），其中硅以石英和硅酸鹽形式存在，為非活性硅，化學(xué)成分基本符合原料要求。

　　該尾礦篩分結(jié)果顯示粒度較細(xì)，其細(xì)度模數(shù)剛剛達(dá)到特細(xì)砂的標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)不符合生產(chǎn)砌塊原料對砂的級配要求。如果以0.2mm為界，其篩上物（約占尾礦量的30％）的粒度級配基本接近細(xì)骨料級配要求中的細(xì)砂，但如果只利用0.2mm以上的顆粒，尾礦的整體利用量就會太小，不符合我們開發(fā)的初衷。因此試驗(yàn)中用來作為細(xì)骨料的尾礦沒有再作篩分，一則可以較大量地利用尾礦，二則是避免增加生產(chǎn)工序，增大生產(chǎn)成本。

　　其它性能檢測見表2，結(jié)果表明尾礦作為細(xì)骨料在性能指標(biāo)上基本合格。

 　                           表2  尾礦性能檢測表

*該砂細(xì)度模數(shù)為0.8，屬特細(xì)砂。

　　綜上所述，密云鐵礦的碎石和尾礦分別用作制混凝土小型空心砌塊的粗細(xì)骨料，但由于原料本身在顆粒形態(tài)、粒度分布等方面的先天不足，為保證制品的最終強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)配比時(shí)稍微提高了些水泥用量。

　　三、混凝土試配

　　混凝土試配配合比（固體料重量比）見表3，同時(shí)測定了其工作度（維勃度）并分別在養(yǎng)護(hù)3天、7天、28天后測試其抗壓強(qiáng)度，試配結(jié)果各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3  混凝土試配及28天抗壓強(qiáng)度檢測表

　　三種配比的試驗(yàn)結(jié)果說明，用密云鐵礦的圍巖碎石和尾礦分別為粗細(xì)骨料配制的干硬性混凝土能完全達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其各種規(guī)律與普通粗細(xì)骨料配制的混凝土基本一致。

　　四、砌塊試制

　　本次試驗(yàn)砌塊的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為10Mpa。砌塊成型在首鋼一建三公司砌塊廠完成，所用水泥為32.5普通硅酸鹽水泥，成型方法為振動(dòng)加壓成型，一次成型3塊，25秒成型一次。成型的為雙排半通孔砌塊，規(guī)格為390×190×190mm。共設(shè)計(jì)兩種砌塊配方，配比（固體重量比）見表4：

                            表4  砌塊配比表

兩種配方砌塊成型后自然養(yǎng)護(hù)28天，作常規(guī)檢測，結(jié)果如表5：

表5  砌塊抗壓強(qiáng)度檢測表

檢測表明，上述兩種配方的砌塊抗壓強(qiáng)度都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其它指標(biāo)也滿足標(biāo)準(zhǔn)，能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

　　五、經(jīng)濟(jì)分析

　　以年產(chǎn)200萬塊標(biāo)準(zhǔn)砌塊為例，每立方米為68塊，則200萬塊為29412立方米，年所用原料見表6，

表6  原料年用量

碎石加工費(fèi)用按15元/噸計(jì)，水泥按340元/噸計(jì)，工業(yè)用水按1元/噸計(jì)，尾礦不計(jì)成本，則原料成本為：（見表7）

表7  原料成本

     目前市場上承重砌塊銷售價(jià)為每立方米220元左右，合計(jì)每塊售價(jià)為3.23左右，約是上述砌塊配方原料成本的2-3倍，說明按該配比成型的砌塊存在較大的利潤空間。

　　用水量在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)會根據(jù)具體情況有所變化，但通過上述計(jì)算可以看出，密云鐵礦的固體廢料用來制作混凝土小型空心砌塊在經(jīng)濟(jì)方面是可行的，其固體廢棄物的最高利用量在原料配比中可達(dá)85%，其中尾礦用量可達(dá)20%以上。本著既要最大量地利用固體廢棄物，又能使原料成本降為最低的目的，綜合考慮各種因素，通過試生產(chǎn)階段的調(diào)試，可以得出最佳的原料配合比來進(jìn)行生產(chǎn)，把原料成本控制在最低限度。

　　六、結(jié)    論

　　綜上所述，密云鐵礦的圍巖碎石和選礦后產(chǎn)生的尾礦可以分別作為混凝土小型空心砌塊的粗、細(xì)骨料加以利用，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)方面都是可行的。

　　利用礦山的固體廢料來生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊不僅變廢為寶、給面臨資源枯竭的礦山尋找出一條新的產(chǎn)業(yè)道路，而且減輕了尾礦堆存存在的安全隱患，保護(hù)了礦山的生產(chǎn)和生活環(huán)境，生產(chǎn)出的綠色建材產(chǎn)品正是國家大力提倡發(fā)展的新型墻體材料，市場前景廣闊。

　　在建筑中使用混凝土小型空心砌塊作墻體材料，不僅能節(jié)約土地資源及能耗、保護(hù)耕地；而且可利用工業(yè)廢渣、改善建筑功能、提高建筑施工工效等。目前不少地方政府已限制或禁止使用粘土磚。用礦山固體廢棄物代替通常意義上的粗細(xì)骨料，不但可以降低砌塊生產(chǎn)中的原料成本，而且可以走生態(tài)建材之路，為礦山尋找出廢棄物再利用的途徑，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。