用特細鐵礦尾礦生產混凝土小型空心砌塊的研究

　　摘    要  利用鐵礦采選過程中產生的圍巖碎石及尾礦代替傳統砌塊生產中的粗細骨料試制混凝土小型空心砌塊，通過對樣品進行檢測及經濟分析表明，可以制成符合國家標準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業方向，而且有利于環境保護。

　　關鍵詞    尾礦  混凝土  砌塊  環境保護

　　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日起實施的新國標GB/T14684-2001〈建筑用砂〉把人工砂列入為建設用砂源之一。這對尾礦的利用是一個好的機會。如首鋼遷安鐵礦的尾礦經旋流分選的一部分（細度模數大于2.2）就可以直接作為人工砂使用，但大部分尾礦細度模數僅為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行分析研究，認為它們可以代替傳統混凝土生產中的粗細骨料來生產混凝土小型空心砌塊（簡稱砌塊）。

　　砌塊對骨料有較嚴格的要求，如質量穩定、粒度級配合理。通常的砌塊生產中粗骨料為碎石，細骨料為建筑用砂，砌塊的各項性能與混凝土的質量有著密切關系，而混凝土質量與它的組成材料和配合比直接有關，因此，為保證砌塊產品的質量，原料的質量和配比必須合格與經濟。

　　二、原料性能

　　為了從技術上證明該鐵礦的原料是否可以利用，我們按生產砌塊的粗細骨料要求，對原料進行了系統的性能檢測。

　　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，均為太古代變質巖，巖石堅固、耐用，化學成分合格、穩定。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。

　　性能檢測內容見表1，結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

*該碎石級配按連續粒級公稱粒級5-10mm評定：10mm篩余合格，5mm篩余比標準規定小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，對制作砌塊的質量不會造成影響。

　　該尾礦的化學成分為(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，化學成分基本符合原料要求。

　　該尾礦篩分結果顯示粒度較細，其細度模數剛剛達到特細砂的標準，遠不符合生產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骨料級配要求中的細砂，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，不符合我們開發的初衷。因此試驗中用來作為細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工序，增大生產成本。

　　其它性能檢測見表2，結果表明尾礦作為細骨料在性能指標上基本合格。

 　                           表2  尾礦性能檢測表

*該砂細度模數為0.8，屬特細砂。

　　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骨料，但由于原料本身在顆粒形態、粒度分布等方面的先天不足，為保證制品的最終強度，在設計配比時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，同時測定了其工作度（維勃度）并分別在養護3天、7天、28天后測試其抗壓強度，試配結果各項性能指標均達到設計要求。

表3  混凝土試配及28天抗壓強度檢測表

　　三種配比的試驗結果說明，用密云鐵礦的圍巖碎石和尾礦分別為粗細骨料配制的干硬性混凝土能完全達到設計強度，其各種規律與普通粗細骨料配制的混凝土基本一致。

　　四、砌塊試制

　　本次試驗砌塊的設計強度等級為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，規格為390×190×190mm。共設計兩種砌塊配方，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護28天，作常規檢測，結果如表5：

表5  砌塊抗壓強度檢測表

檢測表明，上述兩種配方的砌塊抗壓強度都達到設計要求，其它指標也滿足標準，能生產出合格產品。

　　五、經濟分析

　　以年產200萬塊標準砌塊為例，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

碎石加工費用按15元/噸計，水泥按340元/噸計，工業用水按1元/噸計，尾礦不計成本，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為每立方米220元左右，合計每塊售價為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。

　　用水量在實際生產時會根據具體情況有所變化，但通過上述計算可以看出，密云鐵礦的固體廢料用來制作混凝土小型空心砌塊在經濟方面是可行的，其固體廢棄物的最高利用量在原料配比中可達85%，其中尾礦用量可達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，通過試生產階段的調試，可以得出最佳的原料配合比來進行生產，把原料成本控制在最低限度。

　　六、結    論

　　綜上所述，密云鐵礦的圍巖碎石和選礦后產生的尾礦可以分別作為混凝土小型空心砌塊的粗、細骨料加以利用，在技術上和經濟方面都是可行的。

　　利用礦山的固體廢料來生產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業道路，而且減輕了尾礦堆存存在的安全隱患，保護了礦山的生產和生活環境，生產出的綠色建材產品正是國家大力提倡發展的新型墻體材料，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，不僅能節約土地資源及能耗、保護耕地；而且可利用工業廢渣、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骨料，不但可以降低砌塊生產中的原料成本，而且可以走生態建材之路，為礦山尋找出廢棄物再利用的途徑，創造出新的經濟價值。