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中图分类号K Z 三 U D C6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码 Q 5 3 3 密级坌珏 利用尾矿制备免烧免蒸砖的试验研究 E x p e r i m e n t a lS t u d y o nP r o d u c t i o no fE c o - f r i e n d l y B r i c l 【sf r o mT a i l i n g s 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 汪洲 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 易龙生教授 论文答辩日期2 垒生丝兰 答辩委员会主席 中南大学 二。一四年五月 万方数据 学位论文原创性声明 ㈣㈣㈣洲㈣ Y 2 6 8 6 11 2 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确． 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名』垄型 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名翮签名盈妙 万方数据 利用尾矿制备免烧免蒸砖的试验研究 摘要目前，我国的尾矿库存量非常大，而且类型很多，这些尾矿不 但污染生态环境、浪费土地资源，而且还存在安全隐患、造成资源浪 费。如何处理这些尾矿也成为了一个亟需解决的问题，利用传统的方 法，如建设尾矿坝进行堆存、用于充填采空区，但尾矿的资源化利用 方向越来越得到重视，其中利用尾矿制作免烧砖的方向得到青睐。 本文对铁尾矿和铝土矿尾矿进行了化学元素分析、粒度分析和 Ⅺm 衍射分析，以它们为主要原材料制备免烧免蒸砖，主要的研究 内容和结果如下 1 利用铁尾矿制备免烧免蒸砖时，最佳成型水分为1 l ％，成 型压力为2 0 M P a ，水泥用量和铁尾矿用量分别为1 5 ％和8 5 ％。在上 述工艺条件下，添加标准砂1 5 ％时，试件的2 8 d 无侧限抗压强度为 1 1 ．6 7 Ⅷa 。添加外加剂氯化钙为1 ％时，试件的7 d 和2 8 d 的无侧限 抗压强度分别达到1 5 ．0 6 M P a 和1 8 ．5 3 M P a ，满足非烧结垃圾尾矿砖 M U l 5 级别要求。 2 利用铝土矿尾矿和铁尾矿混合尾矿制备免烧免蒸砖时，最 佳成型水分为1 2 ．5 ％，水泥用量、铁尾矿用量和铝土矿用量分别为 2 0 ％、5 0 ％和3 0 ％。在上述工艺条件下，添加混合外加剂Y - 2 后，在 用量为1 ％时，2 8 d 无侧限抗压强度为1 6 ．3 7 Ⅷa ，满足非烧结垃圾 尾矿砖M U l 5 级别要求。 3 试验评价了尾矿免烧免蒸砖的性能’密度等级、吸水率、 饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能，均符合建材行业标准 要求。图3 4 幅，表2 2 个，参考文献6 7 篇。 关键词铁尾矿、铝土矿尾矿、免烧免蒸砖、外加剂、水泥 分类号X 7 5 3 万方数据 E x p e r i m e n 切lS t u d yo nP r o d u c t i o no fE c o f r i e n d l yB r i c k s f 】r o mT a i l i n g s A b s t r a c t A tp r e s e n t ，t 1 1 eS t o c kV 0 1 u m e so ft a i l i n g si sl a r g ea n dw h i c h e x i S t e di nm a n yd i 自睹r e n tk i n d so f t y p e si nC h i n a ．T h e s et a i l i n g sw i l ln o t o n l yp o l l u t et h ee c o e n V i r o n m e n ta n dw a S t et h e1 a n dr e s o u r c e s ，b u ta l s o e x i s t e da sas e c u r i t yr i s k ，w h i c hw i l l1 e a dt oaw a s t eo fm i n e r a lr e s o u r c e s e v e n t u a l l y ．H o wt od e a lw i t l lt h e s et a i l i n g sh a sb e c o m ea 1 1u r g e n tp m b l e m ， t r a d i t i o n a lm e t h o d ss u c ha sc o n s 臼- u c t i n gt a i l i n g sd a ma n db a c k f i l l i n g m i n e d o u ta r e ac a I lc o n s u m e1 a 唱eV o l u m e so ft a i l i n g s ．W h i l er e s o u r C e u t i l i z a t i o no ft a i l i n g sh a sb e e nm o r ep o p u l a ri nw h i c hp r o d u c i n g e c o 一衔e n d l yb r i c k sw i t l lt a i l i n g sh a Sr e c e i V e df o c u sa t t e n t i o n ． I nt h i sp 叩e r c h e m i c a le l e m e n t a la 1 1 a l y s i s ，p 砒i c l es i z ea n a l y s i sa n d Ⅺ①d i f | 晌c t i o na n a l y s i so fi m na n db a u x i t et a i l i n g sw a sc o n d u c t e da n d w eu t i l i z e dt 1 1 e ma st h em a i nm a t e r i a l st op r o d u c en o n f i r e da I l d s t e a m e d f 琵eb d c k s ．T h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf I o l l o w s 1 T h eo p t i m u mf o r m i n gw a t e ra n df o 册i n gp r e s s u r ew a s11 ％a n d 2 0 N 任’a ，r e s p e c t i V e l y ，w h e ni r o nt a i l i n g sw a su s e dt op r o d u c eb r i c k s ．7 I ’h e o p t i m u mc e m e n tc o m e n ta n dc o n s u m p t i o no fi m nt a i l i n g sw a s15 ％a n d 8 5 ％，r e s p e c t i V e l y ．U n c o n f i n e dc o m p r e s s i V es t r e n g t hf o r7 da n d2 8 do f b r i c k sw i t hi r o n t a i l i n g s c a na c h i e V el5 ．0 6 M P aa n d18 ．5 3 M P a ， r e s p e c t i V e l y ，w h e nt h ea m o u n to f1 ％c a l c i u mc h l o r i d ew a sa d d e d ，w h i e h r e a c h e dM U l5 ． 2 T h eo p t i m u mf o m l i n gw a t e rw a s12 ．5 ％w h e nu t i l i z i n gc o m b i n e d t a i l i n g st op r a C t i c en o n f i r e da n ds t e a I l l e d f b eb r i c k s ．T h eo p t i m u m c e m e n tc o n t e n t ，c o n s u m p t i o no fi r o nt a i l i n g sa n dc o n s u m p t i o no fb a u 【i t e t a i l i n g sw a s2 0 ％、5 0 ％a 1 1 d30 ％．U n c o n 丘n e dc o m p r e s s i V es t r e n g mf o r 2 8 do fb r i c k Sw 沛c o m b i n e dt a i l i n g sc a l la c h i e V e16 ．3 7 M P a ，w h i c h r e a c h e d Ⅳ【U 1 5 ． 3 T h e e x p e r i m e n t a l s os t u d i e d p r o p e r t i e s o fn o n f i r e da n d s t e a m e d f l r e eb r i c k s b r i c kd e n s i t yl e V e l ，w a t e ra b s o r p t i o n ，s a t u r a t i o n c o e f h c i e n t ，f ．r o s tr e s i s 切n c e ，r e s i s t a n c et os o R e n i n g ，a l k a l ir e s i s t a n c e ， w h i c ha r ei n 】i n ew i t ht h en a 髓o n a ls t a n d a r d ． K e y w o r d s i m nt a i l i n g s ，b a u x i t et a i l i n g s ，n o n f i r e d a n dS t e a m e d 一行e e I l l 万方数据 b r i c k s ，a d d i t i v e s ，c e m e n t C l a s s i l f i c a t i o n X 7 5 3 I V 万方数据 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 尾矿的概念及危害⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 尾矿的综合利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 尾矿再选与有价元素的回收利用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2 1 ．2 - 2 尾矿用作建筑材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．3 尾矿用于生产装饰材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．4 尾矿用于充填采空区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．5 尾矿的其他用途⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 免烧砖的概念和分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1 免烧砖的概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～4 1 ．3 ．2 免烧砖的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 ．4 国内外利用尾矿制各免烧砖的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 ．1 国内外利用铁尾矿制作免烧砖的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．4 ．2 国内外利用铜尾矿制作免烧砖的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．4 ．3 国内外利用其他尾矿制作免烧砖的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．5 研究意义及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 1 ．5 ．1 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．5 ．2 课题研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 实验原料、仪器及实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．1 实验原料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 实验仪器及设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l7 2 1 3 实验方法与测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l9 2 ．3 ．1 实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 ．2 测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 利用铁尾矿制作免烧免蒸砖的工艺试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．1 成型工艺对试件的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．1 ．1 成型压力对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．1 ．2 成型水分对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 水泥用量对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 V 万方数据 3 ．3 标准砂对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．4 铁尾矿免烧免蒸砖的外加剂试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．4 ．1 水玻璃对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．4 ．2 硫酸钠对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 | 4 ．3 氯化钙对试样的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 4 利用混合尾矿制作免烧免蒸砖的工艺试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 4 ．1 单独利用铝土矿尾矿的探索性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．2 用水量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 1 3 混合尾矿免烧免蒸砖的标准砂用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．4 混合尾矿制作免烧免蒸砖的配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．5 混合尾矿免烧免蒸砖的外加剂试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．5 ．1 水玻璃用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．5 ．2 硫酸钠用量试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．5 ．3 混合外加剂试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．6 ，J 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 4 5 尾矿免烧免蒸砖的性能试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．1 密度等级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．2 吸水率和饱和系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．3 抗冻性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．4 抗软化性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．5 耐碱性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 6 强度形成过程与机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 6 ．1 强度形成过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 6 ．2 强度机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 7 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 7 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 攻读硕士学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 万方数据 硕士学位论文 l 绪论 1绪论 1 ．1 尾矿的概念及危害 在选矿过程中，尾矿为选矿厂的尾矿浆脱水后形成的固体废弃物，其一个重 要的特点是目标组分较低。 广义上的尾矿也包含那些开采中产生的废石。在当时的技术条件下，它们很 难得到进一步的分选，而随着选矿技术的发展，尾矿中存在的目标组分还可能得 到进一步的分选，而且，也可以采用例如制作建筑材料等方式，合理地利用这一 部分被错放了的资源。 显然，尾矿会在很多方面造成危害 1 污染生态环境 由于选矿厂产生的尾矿颗粒粒度细，长期堆存容易产生飞尘，在降雨的天气 条件下，会沉淀下来进入土壤，对大气和土壤产生污染。长期堆存的尾矿在干燥 风大的环境中能被扬起，甚至产生沙尘暴等恶劣的天气现象，使得这些化学物质 发生迁移和转化，对大气、水体等造成影响，并导致植被破坏、土地退化和环境 污染，最终威胁人类的生命健康。 2 浪费土地资源 长久以来，尾矿处理多为堆存的方式，这种方法带来一个很大的问题由于 大量的耕地、良田用于修建尾矿坝，所以造成极大的土地资源浪费。现如今，尾 矿的产量越来越大，按目前的处理的方式，在不久的将来，对土地资源造成破坏， 最终导致生态失衡。 3 存在安全隐患 现如今，建设尾矿坝是处理尾矿的主要途径，尾矿堆存慢慢地达到尾矿坝容 量的上限，这种情况会导致尾矿坝的坝体高度越来越高，特别是坝体高度超过一 百米，～旦发生溃坝事故，破坏程度不亚于地震。 4 造成资源浪费 目前，很多选矿厂的选矿工艺流程的不合理性造成很多问题，其中之一是， 被丢弃的尾矿品位很高，大量有价金属元素和非金属矿物仍然遗留在尾矿中，但 鉴于矿物自身的复杂性质和选矿技术的原因，这类矿物没有被合理的利用而遭到 了极大的浪费。如今，富矿越来越少，而尾矿如果能合理地得到利用，会产生巨 大的社会经济效益。 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 1 ．2 尾矿的综合利用现状 1 ．2 ．1 尾矿再选与有价元素的回收利用 通过研究前沿的选矿技术，优化现有的工艺流程，可从废弃的尾矿中提取出 有价的金属元素，最大限度利用日渐枯竭的资源。在尾矿再选方面，国内外的很 多研究人员进行了大量工作。 杨龙等l I J 对梅山某铁矿进行分析后得出矿石中存在大量的弱磁性铁矿物， 如菱铁矿、赤铁矿等，运用强磁选工艺后尾矿的B F e 过高。他们将原来的工艺改 造成强磁选分步浮选后，能很好地达到褐铁矿、菱铁矿与其他矿物分离的目 的，提高了5 个百分点，获得品位为4 2 ．7 5 ％的铁精矿。 霍涛等口J 对某硫铁矿尾矿进行再选试验。采用一粗二精二扫闭路流程和一粗 一精一扫闭路流程，前者得到品位和回收率分别为3 3 ．4 8 ％和6 5 ．2 8 ％的铁精矿， 后者的铁精矿品位为3 2 ．8 4 ％，回收率为7 0 ．1 6 ％，效益得到了提升。 桂夏辉等【3 j 为从铜镍尾矿中回收金属元素N i ，采用二粗三精浮选工艺流程， 其中的分选设备为旋流静态微泡浮选柱，得到的精矿和尾矿的品位分别为 2 ．6 1 5 ％和O ．2 1 9 ％，很好地达到对难选贫细硫化镍矿高效分选的目的，对于贫杂 矿的分选有指导意义。 曾懋华等【4 J 采用如下工艺流程0 ．0 7 4 m m 细筛分级，摇床重选，控制N a 2 S 的用量和浮选时间，可以从凡口铅锌矿尾矿中回收铅锌。 潘瑞桃等1 5 J 利用新疆哈图金矿尾矿库的尾矿，优化设备组合，设计出全新的 尾矿再浮选工艺流程利用大型化磨机对尾矿进行再磨工艺，大型化浮选机为粗 扫选设备，回收率能达到8 0 ％，产生很大的经济效益。 吴国兰等【6 】开发出新型工艺流程对磷矿石重介尾矿进行筛分后，筛下物返 回重选。采用此种方法，获得的磷精矿为2 7 ．5 ％，有效地降低了尾矿品位，提高 回收率，提高矿物资源的综合利用率，增加企业效益。 潘鑫等【7 J 改变传统工艺方法，利用超声波预处理技术，发现在处理河南某选 厂的难选钼尾矿时，对其中微细颗粒浮选有很好的效果。 C h a oL i 等1 8 】对辽宁鞍山铁尾矿进行化学分析与物相分析后，通过实验室试 验确定炭与铁尾矿的最大配比，对原矿进行焙烧一磁选工艺处理。炭与铁尾矿 的最佳比例为l 1 0 0 ，在温度为3 0 0 ℃下焙烧3 0 m i n 后磨矿1 5 m i n ，可以获得品 位为6 1 ．3 ％的铁精矿，回收率可高达8 8 ．2 ％，可以有效利用鞍钢大量的尾矿。 M i n eO z d e m i r 等【9 J 为回收菱镁土尾矿中的氯化镁，通过试验最终确定的最佳 实验参数浸出温度为4 0 ℃，浸出时闯为6 0 m i n ，搅拌速度为1 2 5 0r p m ，酸度 2 万方数据 硕士学位论文1 绪论 为1 ．0 M ，固液比为1 0 9 ／L ，颗粒粒径为1 0 0 H m 。在上述条件下可获得9 1 ％的 M g C l 2 6 H 2 0 。 M i c h e lS h e n g oL u t a l l d u l a 等【1 0 】通过改变浮选药剂用量，对刚果的一处氧化铜 钴尾矿试验后发现铜和钴的回收率可分别达到4 4 ．8 0 ％和8 8 ．3 0 ％，品位分别为 3 ．3 1 ％和2 ．2 2 ％，可以达到回收金属的目的。 M i c h e l l yS ．O l i v e i r 等⋯J 以巴西某磷尾矿为研究对象，发现可以用联合捕收 剂获得P 2 0 5 的精矿，回收率为4 6 ．2 ％，品位为2 9 ．4 ％、有效地从尾矿中回收有价 成分。 1 ．2 ．2 尾矿用作建筑材料 1 ．2 ．2 ．1 作墙体材料 墙体材料具有如下等特点隔音隔热、保温防火、质量较轻。如今，墙体材 料的研究多采用废料为主要原料，主要类型有煤矸石、石粉、粉煤灰、矿渣等。 喻杰等【l2 】利用湖北省黄石地区某铁尾矿为主要原料，胶凝剂为水泥，对试 件的导热系数、抗压强度、容重等参数实验后发现，在水灰比为0 ．8 ，水泥、激 发剂、珍珠岩、铁尾矿的质量比为1 0 ．2 5 0 ．6 3 2 ．5 时，试件的2 8 d 无侧限抗压强 度大于5 M P a ，导热系数和容重都满足性能要求。 喻振贤等【l3 】用铁尾矿为主要原材料，充填材料和胶凝材料分别为废旧P S 颗 粒和水泥，加入一定的阻燃剂和激发剂后，可以制成阻燃型轻质保温墙体材料。 1 ．2 ．2 - 2 作道路材料 尾矿可以作为路基材料，广泛地应用到道路施工过程中，在这方面有大量的 研究。 许云山【l4 J 以张石高速某一路段为试验路段，对比三个研究方案后确定全部 利用尾矿渣，由于添加了水泥和土壤固化剂，对尾矿渣进行改性，之后回填，通 过试验确定，水泥掺量为5 ％．6 ％，土壤固化剂为O ．0 4 ％一0 ．0 6 ％。试验路段在后续 耐久性实验中，经过雨季的考验，效果很好，路基很稳定。 李军等【l ”因地制宜，采用石棉尾矿 取自雅泸高速公路K 1 1 2 一K 1 4 5 路段附 近 作路面沥青混合料的集料，选用A C ．2 0 C 型混合料，当最佳油石比为4 ．4 ％ 时，铺设出的路段达到相应技术要求，能很好地利用石棉尾矿。 1 ．2 ．3 尾矿用于生产装饰材料 尾矿可作为原料用以生产微晶玻璃、胶凝材料等装饰材料。 万方数据 硕士学位论文l 绪论 陆占清等l l6 J 以铝土矿尾矿为主要原材料，分析和研究矿相组成、微观结构、 激发剂用量、水胶比以及胶骨比。制成抗压强度为1 0 ．7 8 M P a ，以尾矿为主要材 料的新型高强轻质泡沫复合材料。 仉小猛等【l 刀通过向铁尾矿中添加炭黑，采用高温渗硅反应烧结制备工艺制 成抗折强度达1 3 0 M P a 的s i C ／F e 。S i ，复合材料，工艺性能得到极大的提高。 胡佩伟等【博】通过试验研究发现，在高岭土尾砂中掺入合适的化学激发剂， 在共同研磨后掺加到普通的硅酸盐水泥中，可以制成性能强于水泥的新型水泥胶 凝材料，具有很强的经济与社会效益。 1 ．2 ．4 尾矿用于充填采空区 采矿过程中产生了大量的采空区，存在巨大的地质隐患，危害人类生命财产 安全，尾矿用于充填采空区这一方法恰恰能解决问题。 刘声雷【19 】为解决胶结充填问题，采用了一系列方法如密闭墙设计、滤排 水和料浆配制充填控制。他还以空区内的充填体为研究对象，进行抗压试验，试 件强度为O ．9 ～2 ．3M P a ，此充填过程花费1 2 6 天，充填量为1 3 万m 3 ，满足高效 充填指标，符合设计要求。 王文彬等【2 0 】采用铁尾矿充填采空区，消耗了本矿南沼河铁矿和邻矿中大量 的尾砂，解决了采空区塌陷问题，经济效益和环保效益显著。 1 ．2 ．5 尾矿的其他用途 在矿业领域中，因生产过程中出现挖掘、坍落、压占等现象，对土地造成极 大破坏，尾矿复垦可以使破坏的土地恢复到可供利用的状态。很多研究【2 1 ‘2 3 】都表 明尾矿复垦不但可以解决矿山企业大量堆积的尾矿问题，还可以恢复矿山废弃 地的生态环境，是一项利国利民的举措。 尾矿可以用作生产耐火材料，制作土壤改良剂和土壤肥料，还可以将尾矿作 为建筑用砂，作为路面沥青掺混料。 1 ．3 免烧砖的概念和分类 1 ．3 ．1 免烧砖的概念 免烧砖是指利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或天然砂等 一种 或数种 作为主要原料，无须煅烧而制造的一种新型墙体材料，又称非烧结砖。 4 万方数据 硕士学位论文l 绪论 免烧砖具有节能、环保等特点，符合可持续发展的理念。 1 ．3 ．2 免烧砖的分类 免烧砖的分类方式有很多种，现就主要的分类方式作简要介绍。 1 按生产工艺分 蒸养砖免烧砖成型以后，在常压下添加蒸汽，养护而成。质量适中，生产 效率不好，由于具有投资小易实施等特点，这种类型的砖也获得了部分的市场认 可。 ． 蒸压砖主要原料为各种固体废弃物，经成型后，在高温高压条件下，蒸压 釜中成型。由于养护条件优越，成型后的试件往往质量较好。 免烧免蒸砖在成型以后置于常温常压条件下养护而成。其养护周期比较长， 质量则差于蒸压养护或蒸汽养护制成的成品砖。现如今，各国都在力求减少温室 气体排放量，走可持续发展之路，而免烧免蒸砖具有耗能较低，养护设备简单等 特点，获得了较多的关注，在新型墙材中具有很迅猛的发展势头。 2 按结构分 微孔发泡砖采用微孔发泡成型技术，浇注成型的新型免烧砖。微孔发泡砖 的内部具有微小球形封闭气孔，保温效果优良并且密度小，在保温墙体材料中应 用广泛。 空心免烧砖又名多孔砖，砖体内部有方孔或圆孔，孔洞率一般大于2 0 ％。 空心免烧砖具有质量轻、密度小、成本低等特点，能减少建筑用砖的重量，减少 基础梁的承重负担，提高建筑的保温隔热效果，具有很好的发展前景。 实心免烧砖砖体内部没有孔洞结构，为密实砖体，外形和结构特点极度类 似于实心粘土砖。易于成型、易于制作，但由于具有密度大、质量高、成本高等 特点，越来越被建筑建材市场所摒弃。 3 按固体废弃物的种类分 粉煤灰砖采用粉煤灰为主要原料，掺加水泥、石灰等原料所制成的免烧砖。 由于粉煤灰在国内的产量很多，粉煤灰砖的市场认可度比较高。 煤渣砖以煤渣和水泥为主要原料，采用压制成型的工艺制作而成的免烧砖。 废渣砖采用煤矸石、废弃建筑材料、矿渣、冶炼渣、河砂、污泥、尾矿等 固体废弃物为主要原材料制成的免烧砖。尾矿免烧砖是其中的一种废渣砖。 4 按孔形分 方孔免烧砖方孔兔烧砖是新型的空心免烧砖的品种，孔形为方形、长方形 或是异形，孔洞率最高可达5 0 ‰远高于圆孔免烧砖。 圆孔免烧砖圆孔免烧砖是传统免烧砖的空心品种。它的孔形是圆形的，孔 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 洞率比方孔要低，一般为2 0 ％一3 0 ％。这种砖的密度要比方孔砖大，易于成型的 优点使其推广较为广泛。 除了以上的一些主要的分类方法外，还有按密度、结石中成分的分类方式， 而本文研究的免烧免蒸砖是以尾矿为主要原料，不经烧结蒸养养护而成盼免烧砖。 1 ．4 国内外利用尾矿制备免烧砖的研究现状 1 ．4 ．1 国内外利用铁尾矿制作免烧砖的研究现状 铁尾矿是我国推存量最大的一种尾矿，我国现有8 0 0 0 多个国营矿山和1 l 万 个集体矿山I 川。2 0 1 0 年，全国铁采选业产生的固体废弃物量为3 1 9 6 8 ．8 7 万吨， 而综合利用率只有2 0 ．8 3 ％，仅有6 6 5 7 ．9 4 万吨的铁尾矿得以利用t 2 5 1 。而国外的 铁尾矿利用率同样不高，印度作为世界第六大铁矿石储备国，大约1 0 ‰1 5 ％的 铁矿石开采后，被当做尾矿来处理【2 6 1 ；在加拿大的梅萨比地区，矿石的平均品 位已降低到了2 5 ％，大约四分之三要当做尾矿处理1 2 7 】。由于铁尾矿富含C a 、S i 元素，容易与水泥等熟料发生化学反应而提高产品的性能，对于减少能源的消耗 和优化产品工序有很大帮助。 当前，为了减少铁尾矿对于社会和环境的巨大压力，国内外的学者探究了利 用铁尾矿制作环保砖的可行性。 高春梅等【2 8 】为利用尾矿制作免烧砖，对铁尾矿 为镁质矽卡岩型 进行化 学元素分析，发现M g O 的含量为3 5 ．6 8 ％，高于一般的1 0 ％的含量；进行级配 试验、水泥用量试验、水用量试验和外加剂试验，得出各因素的最佳用量为中 砂2 5 ％，水泥1 0 ％，水1 2 ％，外加剂3 ％，其中外加剂使用的是减水剂木质磺酸钙 和早强剂氯化钙，试件的无侧限抗压强度可大于1 5 M P a ，制得的砖样满足国标 M U l 5 级别 试件强度大于1 5 ．0 M P a 要求，为类似矿山如何利用尾矿的问题， 提供理论依据和实践经验。 何廷树等【2 9 】为制备干压免烧砖 M U l 5 级 ，以陕西省某铁尾矿为主要原料， 添加少量水泥，并结合适量当地河砂，研究铁尾矿与河砂的质量比、水泥用量、 用水量、成型压力以及化学外加剂对尾矿免烧砖抗压强度的影响。试验结果表明 在1 5 M P a 的成型压力下，水泥和用水量分别占固体干料总量的1 0 ％和8 ％，河砂 和铁尾矿的质量比为4 5 5 0 ，葡萄糖酸钠缓凝剂掺量和萘系高效减水剂掺量分别 为水泥量的0 ．0 3 ％和O ．8 ％，制备出的铁尾矿免烧砖的2 8 d 抗压强度为1 6 ．4 M P a ， 其各项性能指标符合非烧结垃圾尾矿砖标准的规定，能为M U l 5 级干压免 烧砖的制作提供思路。 陈章等1 3 0 J 通过以鄂西某矿业公司选矿厂的高磷赤铁矿强磁选尾矿为研究对 6 万方数据 硕十学位论文l 绪论 象，制成的免烧砖最佳配比是尾矿水泥石膏河砂为7 8 1 0 2 1 0 ，水灰比1 5 ％， 其试样的2 8d 抗压强度达到1 2 M P a 。为进一步提高免烧砖试样的强度，研究了 早强剂、减水剂和复合外加剂对强度的影响，试验表明l 、早强剂中，试样的 2 8 d 强度随着N a C l 的用量增加而有所下降C a C l 2 用量增加会提高强度，最佳添 加量为水泥用量的0 ．5 ％；而N a 2 S 0 4 和的三乙醇胺韵添加量分别为2 ．鹏m 叭％ 时，试件的2 8 d 抗压强度分别达到1 4 ．1 M P a 和1 5 ．9 M P a 。2 、当减水剂木质磺酸 钙的用量为0 ．5 ％时，抗压强度能达到1 3 ．3 0 M P a ，增加用量后，试件的强度会减 小。3 、复合外加剂中，当混合N a 2 S 0 4 和三乙醇胺时，可以提高试件的2 8 d 抗压 强度，最佳用量为前者为2 ％，后者为0 ．0 1 ％。通过研究，他们认为试件强度 的提高得益于在水泥水化过程中形成的钙矾石 A F t ，而胶凝材料水化硅酸钙 C ．S ．H 与水化铝酸钙 C A H 同样可以提高试件强度。前者起骨架作用， 后者可以与尾矿密实，最终提高了试样的强度。 曹耀华等【3 l 】为制备免蒸免烧砖，对鞍本地区成分为高硅质尾矿进行试验研 究后发现1 、试样的强度达到最大时，用水量为1 3 ％。过多的水分致使成型后 的试件易变形，过少的水分致使物料间松散，试件没有粘结力而不易成型。2 、 中砂的用量为3 0 ％时，强度最佳，中砂的加入可以起到骨架作用，但是过多的中 砂不会与足够的黏合剂发生作用，导致试样强度降低。3 、水泥和尾矿用量分别 为1 2 ％和5 8 ％时，试样的强度可以达标，水泥用量的增加以及尾矿用量的降低 会提升试样的强度，但是综合考虑下，确定以上的配比。此外，对产品进行的综 合条件试验和检测后发现，均满足M U l O 级别 试件强度大于1 0 ．0 M P a 。 冯学远等1 3 2 J 利用赤城龙关区域的铁尾矿为主要原材料，自然条件下养护， 采用Q T Y 6 一1 6 型液压砌块成型机，压制成型，制作免烧砖。试验结果表明，尾 矿中砂石灰水泥外加剂为4 9 ．6 1 3 ．5 1 9 ．6 1 7 ．3 0 ．0 5 时，抗压强度和抗折 强度分别为l O ．3 M P a 和2 ．8 6 M P a ，满足M U l O 级别，尾矿利用率达到了5 0 ％。 黄凤会等【3 3 l 研究了成型压力、原料配比、碱激发剂类型等参数对于免烧砖 抗压强度的影响，在成型压力为1 8 M P a 时，采用复合激发剂 钢渣粉煤灰 尾矿 3 5 ％3 5 ％3 0 ％ ，强度为3 2 ．1 M P a ，满足J C 厂r4 2 2 - 2 0 0 7 唧l 建材行业标 准要求。 刘超等【3 5 J 为制备水泥尾矿砖，利用河北某铁矿厂的铁尾矿，按计量、搅拌、 搅拌成型、自然养护等步骤，制成1 9 5 m m 9 5 n u n 5 0 I I l n l 的试件，当水泥 1 6 ％一1 8 ％，铁尾矿7 2 ％～7 4 ％，粉煤灰1 0 ％，外加剂O ．3 ％～0 ．6 ％，水用量1 2 ．5 ％～1 4 ％， 强度可达到M u
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