34选矿厂尾矿综合利用及环境保护年评.doc

第34章　选矿厂尾矿综合利用及环境保护年评 傅平丰 邹安华　孙春宝　倪 文 矿山尾矿是一种含有微量金属矿物和大量非金属矿物的二次资源，石英、长石、云母类、石榴子石、角闪石、粘土、辉石及方解石、白云石等碳酸盐矿物，根据尾矿的物理与化学性质，以尾矿可开发的产品如下：建筑用砖、胶凝材料、混凝土集料与骨料、水泥、矿山采空区的充填料、微晶玻璃、隔热保温材料等[1]。近年来为了提高尾矿综合利用率，国家工信部及多个部门已联合编制了《金属尾矿综合利用专项规划(2010~2015)》，从国家决策层面做出尾矿利用规划。经过多年努力，我国在尾矿整体利用上已取得了很大进展。34.1 尾矿综合利用 34.1.1尾矿制备建筑材料 34.1.1.1 尾矿制备胶凝材料 工业废渣混合材，常用的、粉煤灰、煤矸石等，尾矿经粉磨后可用作混合材。不同粉磨方式对混合材活性影响很大，李北星等[2]研究了混合粉磨、单独粉磨、梯级粉磨这三种粉磨方式对铁尾矿-矿渣基胶凝材料性能的影响。结果表明，在粉磨能耗相等的条件下，梯级粉磨制备的铁尾矿-矿渣基胶凝材料的颗粒群分布、强度、水化进程及孔结构优于混合粉磨和单独粉磨；另外，利用梯级粉磨制得的铁尾矿-矿渣基胶凝材料28d抗折强度、抗压强度24.4Mpa和97.0MPa。 朱明等[3]以铁尾矿为掺合料，按铁尾矿20%、高炉矿渣53.5%、水泥熟料20%、二水石膏6%、早强剂氯化钠0.5%，制备出具有一定力学强度的胶凝材料，其强度达到32.5标号的硅酸盐水泥的要求，可替代低标号水泥，又可作为充填采矿的充填胶结材料。 铁尾矿活性较低，孙恒虎等[4]发现经热处理可提高铁尾矿活性，以马鞍山姑山铁尾矿为原料，热处理可使铁尾矿中高岭石发生分解，当高岭石完全分解时，铁尾矿胶凝活性最好，随着活化温度的进一步升高，方解石分解产生的CaO会消耗高岭石分解产生的活性SiO2和活性Al2O3，导致胶凝活性下降；在实验条件中，700热活化处理的铁尾矿胶凝活性最好。 碱激发胶凝材料主要包括碱矿渣水泥、激粉煤灰水泥、碱激火山灰水泥等，而铝土矿选矿尾矿的化学组成主要为SiO2和Al2O3，其矿物中含有一定量的高岭石，因此在一定程度上可满足碱激发胶凝材料的原料要求。叶家元等[5]在低碱、常温条件下制备得到以煅烧铝土矿选尾矿为主要原料的碱激发胶凝材料砂浆，其28d抗折强度10.0MPa、抗压强度60.0MPa，分别经3%的Na2SO4Mg2SO4溶液浸泡28d后，没有发生现象，不仅外观保持完整而且强度略有上升，其结构致密，长期稳定性好。 刘文永等[6]研究了不同铁尾矿对胶凝材料性能的影响，将尾矿、石灰石、铝矾土、煤灰等混合煅烧制成胶凝材料，与GB/175-2007通用硅酸盐水泥标准对照, 铁尾矿掺量为6%的胶凝材料强度达到了52.5硅酸盐水泥标准；铁尾矿掺量为10%的胶凝材料的强度达到了42.5硅酸盐水泥标准；铁尾矿掺量为15%的胶凝材料强度达到了32.5硅酸盐类水泥的标准。 近年来，也有不少研究者利用尾矿制备出了高强水泥熟料，如朱建平等[7]采用铅锌尾矿和页岩配制高C3S硅酸盐并应用XRD对水泥熟料中的C3S进行了研究。结果表明，1500下可以制备出C3S含量高达74.52%的熟料，而普通硅酸盐水泥中C3S的含量仅占55%左右。并且，在回转窑正常煅烧温度下，铅锌尾矿和页岩所配高C3S硅酸盐水泥熟料可以烧成，最高C3S含量可达70.71%。熟料中加入4%的石膏制得水泥，其性能可以达到52.5R硅酸盐水泥的强度要求。掺加20%尾矿粉后水泥可达到普通水泥42.5R 的强度要求，掺加30%尾矿粉后水泥可达到普通水泥32.5R的强度要求。 无论是金属尾矿或非金属尾矿，在经过物理化学改性激发后，都可以具备很好的水化活性，并且性能优越，质量稳定。当作为水泥混合材使用时，金属尾矿混合材会在水泥水化中参与二次反应，也就是尾矿中的活性物质与熟料水化生成物进一步作用，溶解度降低的水化硅酸钙、水化铝酸钙等具有胶凝作用的矿物得 以生成，从而提高了水泥强度。在熟料中按不同的配比掺加6种金属尾矿并对水泥所表现出的强度进行研究时，倪明江等[8]发现当尾矿掺配比为15%~25%时，尾矿水泥强度的递减幅度较小，呈现U型变化规律；另外，还发现水泥的28d强度递减速率较3d强度递减速率降低，认是由于随着水化时间的延长，尾矿潜在活性组份与熟料生成物反应更加充分，水泥强度得到更大发挥。 尾矿自身的化学组成和活性决定了它的特殊性，当被用做水泥原料时，是有最佳掺量范围的，一般只有在这个掺量范围内掺加，才能给水泥生产带来最大的利益。在对磁铁矿尾矿作水泥混合材的研究中，毛裕均等[9]在实验过程中固定混合材总量为30%，分别用5%、10%、15%、20%、25%的尾矿替