利用寬城縣鐵尾礦制作免燒磚的研究

1、利用寬城縣鐵尾礦制作免燒磚的研究何紹顕（天津理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300191）摘 要本文針對寬城鐵尾礦對礦區(qū)污染嚴(yán)重問題，提出使用寬城鐵尾礦制造免燒磚的思想，在本文中對鐵尾礦免燒磚的成型工藝進(jìn)行了研究，確定了利用寬城鐵尾礦制造免燒磚的最佳配比方案、養(yǎng)護(hù)條件和加壓壓力，所制備的免燒磚樣品符合“非燒結(jié)垃圾尾礦磚jc/t422-2007”的mu15標(biāo)準(zhǔn),比同等強度的免燒磚水泥用量降低一倍。本項目不但解決了鐵尾礦的綜合利用問題，還大大提高了免燒磚的質(zhì)量，降低了成本。關(guān)鍵詞： 鐵尾礦 高爐水淬渣 免燒磚study on preparation of non-burnt brick from

2、 iron tailings of kuanchenghe shao-xian ,jin jing ,zheng jian ,mu qiao ,zhou xiao-yu(school of materials science and engineering , tianjin university of technology , tianjin 300191 ,china)abstractthe article is based on iron tailings causing serious pollution problem in mining area in kuancheng, pro

3、posing the thought of using iron tailings to produce baking-free brick. in the article the molding process of baking-free brick of iron tailings were studied. the best proportion schemes, the maintainance condition and compression pressure of baking-free brick were determined. the sample of baking-f

4、ree brick prepdprepared was complied with the mu15 standards of “the nonsintering waste tailings brick jc/t422-2007” and lower the cement volume of baking-free brick double than equal intensity. the project not only solves the comprehensive utilization problem of iron tailings, but also improves the

5、 quality of baking-free brick and reduces the cost.key words：iron tailings furnace water-quenching slag baking-free brick0引言近年來，寬城縣礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展迅速，礦業(yè)生產(chǎn)成為全縣的支柱產(chǎn)業(yè)，但在礦業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了大量固體廢棄物鐵尾礦和廢礦渣。如果按照一噸鐵精粉產(chǎn)生1.6噸鐵尾礦來計算，本縣在2006年生產(chǎn)550萬噸精鐵粉，產(chǎn)生的鐵尾礦為867萬噸。鐵尾礦由于粒度細(xì)，造成揚塵和水質(zhì)污染相當(dāng)嚴(yán)重。堆放鐵尾礦的鐵尾礦庫投資巨大，如果鐵尾礦庫的建造不達(dá)標(biāo)，則存在巨大的環(huán)境污染

6、和安全隱患。高爐水淬礦渣由于塊大，密度小，堆放侵占農(nóng)田，同樣造成極大的危害。鐵尾礦和高爐水淬礦渣含有大量的非金屬礦物，在建材方面有很好的利用價值。綜合利用鐵尾礦制作免燒磚立足于大量消耗尾礦、產(chǎn)品銷路廣、能耗低和生產(chǎn)工藝簡單【1】【3】。不僅能夠保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)低碳排放，而且為社會和企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟效益。本課題通過對河北省寬城縣鐵尾礦成分、密度和粒度研究，并分析鐵尾礦活性的激活劑，研制出以寬城鐵尾礦及當(dāng)?shù)刭Y源為原料，生產(chǎn)低成本、高質(zhì)量免燒磚的配方和工藝，用免燒磚代替當(dāng)?shù)氐氖褂玫臒Y(jié)磚可以為當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大效益。1鐵尾礦分析1.1鐵尾礦化學(xué)成分經(jīng)過測試，河北省寬城縣地區(qū)鐵尾礦屬于高硅型

7、鐵尾礦，其中含有二氧化硅77%，三氧化二鋁5.1%，不含鉛、鎘、鉻、汞、砷等有害元素和放射性物質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的建筑材料成分，其化學(xué)成分如表1。表1 寬城鐵尾礦化學(xué)成分 %成分sio2al2o3fe2o3caomgok2ona2o含量775.12.66.94.72.41.5根據(jù)有關(guān)資料，生產(chǎn)建筑制品對原料sio2成分的要求大于65%，建筑制品即可達(dá)到足夠的強度和耐磨性。1.2鐵尾礦的粒度和堆積密度經(jīng)過鐵尾礦篩分測試，其細(xì)度模數(shù)為0.98，可以作為生產(chǎn)免燒磚細(xì)集料使用。經(jīng)過鐵尾礦密度測定，其平均密度為1.41g/cm3。集料適宜的密度為1.22.5 g/cm3，符合規(guī)定。如果密度過低，免燒磚的強度低；

8、密度太高，免燒磚的保溫隔熱性能就會降低。1.3鐵尾礦的活性分析鐵尾礦中存在著一些礦物膠體，在石膏堿性環(huán)境激發(fā)下，這種膠體可與水泥中的膠體發(fā)生離子交換，形成新的凝膠物質(zhì)，增強了免燒磚的強度。研究表明，水泥在水化過程中與石英顆粒能較緊密地結(jié)合，僅次于石灰石和白云石。而且石膏還能解決鐵尾礦過細(xì)而引起的免燒磚脫砂等問題。2免燒磚試驗研究使用鐵尾礦、高爐水淬礦渣等礦物廢棄物為主要原料，以硅酸鹽水泥為礦物膠。另外，石膏可以作為鐵尾礦、高爐水淬礦渣的活性激活劑，增加免燒磚的強度，并減小水泥的用量。2.1試驗試塊本試驗試塊設(shè)計強度為10mpa，所選水泥為32.5普通硅酸鹽水泥。將原料稱重混勻、加水充分?jǐn)嚢韬蠓?/p>

9、入模具中在壓力機上壓制成型，其壓力大小選取2325mpa。試塊尺寸為505050。試塊成型流程如圖1。計量計量計量鐵礦渣水泥鐵尾礦石膏水一次混合二次混合成 型計量自然養(yǎng)護(hù)圖1 免燒磚試塊成型流程圖2.2養(yǎng)護(hù)條件試塊壓制出模后進(jìn)行28天自然養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)后測定免燒磚試塊抗壓強度。3試驗分析影響試驗結(jié)果的因素主要有鐵尾礦和高爐水淬礦渣的配比、水泥含量、石膏含量等。3.1鐵尾礦與高爐水淬礦渣配比對試塊性能影響高爐水淬礦渣是煉鐵過程中產(chǎn)生的廢棄物，經(jīng)過高溫熔融，經(jīng)水淬急劇冷卻液態(tài)熔融礦渣而得到的產(chǎn)品。其中大多數(shù)固化為玻璃體渣，其特點質(zhì)量輕、并具有潛在的膠凝活性【4】。經(jīng)測定高爐水淬渣的細(xì)度模數(shù)為3.21，

10、可以提高原料的總體粒度。所謂的顆粒級配良好，就是骨料中大小顆粒相互搭配，彼此鑲嵌，較大一級顆粒形成的空隙由次一級顆粒填充，次一級顆粒構(gòu)成的空隙再由下一級顆粒填充，一級級填充下去，使之達(dá)到緊密堆積，空隙率最小，中心質(zhì)含量最低，從而達(dá)到既提高材料強度、韌性和耐久性，又節(jié)省凝膠材料的目的【5】。因此顆粒級配良好是制備優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關(guān)鍵因素。水泥含量為18%、水含量為9%保持不變，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定水淬礦渣與鐵尾礦之比對試塊強度的影響，結(jié)果如圖2。圖2 水淬礦渣與鐵尾礦配比對免燒磚強度影響由圖2可以看出，水淬礦渣與鐵尾礦之比為4:65:5時，免燒磚強度最大，并且可以使免燒磚的強度。3.2石膏含量對試塊性能

11、影響為了達(dá)到所需強度，需要水泥含量較大，同時在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后會出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象。為了解決上述問題，在免燒磚中加入適當(dāng)含量的石膏，為水淬礦渣和鐵尾礦提供堿性環(huán)境，激發(fā)水淬礦渣潛在的凝膠活性，提高免燒磚強度，同時能夠避免試樣出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象。水淬礦渣與鐵尾礦之比為4:6、水含量為9%保持不變，分別選取石膏含量從4%10%進(jìn)行研究，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定石膏含量對免燒磚強度影響，結(jié)果如圖3。圖3 水泥含量對免燒磚強度影響由圖3可以看出，隨著石膏含量改變，免燒磚強度急劇改變，對強度影響較大。石膏含量在6%8%免燒磚強度最大。3.3在石膏環(huán)境中水泥含量對試塊性能影響為了增加鐵尾礦利用率，降低成本，減少水泥用量，同時保證

12、免燒磚強度，在加入少量石膏后可以適當(dāng)降低水泥含量。石膏含量為6%、水含量為9%、水淬礦渣與鐵尾礦配比為4:6保持不變，分別取水泥含量為10%18%，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定水泥含量對免燒磚強度影響，結(jié)果如圖4。圖4 在堿性環(huán)境中水泥含量對免燒磚強度的影響由圖4可以看出，在加入6%的石膏后，當(dāng)水泥含量為10%時，抗壓強度能夠達(dá)到17.5mpa，超過設(shè)計強度，符合標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)水泥含量在12%16%時，強度迅速增加。4結(jié)論（1）高爐水淬礦渣質(zhì)量輕、細(xì)度模數(shù)比鐵尾礦高，而且膠凝活性也高，配合鐵尾礦制作免燒磚，不但可以提高免燒磚的強度，還有利于制造輕質(zhì)建材，并能減小單獨使用鐵尾礦制造免燒磚而出現(xiàn)的脫砂缺陷。高爐水

13、淬礦渣與鐵尾礦之比為4:65:5時，免燒磚強度最大。（2）石膏可以激發(fā)高爐水淬礦渣的膠凝活性，大幅度地提高免燒磚的強度，加入6%石膏，免燒磚強度可以提高一倍，并可以顯著減少水泥含量，以降低成本，含量6%8%免燒磚強度最大。（3）利用寬城鐵尾礦制造免燒磚的最佳配比方案如下：鐵尾礦 37%44.4%高爐水淬礦渣 29.6%37%水泥 10%石膏 6%8%水 9%10%養(yǎng)護(hù)條件：28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；施壓壓力：2325mpa；免燒磚樣品抗壓強度1719mpa，并表面細(xì)膩，無明顯脫砂現(xiàn)象，吸水率良好，符合“非燒結(jié)垃圾尾礦磚jc/t422-2007”的mu15標(biāo)準(zhǔn),比同等強度的免燒磚水泥用量降低一倍。本項目不

14、但解決了鐵尾礦的綜合利用問題，還大大提高了免燒磚的質(zhì)量，降低了成本。5鐵尾礦免燒磚發(fā)展前景國家在墻改政策中提出“禁止毀田制磚，保護(hù)土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的口號時，特別明確指出從2003年6月起，在170個城市禁止生產(chǎn)和使用粘土實心磚，其他城市也將陸續(xù)取締粘土實心磚的生產(chǎn)【6】。而尾礦免燒磚將會逐步取代粘土磚的生產(chǎn)，成為建材市場的主流。尾礦免燒磚的成功研制，不僅減少了資源的浪費，變廢為寶，降低了產(chǎn)品的成本，更重要的是治理了環(huán)境的污染，真正的做到了資源的綜合利用，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)1 郭春麗.利用鐵尾礦制造建筑用磚j.磚瓦，2006（2）：42-442 梅元杰，趙鑫.免燒磚替代燒