河北省铁选厂尾矿生产建筑人工砂试验研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 河北省铁选厂尾矿生产建筑人工砂试验研究① 郭秀平，胡艳巧，李朝晖，危刚，魏利 河北省地矿中心实验室，河北保定0 7 1 0 5 1 摘要通过大量采集铁尾矿样品，对河北省主要类型铁尾矿生产建筑人工砂工艺进行了研究。研究结果表明，采用简单的分选 工艺，河北省部分铁尾矿可以制成合格的建筑人工砂产品，产品质量符合G B ／T 1 4 6 8 4 - 2 0 0 1 中细沙要求。经过颗粒级配后，制砂工 艺中其余细粒级产品可用于生产新型建材。 关键词铁尾矿；建筑人工砂；制砂工艺；颗粒级配 中图分类号T D 9 2 6 ．4文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．1 2 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 - 0 4 6 4 - 0 3 河北省是尾矿库堆存大省，据统计，全省共有大小 铁尾矿库约24 3 2 个。铁矿山排弃的大量铁尾矿不但占 用大量土地、造成土地沙化，耗费大量尾矿库建设和维 护资金，而且还存在潜在的地质灾害隐患。尾矿的直接 大宗利用可以显著减少工业固体废物排放量，是尾矿综 合利用的最主要的方向。利用铁尾矿生产建筑人工砂 就是应用方向之一。经过适当分选与加工，铁尾矿可以 制成建筑人工砂，既解决了建筑用砂短缺和环境污染问 题，又提高了资源利用率，形成综合效益J 。 本文就河北省主要铁矿类型尾矿，选择了河北省 各地有代表性的二等、三等及小型铁尾矿库采集了试 验样品，进行了制砂试验研究。 1 铁尾矿性质测试 铁尾矿是指选矿厂在特定经济技术条件下，将矿 石磨细、选取有用组分后所排放的废弃物∽J 。通常以 矿浆形式排出，个别情况下也有以干砂状态排出。这 部分铁尾矿主要是铁矿在提纯过程中留下的，绝大部 分很细，组成和细度指标相对稳定。 1 ．1 主要铁矿类型矿物成分分析 目前河北省尾矿库堆存的铁尾矿，按照地质成因 基本上可分为沉积型、接触交代型和岩浆型铁矿3 类， 主要分布在唐山、承德、保定、秦皇岛、邯郸、邢台等地 区。沉积型铁矿又称鞍山式铁矿，唐山地区铁矿属前 震旦纪鞍山式沉积变质铁矿；接触交代型铁矿又可分 为邯邢式和涞源式，邯邢式铁矿主要分布在沙河、武 安、涉县一带；岩浆型铁矿都与基性、超基性岩有关。 各类型铁矿矿物成分见表1 。 1 ．2 各地铁尾矿化学成分分析 选取河北省各地有代表性铁尾矿，进行了化学多 元素分析，目的是考察铁尾矿参与化学反应的能力或 表1 各类型铁矿石结构、构造和矿物组成 磁铁矿石、透辉石、 自形、 接触磁铁矿石赤铁矿石透闪石、半自形粒状、 交代型 或含铜磁 菱铁矿 、石榴子石、块状、浸染状、 邯邢式铁矿石 黄铁矿绿泥石 石英 、似条带状、 黄铜矿方解石 白云石角砾状 艄淼‘濑’、篡j 瓣 在化学介质中抗腐蚀的能力。对于用作建材原料的尾 矿来说，主要是指其在碱性C a O H 溶液中所表现的 化学反应活性引。尾矿分析结果见表2 ～4 。 表2 唐山地区铁尾矿多元素分析结果 质量分数 ／％ 表3 邯邢地区铁尾矿多元素分析结果 质量分数 ／％ 样品名称S i 0 2A 1 2 0 3C a OM 鼬T F eM F e SP bP 临城南沟 8 I ．7 370 5O ．9 40 ．5 53 ．0 30 ．2 30 ．1 60 ．0 0 4 70 ．0 3 3 临城兴业 7 1 ．1 99 ．7 63 ．1 01 ．4 75 ．2 21 ．3 20 ．0 1 40 ．0 0 4 70 ．0 9 0 临城向阳 6 9 ．6 18 ．8 33 ．5 73 ．2 86 ．2 60 ．0 6 40 ．3 40 ．0 0 4 40 ．0 7 8 内邱磊鑫 6 6 ．O l9 ．5 53 ．7 53 ．8 76 ．7 40 ．0 6 40 ．5 50 ．0 0 6 80 ．0 9 2 内邱小西 6 9 ．2 97 ．9 43 ．0 4 3 ．3 2 6 ．7 0 0 ．】60 ．7 90 ．0 0 5 90 ．0 7 3 沙河綦村 2 66 56 ．0 03 0 ．4 73 ．8 33 ．9 30 ．4 20 ．0 3 50 ．0 0 7 40 ．0 6 4 沙河十里亭4 2 ．7 640 0 2 1 ．4 37 ．5 78 ．2 61 ．0 31 ．0 90 ．0 0 6 80 ．0 7 1 涉县符山 3 6 ．8 16 ．3 21 7 ．9 4 1 1 ．2 8 6 ．4 5 0 ．1 9 1 ．4 7 0 ．0 0 5 60 ．0 6 5 武安北沼河3 0 ．7 3 3 ．3 62 5 ．4 79 ．1 37 ．2 90 ．0 3 23 ．7 80 ．0 0 3 20 ．0 7 8 武安西石门3 8 ．4 4 6 ．5 41 7 ．7 41 4 ．5 03 ．8 700 3 20 ．4 00 ．0 0 2 70 ．0 8 0 ①收稿日期2 0 1 4 一0 4 1 l 作者简介郭秀平 1 9 6 6 - ，男，内蒙古卓资县人，硕士，高级工程师，主要从事难选铁矿选矿工艺、废弃物综合利用及铁矿企业节能减排评价体系研究。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月郭秀平等河北省铁选厂尾矿生产建筑人工砂试验研究 表4 承德地区铁尾矿多元素分析结果 质量分数 ／％ 1 _ 3 铁尾矿的放射性测试 一般情况下，建筑物的放射性大部分来自建筑材 料中的天然放射性核素，这些放射性物质对公众造成 附加照射，一般表现为全身外照射及其衰变子体的内 照射。对建筑材料放射性物质含量的限值是基于辐射 防护基本安全标准而确定的，并以常见的放射性核素 2 2 6 R a 、2 3 2 T h 和4 0 K 的比活度表征”3 。 根据G B 6 5 6 6 2 0 l o 建筑材料放射性核素限量 标准要求，对铁尾矿样品放射性比活度指标进行测试， 结果见表5 。 表5 铁尾矿比活度测试结果 说明放射性核素限量c R a3 7 0 B q ／k g ，C T h ≤2 6 0 B q ／k g ，C K ≤4 2 0 0 B q ／k g I R a 为内照射指数，，，为外辐照指数 标准要求A 类I R a ≤1 ．0 ，，，≤1 ．3 A 类使用范围不限 ；B 类，R 。≤1 ．3 。l r ≤ 1 ．9 ；C 类l r ≤2 ．8 ；D 类，， 2 ．8 由表5 可以看出，铁尾矿内照射指数，。。 0 ．0 1 ～ 0 ．0 6 ，外照射指数，， 0 ．0 1 ～0 ．2 6 ，内照射指数均小于 1 ．o ，外照射指数均小于1 ．3 ，放射性比活度指标均在A 类材料范围之内，满足民用建筑放射性室内环境污染 的放射性指标，可用于任何民用建筑。 综合性质测试结果，铁尾矿中主要矿物包括石英、 辉石和长石等，性质比较稳定；从化学成分分析，唐山 地区铁尾矿多属于高硅低硫含有少量铁相，7 0 ％以上 的成分为S i O ，主要以非活性硅的石英形式存在。承 德地区和邯邢地区大部分铁尾矿二氧化硅含量在 4 0 ％左右，可利用外掺料提高产品性能，使低硅铁尾矿 在建筑砂领域得到大宗利用。与粘土类中l ％的铁 相、天然砂石中更低的含量相比，铁尾矿砂中一般含有 5 ％～1 0 ％甚至更高的铁相、少量的其他金属，多以稳定 态氧化物形式存在bJ 。铁尾矿的成分分析数据符合 建筑用砂的指标要求。 2 铁尾矿制砂试验 2 ．1 铁尾矿筛分试验 通过预先筛分试验，测定本次邯邢地区铁尾矿样 品- 0 ．0 4 7m m 部分占总量5 0 ％～7 0 ％左右，不满足建 筑用砂标准。以下按照G B ／T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 建材用砂 标准要求，对承德、唐山地区进行铁尾矿筛分试验。筛 分试验结果见表6 和表7 。 表6 承德地区铁尾矿筛分试验结果 说明9 5 表示粒径在9 ．5h i m 以上颗粒累计筛余百分率 ％ ，其他依次类推。 表7 唐山地区铁尾矿筛分试验结果 由表6 ～7 可以看出，除了承德鑫利、宽城建龙和 迁安李家沟尾矿颗粒级配不满足国标G B ／T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 外，其余铁尾矿去除一部分一o ．1 5m m 粒级尾矿 后，均能满足建筑人工砂颗粒级配要求。通过计算得 出，兴隆金石铁尾矿制作建筑人工砂利用率可达到 9 1 ％、细度模数为1 ．7 2 ；承德建龙铁尾矿利用率可达到 8 7 ％、细度模数为1 ．8 ；丰宁日强利用率6 4 ％、细度模数 1 ．8 ；滦平新瑞利用率4 0 ％、细度模数为2 ．0 ；迁西高家 店利用率6 3 ％，细度模数为2 ．2 ，这些铁尾矿均满足建 筑人工砂中细砂的颗粒级配要求。迁安庙沟岭尾矿的 利用率可达到6 2 ％，细度模数为2 ．3 ，达到中砂的 要求。 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 2 ．2 实验室制砂流程试验 铁尾矿制作建筑人工砂，就是采用适当的工艺流 程去除铁尾矿中一些较细颗粒 一o ．1 5m m ，使之满足 G B T l 4 6 8 4 2 0 0 1 建筑用砂中人工砂产品颗粒级配 要求的过程。 随着旋流器技术的推广应用以及性能的进一步改 进，使得尾矿砂截留回收变成现实。以下采用山东威 海海王有限公司生产的F X 7 5 - P U 旋流器试验台 溢 流管径d 。 1 7m m ，进行了铁尾矿制作尾矿砂流程 试验。 试验样品本次实验室制砂流程试验选用的铁尾 矿样品，分别采自迁安庙岭沟铁矿尾矿 采自蔡园镇 庙岭沟尾矿库，三等 和丰宁日强矿业铁矿尾矿 采自 石人沟乡东槽碾沟尾矿库，三等 。 试验工艺铁尾矿样品由给矿机给入X Q T - 巾6 7 3 x 7 2 0m i l l 搅拌桶，桶内矿浆浓度2 0 ％左右。矿浆搅拌 到预定时间后，由5 0 K F J - 3 8 耐酸衬胶泵，在给料压力 为0 ．1 5M P a 时，给入①1 7m m 聚氨酯旋流器。调整给 料压力和矿浆通过量，使旋流器组稳定工作，选择合适 大小的沉砂咀，得到合格沉砂建筑人工砂，溢流产 品为细沙。制砂试验结果见表8 。 表8 实验室制砂流程试验结果 3 铁尾矿人工砂产品 将制砂试验获得的两种尾矿人工砂产品，送至保 定市产品质量监督检验所检测。检测结果见表9 。结 果显示，两产品质量都符合G B ／T 1 4 6 8 4 - 2 0 0 1 建材用 砂中细沙要求。 表9 尾矿人工砂产品检测结果 4 结语 1 采用适当的分选工艺，河北省一部分铁尾矿可 以制成合格的建筑人工砂产品。制砂工艺流程简单， 投入少。 2 铁尾矿制砂工艺中除人工砂外的细粒级产品， 平均粒径在0 ．1 5m m 以下。经过颗粒级配后，可用于 铁尾矿制砖 免烧砖或烧结砖等 或生产混凝土，这样 铁矿山可以实现无尾矿生产目标。 3 随着我国城市化进程的继续，尾矿砂及其它人 工砂势必成为建筑用砂的主流。开发铁尾矿砂不仅可 减少开采天然砂对环境的破坏，还可减少铁尾矿带给 环境的负荷，变废为宝，符合我国可持续发展的基本国 策，具有广阔的工程应用前景，可以取得显著的经济效 益、社会效益和环境效益。 参考文献 [ 1 ]张亮亮．尾矿砂的工程应用前景[ J ] ．冶金环境保护，2 0 0 8 5 5 7 5 9 ． [ 2 ]李德忠。大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备[ J ] ．金属矿山， 2 0 1 0 2 1 6 7 1 7 0 ． [ 3 ]张锦瑞．用高硅铁尾矿生产尾矿砖的研究[ J ] ．中国资源综合利 用，2 0 0 5 1 1 0 - 1 2 ． [ 4 ] 万国庆．建筑材料放射性的检测[ J ] ．中国计量，2 0 0 1 8 4 9 5 1 ． [ 5 ]田景松．北京地区铁尾矿砂在水泥混凝土中的资源化利用技术研 究[ J ] ．建筑装饰材料世界．2 0 0 9 2 3 3 4 5 ． 万方数据