利用沂南金矿尾矿制作加气混凝土的实验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 国内图书分类号T U 5 2 2 ．0 9 国际图书分类号 硕士学位论文 利用沂南金矿尾矿制作加气混凝土的 试验研究 硕士研究生杜辉 _ _ 。- 。I _ _ 。。。。- ■- _ - _ _ ‘_ _ _ l _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - I 导师姓名奎毯竖教援 塞史红教援 申请学位级别王堂亟 学科、专业结捡工程 所在单位丕工程堂院 答辩日期至Q Q 鱼生 至旦 学位授予单位壹岛堡王太堂 青岛理工大学工学硕士学位论文 C l a s s i f i e dI n d e x 工堕至2 Q 鱼 U ．D ．C D i s s e r t a l i O nf O rl h eM a s l e rD e g r e ei nE n g i n e e r i n g E X P E R I M E N T A LS T U D YO N A U T o C L A V E DA E R A T E DC o N C R E T E B YU SI N GY I N A NG o L D M I N E T A I L I N G S C a n d i d a t e S u p e r V i s o r A c a d e m i cD e g r e e A p p l i e df o r S p e c i a l 呵 D uH u i P r o fL iQ i u 妒 P r o ￡Z h uS h e n h o n g M a s t e ro fE n g i n e e r i n g S t r u c t m a lE n g i n e e r i n g D a t eo fo r a lE x a m i n a t i o n D e c ．2 0 0 9 U n i V e r s i 够 Q i n g d a oT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y 青岛理工大学工学硕士学位论文 硕士学位论文 利用沂南金矿尾矿制作加气混凝土的 试验研究 学位论文答辩日期型 三兰 指导教师签字多垄壁 三兰． 答辩委员会成员签字 2 象孳一一 金趁蠹 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘j 要⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 矿山尾矿综合利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 国内外尾矿的综合利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 金矿尾矿的综合利用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 加气混凝土简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 本研究的主要内容及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 第二章试验原材料及试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 2 ．1 试验原材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 2 ．1 ．1 尾矿砂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 ．2 天然砂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 l 2 ．1 ．3 粉煤灰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．4 水泥⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．5 石灰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l2 2 ．1 ．6 石膏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l2 2 ．1 ．7 高硫石油焦狄渣⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 ．8 铝粉膏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．1 ．9 稳泡剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯j ⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．1 生产设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．1 检测设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 加气混凝土的制备及反应原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．1 工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．2 反应原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l7 2 ．4 测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 2 ．5 试验方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 胃岛理工大学工学硕士学位论文 第三章利用沂南金矿尾矿生产加气混凝土的试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 试验材料及方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 3 ．2 石灰．低硅尾矿加气混凝土性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 3 ．2 ．1 砂加气混凝土与粉煤灰加气混凝土制品的性能研究⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．2 ．2 石灰．低硅尾矿加气混凝土基本原料配比试验研究⋯⋯⋯⋯⋯．2l 3 ．3 掺入高硅材料对石灰．低硅尾矿加气混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．3 ．1 磨细天然砂部分取代低硅尾矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3 ．2 粉煤灰部分取代低硅尾矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 第四章用高硫石油焦脱硫灰渣作为钙质材料生产加气混凝土的试验研究⋯。2 8 4 ．1 试验材料及方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．2 高硫石油焦灰渣性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 4 ．3 高硫石油焦脱硫渣．低硅尾矿加气混凝土性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．3 ．1 高硫石油焦脱硫灰渣．天然砂／粉煤灰加气混凝土性能研究⋯⋯3 0 4 ．3 ．2 高硫石油焦脱硫灰渣．低硅尾矿加气混凝土性能研究⋯⋯⋯⋯．3l 4 ．4 掺入高硅材料对高硫石油焦脱硫渣．低硅尾矿加气混凝土性能的影响3 4 4 ．4 ．1 磨细天然砂部分取代低硅尾矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．4 ．2 粉煤灰部分取代低硅尾矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 第五章低硅尾矿加气混凝土生产工艺优化研究⋯⋯。⋯．．⋯⋯⋯4 0 5 ．1 原料细度对加气混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 5 ．2 水料比及孔结构对加气混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 l 5 ．3 蒸压制度对加气混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．3 ．1 饱和蒸汽压力对制品性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．3 ．2 恒温时间对加气混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 第六章加气混凝土制品强度成型机理及X R D 分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 8 6 ．1 蒸压条件下水热合成反应特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 6 ．1 ．1C a o ．S i 0 2 ．H 2 0 系统水热反应特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 6 ．1 ．2C a O ．A 1 2 0 3 ．S i 0 2 ．H 2 0 系统水热反应特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 I I 青岛理工大学工学硕士学位论文 6 ．2 蒸压加气混凝土制品的X R D 分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 第七章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 3 7 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 矿产资源属于不可再生资源，矿产资源问题已成为世界上迫切解决的重大问题之一。 随着矿产资源的不断开采，矿山固体废弃物却在逐年增多。据不完全统计，我国现有矿 山尾矿库2 7 0 0 多座，尾矿堆积量高达8 0 ．5 l 亿吨。尾矿具有污染与利用的双重性，不仅 含有大量可被利用的金属或非金属元素，而且也是一种复合矿物原料，可以用于建筑材 料的生产中。我国尾矿综合利用起步较晚，但也已取得一定的成果，尾矿砂用于蒸压砖、 加气混凝土、微晶玻璃等建筑材料已经实现工业化生产。 本试验主要研究利用沂南金矿的低硅尾矿生产加气混凝土。由于沂南金矿的尾矿的 S i 0 2 含量较低，试验分别采用了磨细天然砂和粉煤狄校正了硅质材料，研究了不同的 取代率对低硅尾矿加气混凝土性能的影响；另一方面，系统研究了以高硫石油焦脱硫灰 渣完全代替生石灰作为新型钙质材料，并使用低硅尾矿制备加气混凝土的性能。通过大 量试验，最终找出生产合格蒸压加气混凝土制品的配方和工艺研究，并且利用X 射线衍 射对制品进行了微观分析，探讨了制品强度形成机理及反应进程。 试验研究结果表明，当用磨细天然砂和粉煤灰粉煤灰部分取代低硅尾矿时，可以明 显提高蒸压加气混凝土的性能，制品的干密度等级和强度等级可以满足G B l l 9 6 8 ．2 0 0 6 蒸压加气混凝土砌块标准要求；高硫石油焦脱硫渣可用于蒸压加气混凝土制品的生 产，并且其性能优于石灰。利用低硅尾矿和高硫石油焦脱硫渣生产加气混凝土，利废率 高，成本低，有巨大的经济效益和环境效益。 关键词低硅尾矿；高硫石油焦脱硫灰渣；蒸压加气混凝土；Ⅺm 青岛理工大学工学硕士学位论文 A b s t r a c t M m e r a lr e s o u r c e sa r en o n - r e n e w a b l er e s o u r c e s ，m i n e r a lr e s o u r c e sh a sb e c o m et h e w o r l d ．sm a j o rp r o b l e I n st ob es o l V e du r g e n t l y ．W i t ht h ec o n t i n u e de x p l o i t a t i o no fm i n e r a l r e s o u r c e s ，s o l i dw a s t eo fm i n i n gi si n c r e a s i n gy e a rb yy e a r ．A c c o r d i n gt oi n c o m p l e t es t a t i s t i c s ， C h i n a ’s e x i s t i n gt a i l i n g sr c s e Ⅳo i rm o r et 1 1 a n2 ，7 0 0 ，m et a i l i n 笋p i l e du pm o r et l l a n 8 ．0 5l b i l l i o nt o n s ．P o l l u t i o na n du t i l i z a t i o ni sm ed u a l 时o f t a i l i n g s ，n o to n l yc o n t a i n sl a r g ea n l o u n t s o fm e t a lo rn o n m e t a l l i ce l e m e n t s ，b u ta l s oac o m p o s i t em i n e r a l sm a t e r i a l s ，c a nb eu s e di n b u i l d i n gm a t e r i a l s ．T 1 1 et a i l i n g sC 0 m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fo l l rc o u n 时s t a n sr e l a t i v e l yl a t e ， b u ta l s oh a so b t a i n e ds o m ea c h i e v 锄e n t s ，M i n e “l i n g sf o ra u t o c l a v e db r i c k ，a u t o c l a v e d a e r a t e dc o n c r e t e ，百嬲s 锄do m e r b u i l d i n gm a t e r i a l sh a sb e 踟a c h i e v e di n d u s 啊a Ip r o d u c t i o n ． T h er e s e 疵hm a i n l yu s em eY i n a n9 0 l dm i n e1 0 w s i l i c o n t a i l i n g s t op r o d u c to f a u t o c l a V e da e r a t e dc o n C r e t e ．A st h eY i n a ng o l dm i n et a i l i n g sC o n t e n tl o wS i 0 2 ，t e s t i n gu s e d n a t Ⅷms a n da n df l ya S ht o i m p r o v es i l i c o nc o n t e n t ，r e s ∞c h 酣n l ee 仃e c to fd i 行e r e n t r 印l a c e m e n tr a t et 0t l l e 硼t o c l a V e da e r a t e dc o n c r e t e ．T I l eo m e rh a n d ，s y S t 锄a t i cs t u d i e d h i 曲一s u l 缸p e 仃0 l e u mc o k ed e s u l f h r i z a t i o n 嬲h 锄d 出e g 勰an e wc a l c 鲫e o u sm a t 耐a 1 ， l o w - s i l i c o nt a i l i n g S 勰s i l i c e o u sm a t 舐a lt 0p r o d u c ta u t o c l a V c da e r a t e dc o n c r e t e ．F i n a l l y ，6 n d o u tt l l ef o n T l u l a 锄dp r o d u c t i o np r o c e s so fm eq u a l i f i e d 硼t o c I a v e da e 均t e dc o n c r c t e ．锄dt h e m e 锄so fX - r a yd i f 行a c t i o nm i c r 0 - 锄a l y s i so fn l ep r o d u c t sw e r ed i s c u s s e dt 1 1 ef 0 加a t i o n m e c h 锄i s m 锄dr e a c t i o np r o d u c t st l l ep m c 器so f i n t 吼s i t y ． E x p 砸m e n t a lr e S u l t ss h o wm a tw h e l lt 1 1 en a t u m ls 锄dw i m 硒e 鲥n d i n g 觚d h i g I l q u a l i t y p a r t st 0l I 印l a c et h el o w - s i l i c o nt a i l i n g s ，n ya s h ，“c 锄s i 印m c 锄t l yi m p r o v et 1 1 ep e r 硒m l 锄c e o fa u t o c l a V e da e r a t e dc o n c r e t e ，p r o d u c t s ，d 巧d e n S 时锄di n t 胁s 时o f 伊a d el e v e l st om e e t G B1 19 6 8 - 2 0 0 6 ”s t e 锄e dp r e s s u r ea e r a t e dc o n c r e t eb l o c k ”S t a n d a r dr e q u i r e m e I l t S ；m 曲．s u l 缸 p e 仃o l e u mc o k ed e s u l 如r i z a t i o ns l a gc a nb eu s e df o ra u t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t ep r o d u c t s ， p r o d u c t i o n ，觚di t sp e r f ．o 肿a I l c ei sb e t t e ft I l 锄l i m e ．T h eu s eo fl o w ．s i l i c o nh i g h ．s u l 如r p e 仰l e u mc o k ed e s u l 血r i z a t i o no ft a i l i n g s 锄ds l a gp r o d u c e da e r a t I e dC 0 n c r e t e ，L e es p e n ta h i g hr a t e ，l o wC o s t 锄dh 粥a h u g ee c o n o m i c 锄de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ． 1 e yw o r d s l o w - s i l i c o nt a i l i n g S ；h i 曲- s u l 缸p e 仃o l e u mc o k ed e s u l 矗l r i z a t i o n r e s i d u 豁； a u t o c l a v c da e r a t e dc o n c r e t e X R D 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 ．1 概述 第一章绪论 矿产资源属于不可再生资源，是人类赖以生存和发展的基础，它既是人们生活资料 的重要来源，又是极其重要的社会生产资料。当今世界8 0 ％左右的工业原料和9 5 ％的以 上能源都来自矿产资源。矿产资源问题已成为世界上迫切解决的重大问题之一，对我国 来说，同样也是一个急需解决的问题。我国虽然矿产资源丰富，分布广泛，是世界上主 要资源国家之一，但人口众多，人均占有量少，资源供需矛盾十分突出。随着社会的不 断发展和对矿产资源的开发利用，矿产资源日趋减少，甚至很多地方矿产资源已经枯竭。 与此相反，在矿产资源开发利用过程中丢弃的大量废弃物却在逐年增多。 矿山固体废物主要包括废石和尾矿。废石是指各种金属、非金属矿山开采过程中产 生的无工业价值的矿体围岩和夹石，对于井下矿来说，就是掘进时采出的不能作为矿石 使用的夹石；对于露天矿来说，就是剥离下来的矿床表面的围岩。尾矿是指金属或非金 属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后排放的“废渣”。尾矿库指筑坝拦截 谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废 渣的场所，是维持矿山正常生产的必要设施。据了解，我国现有矿山尾矿库2 7 0 0 多座， 据中国矿业联合会绿色矿业办公室最新统计数据显示，目前尾矿堆积量已高达8 0 ．5 l 亿 吨。大量堆存的尾矿不仅占用土地资源、破坏地貌植被，其含有的重金属铅、锌等放射 性元素和化学药剂等，更会造成对地表水、地下水及大气环境的污染。此外，不少病、 危、险库还潜伏着泥石流、山体滑坡、垮坝等地质灾害，威胁着我们的生命和家园。襄 汾县‘‘9 ．8 ”特别重大尾矿库溃坝事故给我们留下了血的教训。 矿山固体废物具有污染与利用的双重性。它不仅具有大量可被利用的金属、非金属 元素，而且也是一种复合矿物原料，可以作为建材、陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料的新 资源。对其进行综合利用，不仅可以实现污染物的减量化和无害化，而且变废为宝，化 害为利，既有显著的环境效益，也有直接的经济效益。实现尾矿的减量化、无害化，直 至全部资源化，是从根本上治理矿山环境、走矿山可持续发展之路的重要途径。专家介 绍，尾矿的综合开发利用主要包含两方面一是有价金属和矿物的回收，亦是尾矿综合 利用最重要的目的；二是综合、整体利用好其剩余废渣，延长产业链。目f j { 『，已有不少 矿山企业或投资商看重尾矿回收风险小、收益确定等优点，联手科研部门进行尾矿再回 青岛理工大学工学硕士学位论文 收工作，并取得一定成效。例如，江西武山铜矿尾矿中含硫高达2 0 ％，该矿投资4 0 万 元，聘请专业机构建立尾矿库再选收硫工程，每年增产4 ．4 4 力．吨硫精矿，净增效益近 4 0 0 万元。但专家也指出，从尾矿中回收有价组分，尽管效益可观，却不能从根本上减 少尾矿的数量，尾矿压占土地、破坏和影响环境的问题得不到根本解决。为此，加快尾 矿整体利用的科研开发显得更为重要【1 卅。 1 ．2 矿山尾矿综合利用现状 1 ．2 ．1 国内外尾矿的综合利用现状 尾矿的综合利用就是要最大程度地发挥其价值，消除危害，通常是三种途径。 首先考虑的是从尾矿中尽可能多地回收有价金属和矿物，这也是最有经济利益的环 节。从尾矿中回收有价组分后，尾矿的数量并不会有较多的减少，仍不能从根本上解决 尾矿压占土地、破坏和影响环境的问题。由于其主要矿物成分由硅酸盐、铝硅酸盐、碳 酸盐矿物和微量金属矿物组成，目前已成为一种建材、陶瓷、玻璃工业的复合矿物原料， 而且在应用中已取得明显成效。 最终，那些无较大经济价值的尾矿或二次回收后无经济价值的尾矿，可用作井下充 填料或填坑铺路，也可对尾矿库复垦造田、绿化造林，或建成生态公园、体育娱乐场地。 如凡口铅锌矿有5 0 ％的尾矿用做井下充填。大冶铁矿在洪山等老尾矿库上种植梨树、碰 柑、桃树3 0 0 0 余株，并种植大片火枸等药材林。湖南水口山铅锌矿正逐年在老尾矿库 上设置各种体育设施，建立儿章游乐园，并在库区内种植橘树，使其变成为一个半经济、 半娱乐型的矿山公园。 1 、世界尾矿利用现状 国外的尾矿研究开发利用与治理工作始于6 0 年代，尾矿的开发利用与冶炼得到政 府的高度重视，把建立无废料矿山作为矿业开发的目标，并把尾矿的综合利用、开发程 度作为国家科技水平和经济发达程度的标志。一些发达国家投入了大量资金和人力，加 强尾矿的研究开发力度，出台了一系列鼓励尾矿开发的政策法规，鼓励开发尾矿资源和 使用尾矿生产的产品，兴建“二次原料工业”将尾矿作为资源，开展了尾矿的资源勘查 评价，大多数发达国家己完成一轮以上的重点矿山尾矿资源和环境综合评价工作。据统 计，西方国家从有色金属的选冶过程中回收有价元素已达7 0 多种，副产品价值占总产 值的3 0 ％，其选冶综合回收率已达8 0 ％以上。 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 美国9 5 ％以上的砷、锑、钴、铋、镓、锗、铟、镉、铊、铪、铼、镭、铷、钪、硒、 碲均靠综合利用回收。前苏联在8 0 年代初就建立了国家级采矿工业联合体尾矿数据库， 为尾矿的开发应用奠定了基础。2 0 世纪8 0 年代，俄罗斯科夫多尔采选公司以工业规模 开发了从铁矿石尾矿中回收磷灰石精矿和斜镐石精矿的复合矿采选工艺。1 9 8 8 年至1 9 9 0 年，该公司以发展少尾工艺和充分利用尾矿为前提，生产出了国内外市场上广泛需求的 产品，如铁精矿、磷灰石和斜镐石精矿、饰面陶瓷板、磷镁肥料、建筑用碎石、天然石 块和块石加工产品等，从而实现了矿产资源的综合利用与尾矿的整体利用阴。日本的“黑 矿“ 结构致密，有用矿物浸染粒度很细，难以分选。同本技术人员经过长期研究与试验， 首创以亚硫酸为抑制剂实现铜铅与硫锌分离后采用加温工艺实现铜、铅分离的新工艺， 辅之以增设的矿泥浮选系统，银回收浮选回路及绢云母精矿回收浮选回路，能从一般黑 矿矿石中连续生产铜、铅、锌、重晶石、黄铁矿、绢云母、硅砂等7 种精矿和2 0 种元 素，C u 、P b 、Z n 、A u 、A g 的回收率分别达9 4 ％、9 2 ．8 ％、9 5 ．2 ％、7 4 ％、8 5 ．5 ％，资 源综合利用率9 0 ％以上【8 l 。一些发达国家利用尾矿、废渣中某些组分开发出一些高附加 值产品，如功能陶瓷、复合陶瓷、铸石等；高效整体利用尾矿，如用作微晶玻璃原料、 矿物肥料、土壤改良剂、尾矿砖、混凝土骨料、砂浆、铁路道渣、筑路碎石、井下回填 料、复垦料，使矿山向无尾矿山目标迈进。一些发达国家的尾矿利用率已达6 0 ％～ 8 0 ％⋯0 1 。 2 、我国矿山尾矿综合利用现状 我国尾矿综合利用工作起步较晚，目前利用率仅为7 ％左右，远低于国外6 0 ％的利 用率【l ，和发达国家相比还存在较大的差距，大量的尾矿只能长期堆放在尾矿库。但通 过各大科研院所和高等院校与矿山企业合作，近几年我国尾矿利用发展迅速。其原因一 方面与国家的重视有关，另一方面也和我国矿产资源特点及利用状况有关。我国的矿产 资源多为贫矿、伴生组分多、中小型矿床多，目前不少矿山已经进入中晚期开采，有价 金属品位低，开采成为越来越高，经济效益日趋降低，因此一些矿山不得不走多种矿物 产品共同开发和综合利用的路子。 1 从尾矿中回收有价金属与非金属元素 有色金属矿山的尾矿中往往含有多种有价金属，由于技术、设备及以往管理体制等 原因，尾矿中均含有多种有价金属和矿物未得到回收，使得矿山选矿或水冶尾矿成为有 待开发利用的重要二次资源。如金川镍矿从尾矿中进一步回收镍，使镍的选矿回收率从 原来的5 0 ％左右增加到9 0 ％。武山铜矿为高硫型铜矿床，硫网收率只有4 0 ％左右，尾矿 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 中含硫高达2 0 ％，每年约有5 力．吨黄铁矿流失。该矿投资4 0 力．元，建立尾矿库再选收 硫工程，每年增产4 ．4 4 万吨硫精矿，直接净收益3 7 2 ．3 万元，间接收益1 5 万元。安庆 铜矿从尾矿中回收铁和铜，每年可获得品位1 6 ．9 4 ％的铜精矿2 ．5 6 吨，品位4 3 ％的铁精 矿5 3 ．5 吨，年创产值4 9 1 ．5 万元。新疆可可托海8 7 选矿厂从尾矿中综合回收白云母， 与外商合资兴办了一座年产5 0 0 0 吨云母粉联营厂，年创产值8 0 0 万元，利税2 7 3 万元。 安康金矿采用三段干式磁选摇床精选工艺，每年从尾矿中分选铁精矿1 7 0 0 吨，回收 金2 ．1 8 7 公斤，年创产值4 4 ．1 2 万元。多年来，我国已从矿山废渣中回收了铜1 4 8 万吨、 铝8 ．7 力．吨、铅3 9 万吨、锌1 5 万吨，分别占其消耗量的1 9 ％、l ％、1 1 ％、4 ％【1 2 】。 2 用尾矿生产建筑材料 金属矿山尾矿的组成虽然千差万别，但是其中基本的组分及开发利用途径还是有一 定规律可循的。矿物成分、化学成分及工艺性能三大要素构成了尾矿利用的基础。磨细 的尾矿构成一种复合矿物原料，加上其中微量元素的作用，使其具有许多工艺特点。目 前我国建筑业发展迅速，对建材的需求量巨大，为利用尾矿生产建筑材料提供的广阔的 发展空间。利用尾矿生产建筑材料主要有以下几个方面 利用尾矿制砖。朱敏聪等【1 3 】利用矿山尾矿生产蒸压砖，其抗压强度平均值达到 1 7 ．9 5 M P a ，达到G B l l 9 4 5 ．1 9 9 9 蒸压灰砂砖标准规定的M U l 5 级砖的要求。牛福生 等【1 4 】研究了用唐山地区铁矿尾矿制砖，通过掺加适量的水泥、粉煤灰、粗骨料和一定的 外加剂，经常温常压养护2 8 天后，抗压强度可达2 8 ．3 0 M P a ，抗折强度为5 ．6 3 M P a ，长 期性能研究表明也可以制备出合格的贴尾矿地转。南京鑫祥新型建筑材料有限责任公司 选用梅山铁矿的尾矿作为主要掺加料，替代部分页岩，研究开发了掺加尾矿的页岩多孔 砖，尾矿掺加量达到总物料的5 0 ％，并对页岩模数多孔砖建筑技术规程作了修编，纳入 了页岩尾矿多孔砖的内容【l5 1 。上海梅山矿业有限公司利用梅山铁矿细粒尾矿生产烧结砖， 经过4 种不同焙烧窑进行烧结工业试验，生产出合格的建筑用砖【1 6 】。 利用尾矿生产水泥。宣庆庆等人研究用铅锌尾矿制备中热水泥熟料，试验结果表明 【1 7 1 ，使用铅锌尾矿来配料可以提高熟料的易烧性，矿物形成良好，并且水化热符合国家 标准。内蒙古乌兰水泥集团有限公司用磁铁尾矿、铜渣、粉煤灰等工业废料煅烧生态水 泥，每年节约黏土资源8 万吨，至少多赢利7 5 0 万元。施J 下伦等人将尾矿作为水泥矿化 剂和铁质原料烧制水泥熟料，烧成温度比传统配料降低1 0 0 ～1 5 0 ℃，降低了能耗，减少 水泥生产成本【1 8 】。 利用尾矿生产建筑微晶玻璃。微品玻璃，又称陶瓷玻璃。普通玻璃是非晶体，在玻 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 璃中加入少量金、铂、银、铜、二氧化钛或二氧化锆之类以提供品核，经热处理等即可 得到含微细晶粒的陶瓷状材料，即微晶玻璃。其物理化学性能集中了玻璃和陶瓷的双重 优点。中国地质科学院尾矿利用中心于1 9 8 7 年率先利用铁尾矿为原料研制出微品玻璃， 后来又利用风城霞石长石岩尾矿为主要原料，通过不同配比混料、融化水淬、晶化、烧 结等工序，烧制出“杜鹃红微晶玻璃花岗岩”板材，其硬度、光泽、耐酸碱度等理化特 性均优于一般天然花岗岩板材，谢俊等人以稀土尾矿为主要原料，采用烧结法制备稀土 尾矿微晶玻璃板材取得成功【19 1 ． 用于其它建筑材料的生产。冯秀娟等人利用金属尾矿制备出强度高、孔隙率大、比 表面积大、化学和物理稳定性好的生物滤料陶粒【2 0 1 。兖矿集团将高岭土尾矿作为人工砂 应用于混凝土空心砌块中，生产出的砌块符合G B 8 2 3 9 ．1 9 9 7 普通混凝土小型空心砌块 M U l O 标准要求。北京敬业达新型建筑材料有限公司对铁尾矿砂在膨胀聚苯板抹灰外墙 保温系统的粘结砂浆和抹面砂浆中的应用进行了试验研究，结果表明。采用合适的铁尾 矿砂源进行筛分，完全可以制的满足外墙外保温砂浆所需的级配砂【2 1 1 。北京矿冶研究总 院丁海潮等利用尾矿、镁质胶凝材料、活性剂、防水剂和防水颜料合成尾矿人造石能制 作内外墙仿石装饰材料和仿石工艺品。 3 用尾矿作土壤改良剂和土壤肥料 尾矿中往往含有Z n 、M n 、C u 、M o 、V 、B 、F e 、P 等微量元素，这正是维持植物 生长和发育的必需元素。含有钙矿物的尾矿，作土壤改良剂，施与酸性土壤中，可起到 改良土壤的作用；含有钙、镁和硅的氧化物尾矿，可用作农业肥料对酸性土壤进行钙化 中和处理。“七五“ 期间，马鞍山矿山研究院在国内率先进行了利用磁化铁尾矿作为土 壤改良剂的研究工作。用特定设计的磁化机对磁选厂铁尾矿进行磁化处理，生产出磁化 尾矿，施入土壤。研究表明，磁化尾矿施人土壤后，可提高土壤的磁性，引起土壤中磁 团粒结构的变化，尤其是导致土壤中铁磁性物质活化，使土壤的结构性、空隙度、透气 性均得到改善。田间小区试验和大田示范试验表明，土壤中施人磁化尾矿后，农作物增 产效果十分显著，早稻平均增产1 2 ．6 3 ％，中稻平均增产l1 ．0 6 ％，大豆增产1 5 ．5 ％。 “八五”期间，该院又将磁选厂铁尾矿与农用化肥按一定的比例混合，经过磁化、制粒 等工序，制成了磁化复合肥，并在当涂太仓生态村建成一座年产l 万吨的磁化复合肥厂。 4 利用尾矿复垦植被 我国矿山的土地复垦工作起步于2 0 世纪6 0 年代，在8 0 年代后期至9 0 年代进展较 快。1 9 8 8 年1 1 月，国务院颁布了土地复垦舰定，规定了“谁破坏，谁复垦”的原 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 则。这一规定的出台，引起了有关部门的重视，有力的促进了矿山土地复垦工作的步伐， 并且在尾矿库的复垦植被方面也取得了较大的进展。马鞍山矿山研究院于2 0 世纪9 0 年 代初在马钢姑山铁尾矿库和排土场开展了扬尘抑制及植被复垦的技术研究，对尾矿库复 垦的技术条件以及扬尘抑制有关资料进行了收集，并在尾矿库坝破和排土场进行了植被 试验。目前，该研究院正在开发研制的“冶金矿山土地复垦专家系统”，可为不同地区、 不同气候条件、不同土壤及矿石特征的矿山提供有关最佳复垦方案等方面的专家咨询。 1 ．2 ．2 金矿尾矿的综合利用 随着我国黄金产量的逐步升高与矿石入选品位的不断降低，黄金矿山所产生的尾矿 量迅速增加。有关资料显示，我国黄金系统每年排放的尾矿数量超过2 4 5 0 力．吨，因为 黄金矿石含金量通常以卧来计算，所以几乎采出多少矿石就排除多少尾矿。黄金矿山 每天所排放的大量尾矿，不仅含有一定数量的金，而且还有其他可回收的有价金属及矿 物，如铜、银、铅、铁、锌、硫等。由于我国传统选金工艺比较落后，生产水平不高， 回收率偏低，导致一部分老尾矿仍然有较高的金品位，多数在O ．5 鱿。如1 9 9 7 年河南金 矿尾矿量达1 1 0 0 多万吨，含金品位O ．8 ～1 ．2 卧。而且随着选矿工艺的不断发展，国内越 来越多的金矿开展了尾矿中回收金及其他有价金属和矿物的研究，如曹健、赵毅等【2 2 】 通过对湖南省某金矿尾矿采用搅拌氰化法、堆浸或池浸回收金，金的浸出率可达7 7 ．1 9 ％， 并且利用尾矿制砖的研究也取得成功；罗仙平、程吉林等【2 3 】通过“浮选选硫一硫精矿制 酸一酸渣氰化提金收铁，选硫尾矿磁化焙烧一磁选收铁”的技术方案，可以实现对该尾 矿的全面综合回收与利用。牛福生等从尾矿中回收精制石英砂的试验研究表明【2 4 1 ，对某 地S i 0 2 含量较高的金矿尾矿，采用分级脱泥．强磁．浮选．酸浸选别工艺，可取得S i 0 2 含 量达9 8 ．1 2 ％的精制石英砂。． 虽然回收有价金属及矿物有着重要的经济效益，但是尾矿数量不能有效减少。近年 来国内对金矿尾矿的整体利用的研究有了很大进展，在建材工业上的应用已经初见成效， 前景广阔。夏荣华等利用金矿尾矿生产加气混凝土的试验结果表明【2 5 】，制备的尾矿加气 混凝土平均密度为6 9 7 。8 k ∥m 2 ，平均抗压强度为6 ．3 2 M P a ，符合A 5 ．0 、B 0 7 级加气混凝 土合格品的要求。如山东焦家金矿于1 9 9 6 年投资2 0 0 万元，在国外引进4 条“双免“ 砖生产线，每年可利用尾矿6 万t ，2 0 0 4 年投资1 7 0 0 多万元建成年产3 0 万m 3 的加气 混凝土生产线；山东招远市洪伟新型建材有限公司建成年产l O 万块黄金尾矿粉混凝土 砌块和5 0 0 0 万块尾矿标准砖生产线，年利用尾矿粉2 0 力．t 。此外利用会矿尾矿在充填、 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 复垦等方面也已经有了广泛的应用。 1 ．3 加气混凝土简