霍邱矿区尾矿替代建材性能研究

2016-11-30彭书传

绿色科技 2016年16期

关键词：尾矿矿产资源资源

丁会，彭书传

(合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009)

霍邱矿区尾矿替代建材性能研究

丁会，彭书传

(合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009)

指出了随着矿产资源大量消耗，大量尾矿堆存成患，导致资源浪费、环境污染、安全隐患和土地紧张等问题。房地产行业近年来迅猛发展，致使建筑材料过度消费，生产建材的原材料资源供不应求，寻求建材替代资源成为未来建材行业研究重点。针对将霍邱铁尾矿作为建筑材料替代资源的可行性进行了深入探讨分析。

建筑材料；矿产资源；霍邱铁尾矿

1　引言

人类社会自进入工业文明时期以来，经济发展与矿产资源同呼吸、共命运。矿产资源是经过时间沉淀形成的可供人类开发利用生成新产品的资源，工业发展时期人类依靠地球资源改善人类的衣食住行。矿石是国民经济的基础原料，每年我国对于矿石的开采量巨大，相应产生的尾矿量也不可估量。我国矿产资源的特点就是矿多但大多是贫矿，与其他富矿国家相比开采同等量的矿石，产生的尾矿却比其他国家多，我国每生产1 t铁精矿要排出2.5～3 t尾矿[1]。

霍邱县位于安徽省西部，地理面积3493 km2，素以鱼米之乡著称，盛产粮、油、棉，是国家第一批商品粮基地县，该县总体地貌类型为平原，土壤类型以黄棕壤和水稻土为主，该县内自然资源丰富，农业、渔业、林业发展良好[2]。霍邱铁矿位于霍邱县西北部的周集至众兴集一带，是一个大型全掩埋式矿产，矿区北邻淮河，东距城西湖，目前可探测的矿储量是华东地区第一。其矿床均赋存于上太古代霍邱群变质岩系中，属鞍山式铁矿，呈似层状，规律清楚，具有储量大、埋藏浅、可选性能好、水文地质条件较简单等优点。自2002年河北富昌矿业公司获得吴集南端探矿权以来，现已成立十几家铁矿开发公司，并相继步入正常经营轨道，霍邱铁矿以成为当地经济发展的重要支柱[3]。随着开采力度逐年加大，尾矿量也是大幅度增加，目前大多数矿业公司尾矿处理方式都是就地堆存，从霍邱当地环境来看，土地类型多为平原，农业发达，土地面积紧张，尾矿堆存需要大量空地，而且尾矿长期堆存使当地水、土壤和大气质量变质，对农业发展造成不利影响。尾矿地有效综合利用对于当地矿业公司来说势在必行。

尾矿是品位更低的矿石，对于它的综合利用途径有如下几种：如果它的成分中有用矿物含量较高，研究对其进行再精选，筛选出其中的有用物质；若其成分中有用矿物含量少或对其进行再选的难度大，根据物理成分，研究其作为整体的利用和分类，如制备蒸压砖，陶粒等[4]。笔者重点研究尾矿石作为整体在建筑材料方面的应用。

2　尾矿的危害

尾矿因产地及选矿工艺不同，其成分与性质也各有不同，因此，铁尾矿类型多，成分复杂，粒度细，且有价元素相对较低，回收和利用难度大、成本高，那么对于再选价值不高的尾矿，把它作为整体利用就成为尾矿处理的主要研究方向[5]。

霍邱铁矿属于完全掩埋式矿藏，可采用地下开采方式，经选矿厂选矿后，将近70%的尾矿直接就地填空采空区，剩余30%的尾矿处理成为企业的难题。霍邱铁矿属于鞍山式贫磁铁矿石，呈似层状、规律清楚、可选性好，相对来说尾矿中有用成分含量不多，采用尾矿整体再利用方法最佳。霍邱铁尾矿属于鞍山高硅型铁尾矿，该类尾矿是我国最大的铁尾矿类型，主要特点是SiO2含量高，有的含量高达75%，平均粒度0.04～0.2 mm，一般不含有伴生元素。而且此类尾矿是石英与磁铁矿的共生体，再选难度高，且磁选后尾矿品位降低较少。因此在当地的尾矿处理方式大多当作废弃物直接丢弃[6]。

霍邱铁矿是我国第一大铁矿区，矿区位于县内农田分部区域内，土地资源紧张。尾矿的长期堆存，在遇到雨水的冲刷时，渗出的淋溶水中含有重金属，给当地水体造成污染，而且淋溶水渗到土壤中，使土壤变质，长此以往使当地的水稻产量减产。尾矿只是可选有用矿物率低的矿石，是放错地方的资源，这样不加任何处理的大量丢弃，造成资源浪费。尾款长期大量堆存会形成一个高于周围其他地方的山丘，这样后天人工堆成的山丘是对环境不安全的，在遇到一些恶劣天气情况下，容易发生泥石流。当地属于平原地区，土地面积紧张，如此大规模堆存尾矿，也造成了土地资源的浪费。因此，尾矿的就地堆存给环境、资源、安全和土地都造成了影响。

3　矿山企业的危机

矿石资源是大自然巧夺天工的创造，进入工业时期以来，经济的发展离不开资源的支持，特别是矿产资源，目前我国95%以上的能源、80%以上的工业原料和70%以上的农业原材料都来自于矿产资源。20世纪中期我国的矿石产量供大于需，经过短短十几年的时间发展，现在早已供不应求，其极大地带动了经济发展。我国矿产资源的特点主要是总量大、人均少、中小型矿多、贫矿多、难选矿多、综合矿多，而且地理分布极不平衡，这样的实际情况给我国矿石产业发展造成很大的阻碍。进入21世纪，我国矿业面临的问题日渐突出，矿产资源有限，矿业公司体制落后，发展停止不前，缺乏竞争力，环境污染严重。矿山问题是关乎我国国计民生的重大问题，政府也在着力解决矿山企业面临的问题，例如对待中小微型企业，对其进行免征部分税，还有开始启动多种形式的融资平台等，为企业寻找生机。

随着经济发展，矿产资源的开采量逐年加大。目前我国每年国民经济的运转需要超过5.0×109t的矿物原料，其中能源需求的90%和工业原料的80%都来自于矿产资源[7]。矿产资源的储量是有限的，近年来的大幅度开采，资源储量骤然削减，一些发达国家为了保护自己本国的资源储量，一直靠进口不可再生资源来发展经济。自从加入世贸组织以来，我国也大力发展进出口业务，但在矿产资源进出口业务商谈会，我国虽然矿业企业数量众多，却仍然没有话语权，主要原因在于国内众多矿产企业没有达成一致形成一股强有力的力量共同对外，和国外一些发达国家通过制定商务壁垒来牵制我国的交易。例如，20世纪的美国在矿产资源贸易中也面临过和我国一样的困境，他们后来通过提升矿石加工技术，积极利用低品位矿资源，争取达到无尾矿产生的清洁生产模式，从而不牵制于对方。我国每年的矿产开采量巨大，但选矿率却很小，产生的尾矿量堆存如山，造成资源浪费。

随着钢铁产业的发展，铁矿石的开采量一年比一年多，目前我国堆存的铁尾矿量高达十几亿吨[8]。尾矿也是一种资源，那么对于尾矿的综合利用确是个很好的机会。

4　国内建材资源的消耗

2007年至今，中国各大产业中发生最大变化的就是房地产业，房价翻了几倍，城市里每天都有新大楼开工和竣工。随着房地产业的发展，相应一些副产品产业也会随着急速发展，例如建筑材料行业，据统计，全国70个大中城市2012年新建房屋套数突破1600万套。衣食住行，乃民之本也。住房是人类不可或缺的基本生存需求，钢筋混凝土是建房的必备条件，钢筋混凝土等都是不可再生资源，面对如此巨大的消耗量，该如何缓解资源的压力，钢筋是铁矿石经过精选提炼而成，混凝土是由胶凝材料，粗细骨料，水及其他外加剂按照适量比例配制而成的人工石材。钢筋的制作原材料成分精准，而混凝土的原材料成分不那么精细，所以可考虑改变混凝土生产的原材料成分，选用相似成分替代原有原材料，这样可以大大减少原有材料的消耗，那么哪些产品可以替代生产建筑材料呢？

5　替代建筑材料的研究

我国尾矿的综合利用率不足10%，大量尾矿被直接堆砌在表土，造成环境污染、资源浪费。霍邱铁尾矿属于高硅型铁尾矿，其主要特点是SiO2含量高，可用作建材的替代材料。铺路材料、黄沙替代品、水泥骨料等是最基本的建筑材料，对化学成分没有严格要求，只要求材料有一定的硬度和粒度。这些产品用量一般较大，可以弥补价格较低的缺点，同时又无需再加工。而且大量出售可以缓解尾矿库长期堆存的压力[9]。

5.1铁尾矿制作混凝土砌块

烧砖、砌块、瓦、轻质材料、微晶玻璃等在20世纪80年代就开始研究。根据吴集矿尾矿砂粒级实验分析，矿区经磁选后的尾矿矿砂性能符合配置300#以上混凝土构件掺和材要求，达到国家标准，且产出的产品具有良好的保温、隔热、耐热、抗渗、不锈蚀等特点，与同强度天然骨料配制品相比，容重减轻约20%[10]。大昌矿业公司进一步研究根据原料配比不同可生产不同规格的加气混凝土砌块及蒸压砖制品。加气混凝土不光具有一般混凝土的所有优点，而且质更轻，强度更大。

5.2铁尾矿制水泥掺和料

铁尾矿在水泥生产中的应用主要有两种不同的方式，第一种细粒级铁尾矿代替生产水泥的铁粉，因为铁尾矿中含铁量较高，此种方法铁尾矿的需求量不大，第二种是作为水泥生产原料，考虑其成分不完全符合水泥生产原材料，需要另外加入一些胶凝物质，才能符合水泥生产要求，这种方法大量消耗尾矿，可在一定程度上减轻尾矿堆存压力。霍邱某水泥厂的生产试验研究得知细粒级铁尾砂以10%比例配入普通硅酸盐水泥配料中，水泥试块强度测试达到或超过一般硅酸盐水泥，目前已投入生产运营阶段[11]。

5.3铁尾矿制建筑陶瓷制品

建筑陶瓷是以黏土与其他天然矿物为原料，经过粉碎、混炼、成型、焙烧等工艺过程所制得，能用于装饰建筑物，如墙面砖、地板砖、玻璃瓦等[12]。某些铁尾矿与陶瓷的坯体成分非常相似，许多企业已经利用铁尾矿成功生产出陶瓷釉面砖、地板砖、玻璃瓦等，其性能均能达到国家标准[13]。

5.4铁尾矿生产微晶玻璃

微晶玻璃又名玻璃陶瓷，具有玻璃和陶瓷的双重特性，比陶瓷亮度高，比玻璃韧性强，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，随着房产大热，其消耗原料量大增。某些矿山尾矿是生产它的主要原料，而且生产过程中无污染，产品本身无放射性污染，被称为绿色环保材料。随着环保意识的逐渐增强，环保材料使用量大增，这样在很大程度上消耗尾矿的堆存量。

6　结语

尾矿大量堆存产生环境、资源、土地和安全的问题，尾矿再利用处理技术研究成为某些企业关注的热点，霍邱当地尾矿大部分直接用于井下充填，剩余的只能堆存在表土，由于某些尾矿成分与生产建筑材料的原材料相似，可考虑尾矿制建材。这样大大减少建材原材料的使用量，也缓解尾矿堆存给当地带来的压力，同时也给企业带来可观的利润并缓解企业压力，产生可观的环境、社会、经济效益。

[1]闫满志，白丽梅，张云鹏，等.我国铁尾矿综合利用现状问题及对策[J].矿业快报，2008，7(7):9～13.

[2]郑路.安徽省耕地土壤有效硅含量分布[J].土壤通报，1998，29(3):126～128.

[3]贾东娅.霍邱县矿业经济发展的现状与对策[J].安徽科技，2010(2):24～25.

[4]马强.淮北刘楼铜矿(金)矿尾矿综合利用研究[D].北京：中国地质大学(北京),2014.

[5]陈永亮.鄂西低硅铁尾矿烧结制砖及机理研究[D].武汉：武汉科技大学,2012.

[6]汪秀石.铁尾矿砂自密室水泥基材料性能试验研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.

[7]雷力，周兴龙，李家毓，等.我国矿山尾矿资源综合利用现状与思考[J].矿业快报,2008,473(9)：5～8.

[8]王运敏，常前发.当前我国铁矿尾矿的资源状况利用现状及工作方向[J].金属矿山,1999,271(1)：1～6.

[9]蔡霞.铁尾矿用作建筑材料的进展[J].金属矿山,2000,292(10)：45～48.

[10]李胡生，魏国荣.用随机—模糊线性回归方法确定岩石抗剪参数[J].同济大学学报,1993,21(3)：421～429.

[11]王礼同，祝怡斌.霍邱铁矿区尾矿的综合利用途径[J].有色金属,2010,62(5)：53～55.

[12]雷磊.煤矸石建筑陶瓷试验研究[D].西安：长安大学，2012.