利用四川某铜矿尾矿制作轻质免烧砖的工艺研究

冯启明,王维清,张博廉,黄 阳

(固体废弃物处理与资源化教育部重点实验室，四川 绵阳 621010)

我国矿山企业每年都要产生大量尾矿，其中黑色金属矿山尾矿率在60%以上，有色金属矿山尾矿率90%以上，稀有及贵金属尾矿山尾矿率近100%。据不完全统计，全国尾矿年排放量在3亿t以上，约占当年工业固体废物的30%。目前，全国累计尾矿存量50亿～70亿t。这些尾矿占用了大量的土地，花费了尾矿库建设资金，造成了严重的环境污染，破坏了生态环境，浪费了许多宝贵资源，甚至因管理不善造成各种事故。因此，充分利用尾矿资源具有非常重要的意义[1-3]。

四川某铜矿是一个以铜为主的多金属矿床，除主金属铜以外，还伴生钼、钴、金、银、硫、铁及稀土元素等。从建厂至今已有近50年的历史，选矿厂排放的尾矿数量巨大，目前还未得到充分有效利用，既浪费资源，又带来严重的环境问题[4]。因此，对利用该尾矿制作轻质免烧砖进行研究，对其资源化综合利用及矿区生态环境保护具重要意义[5-7]。

1 实验部分

1.1 原材料与仪器

(1)尾矿：采自四川某铜矿选矿厂，其XRD及XRF分析结果如图1和表1。从图1和表1可见，尾矿中主要矿物成分为石英、长石、方解石、少量云母等，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、CaO含量较高。用标准分析筛对其进行干筛分析，尾矿自然粒度及其粒度分布见表2。该尾矿粒度较细，主要集分布在40～140目。

(2)HTW-1混凝土发泡剂：购于混凝土外加剂商店，具用良好的发泡能力，其性能为中性，与水有很好的亲和性，与水混合时是透明的溶液，能在水泥浆中产生大量的气泡，气泡相互独立并均匀分布在水泥浆中，形成大量封闭的孔隙。

(3)预孔剂：将废弃聚苯泡沫板块破碎成粒径为3～4 mm颗粒作预孔剂，其堆积密度为13.3 g/L。

(4)水泥：采用32.5R普通硅酸盐水泥。

(5)石灰：市售熟石灰，0.074 mm筛余约15%。

图1 尾矿的XRD图

表1 尾矿化学成分(wt%)

表2 尾矿自然粒度及其分布

主要仪器设备有：ZD-200型混凝土成型振实机，用于试样的振动成型；D/max-Ⅲ型X射线衍射仪，日本理学电机公司，用于测试尾矿的矿物组成；电液伺服万能试验机，用于测试烧结砖的抗压强度。

1.2 样品制备方法

以该尾矿物作细骨料，加适量水泥作胶结料，石灰作激发剂，分别以混凝土发泡剂和废弃聚苯泡沫粒作预孔剂，浇铸成型，养护28d后，干燥后测试其密度和抗压强度等性能。

轻质泡沫混凝土砌块。将尾矿、水泥、石灰、混凝土发泡剂按表3及表4的配比干混均匀后，加一定量的水，高速搅拌待产生大量均匀泡沫后，浇入7cm×7cm×7cm3钢模中。在混凝土振动机上振动1min，自然养护48h后脱模。表3组样自然养护28d，表4组样在压力0.25MPa的蒸压釜中蒸养1h，待冷却至室温时，再自然养护28d脱模，干燥后测其密度和抗压强度。

废旧EPS泡沫粒尾矿轻质混凝土砌块。将尾矿、水泥，石灰、废旧EPS粒按表5及表6的配比干混均匀后，加一定量的水，高速搅拌均匀后，填入7cm×7cm×7cm钢模中，边填边轻捣打，48h脱模。表5组样自然养护28d，表6组样在压力0.25MPa的蒸压釜中蒸养1h，待冷却至室温时，再自然养护28d脱模，干燥后测其密度和抗压强度。

2 结果与讨论

2.1 原材料配比对泡沫混凝土砌块性能影响

泡沫混凝土砌块性能见表3、表4。从表3及表4可见，当尾矿及发泡剂用量固定时，随着水泥用量的增加，石灰用量的逐渐减少，成型拌合时需水量也需要增大。在自然养护条件下，制品的密度逐渐增大，吸水率缓慢增大，强度明显增大。说明水泥用量越多，对制品的抗压强度贡献越大，这与一般混凝土配比及强度关系的规律一致。从表4可见，与表3的配比相近时，在蒸养1h后再自然养护，随着水泥用量的增加，石灰用量的逐渐减少，制品的吸水率缓慢增大，但密度逐渐变小，抗压强度也逐渐增大，但比直接自然养护的制品的强度低。当石灰含量多时，蒸养制品强度有所提高。但当石灰含量较少时，蒸养对制品的强度反而有较大的降低。因此，当石灰含量较少而水泥用量较多时，所制的泡沫混凝土，不宜蒸养。

当尾矿砂用量占固体原材料总量的约70%时，所作制品干燥容重仅为页岩实心砖的2/3左右，最高抗压强度达到10.4 MPa，适用于建筑物承重填充砌块，可以减轻建筑荷载和节约成本。

2.2 原材料配比对EPS泡沫粒充填的混凝土砌块性能的影响

混凝土砌块性能见表5、表6。从表5可见，当尾矿砂及EPS预孔剂用量固定时，随着水泥用量的增加，石灰用量的逐渐减少，成型拌合时需水量也需要增大，制品容重随着水泥用量增加及石灰掺量的减少先增大后减小变化，而吸水率随着水泥用量增大及石灰掺量的减少先减小后减小后增大，但抗压强度随着水泥用量增及石灰掺量的减少而逐渐增大。说明水泥用量对制品强度影响较大，蒸养后制品的吸水率明显增大，是由于在此蒸养条件下，EPS泡沫粒熔融后留下一些开放孔洞所致。

表3 原材料配比与自然养护条件下泡沫混凝土砌块性能

表4 原材料配比与蒸养条件下泡沫混凝土砌块性能

表5 原材料配比与自然养护条件下EPS泡沫粒充填的混凝土性能

表6 原材料配比与蒸养条件下EPS泡沫粒充填的混凝土性能

当尾矿用量占固体原材料总量的约80%时，所作制品干燥容重为普通混凝土的1/2左右，最高抗压强度达到3.6 MPa，超过泡沫混凝土JC/T 1062-2007标准中加强型泡沫混凝土的强度(≥2.5 MPa)，适用于建筑物非承重填充砌块。

3 结 论

将该尾矿作细骨料，加少量普通硅酸盐水泥作胶结料，石灰作激发剂，加入适量混凝土发泡剂和废弃聚苯泡沫粒预孔剂，浇铸或捣打成型，养

护28d，通过测试其密度和抗压强度等性能表明，该砌块容重为普通混凝土的1/2～2/3，可作为建筑物的承重和非承重填充砌块。

利用该铜矿尾矿制作轻质墙体材料，尾矿掺量大，能耗低，该产品属低能耗环保型墙体材料，实现了尾矿的资源化，符合尾矿综合利用应立足于能大量消耗尾矿、利用较彻底、产品销路广、能耗低、生产工艺简单的原则，并具有节能、节土的优势，符合我国可持续发展的政策。

[1] 袁剑雄，刘维平.国内尾矿在建筑料中的应用现状及发展前景[J].中国非金属矿工业导刊，2005(1).

[2] 张淑会，薛向欣，刘然，等.尾矿综合利用现状及其展望[J].矿冶工程，2005(3).

[3] 刘建明.我国非传统矿产资源的实例及其所涉及的科学问题[J].地球物理学进展，2001(4).

[4] 陈爱明.拉拉铜矿矿床工业指标探讨[J].云南冶金，2004(3).

[5] 薛宗明.聚苯乙烯轻质骨料掺量对混凝土砌块性能影响的试验研究[J].施工技术，2008(2).

[6] 朱敏聪，朱申红，夏荣华.利用金矿尾矿制作建筑材料蒸压砖的工艺研究[J].矿产综合利用，2008(1).

[7] 王录民，张大英，王树明.废旧聚苯乙烯泡沫混凝土试验研究[J].混凝土，2008(5).