对建筑石料尾矿的开发研究

陈国军

【摘 要】本文结合课题组通过对建筑石料尾矿进行理化试验、中试焙烧试验和初步的工业性试验．得出建筑石料尾矿与页岩掺配制砖是可行的。作出利用建筑石料尾矿开发新型墙体材料的技术相关分析。以供参考！

【关键词】建筑石料尾矿；理化试验；工业性试验；综合利用

建筑石料尾矿(水洗泥砂)是指矿山企业根据建筑质量及施工现场环保要．在建筑石料采选和加工过程中。采用水洗工艺。使建筑石料与泥砂分离所产生的一种废弃尾矿 以往这些建筑石料尾矿大多数排入河道．从2003年开始．某市政府加强矿山企业环保整治．矿山企业加工建筑石料时采用污水沉淀池，防止石料尾矿和废水向河道直接排放．实现了废水零排放 但石料尾矿的处置问题仍没有得到有效解决，大量的石料尾矿露天堆放．既占用耕地，又造成水土流失，淤积河道，污染水质和环境，成为该市矿业经济与生态环境协调发展亟待解决的问题。因此进行了利用建筑石料尾矿开发新型墙体材料的技术攻关。

1 建筑石料尾矿的基本情况及矿种的特点

1．1 基本情况

该市本级的矿山企业年产建筑石料3373万t。据初步调查．每年产生的石料尾矿约100多万t，现累计堆放约500多万t

1．2 建筑石料尾矿的主要特点

该市本级建筑石料尾矿的主要矿种有花岗岩、凝灰岩、砂岩及石灰岩。建筑石灰岩的利用暂不列入本课题研究范围．课题主要选择前三种矿种。

(1)花岗岩 是一种深层酸性火山岩。二氧化硅含量多在70％以上。颜色较浅，以灰白、肉红色者常见。主要由石英、长石和少量黑云母等暗色矿物组成。花岗岩是一种分布广泛的岩石．各个地质时代都有产出．形态多为岩基、岩株、岩钟等。花岗岩结构均匀，质地坚硬，抗压强度根据石材品种和产地不同而异．约为10MPa-30MPa。其较粗的颗粒加工后可代替人工机制砂。

(2)凝灰岩。主要由粒径小于2mm的火山灰(岩屑、晶屑、玻屑)及火山碎屑等(含量50％1~]k)固结而成。

(3)砂岩。是一种沉积岩，由石粒经过水冲运动后沉淀而成．经堆积变得坚固．后因地球造山运动而形成。主要成分：石英60％以上，黏土10％左右，针铁矿13％左右．其他物质10％以上。

2 建筑石料尾矿的主要理化指标分析及试验

本课题研究的主要方向是利用建筑石料尾矿开发烧结类新型墙体材料。为掌握建筑石料尾矿的主要特性．课题组委托某建筑材料研究设计院砖瓦研究所进行主要理化指标的分析．并进行中试培烧试验和初步工业性生产试验．得出科研结论。

2．1 取样

该市本级建筑石料矿山企业加工点相对比较集中．但各矿点(矿种)成分较为复杂。为确保各矿山企业建筑石料尾矿理化数据的科学、合理和真实性，课题组对32个矿点的建筑石料尾矿堆放现场进行取样．每个样品取3kg左右，用塑料袋封口，集中送建筑材料研究设计院砖瓦研究所进行理化数据测试分析。

2．2 理化分析比较

32个样品的理化数据分析比照烧结砖所需原料的理化数据．见表1、表2。

表1 化学数据比较

表2 物理数据比较

注：1．表1、表2化学组成、颗粒级配、干燥敏感系数是32个样品中的最高或最低值。

2．制砖原料按生产烧结多孔砖所需的理化指数要求。

2．3 掺比试验

根据花岗岩、凝灰岩、砂岩的理化分析指标进行分类，以当地制砖的紫页岩、黏土为主要原料，掺入含量在20％～60％之间经搅拌均化的建筑石料尾矿．分组

进行颗粒级配、干燥敏感系数、塑性指数试验。优化选择掺入比例的最佳配方

2．4 焙烧试验

根据配方要求．以页岩为主要原料，掺入20％,-40％的建筑石料尾矿：以黏土为主要原料，掺入40％--60％的建筑石料尾矿 分批组进行小样焙烧试验。焙烧试验分别在甲建材公司空心砖生产线4.6m隧道窑炉和乙建材公司空心砖生产线2.5m隧道窑炉内同时进行。

试验从进窑温度20℃左右开始．平均每96min升温64oC，24h升至980℃，6．5h后开始降温，19h后出窑。出窑温度70℃左右，在常温下自然冷却。通过对3组试样分别按不同配比试验得出如下结论：

(1)尾矿的含水率较高．需要较长时间的脱水。

(2)尾矿的塑性指数较低．需要掺入较高塑性的页岩或黏土

(3)尾矿的化学成分基本符合烧结空心砖制品的要求。

(4)由于尾矿与页岩、黏土的配比不同，窑内烧成温度存在差异．烧成后的试样外观色泽不同．但总体上判定可以进行中试 待中试后将试制品送权威部门进行相关的质量鉴定．以得出最终结论。

3 工业性试验

在试样分组进行掺比焙烧试验的基础上。选择在甲、乙两家不同工艺技术的建材公司进行工业性试验,目的是在不同的生产技术、不同的页岩资源条件下，寻找最佳的试验结果

3．1甲建材公司试验情况

甲建材公司是我国最早引进意大利柏岱斯蒂制砖技术设备的生产企业．主要采用隧道窑一次码坯．砖坯实行人工干燥生产工艺。根据该公司页岩制砖机械设备配置能力及页岩砖烧结工艺情况．将经过滤水(含水率在20％1)2下)的建筑石料尾矿与当地的矿区页岩原料合理掺配．试验生产烧结多孔砖。

经过研究和分组试验对比．取得了以页岩为主要原料．掺入20％～40％尾矿制砖的相关理论数据。

(1)掺入不等量建筑石料尾矿后，砖的外观质量与国家标准对比结果见表3

表3 页岩砖外观质量技术指标变化情况

(2)掺入不等量建筑石料尾矿后，砖的强度等级变化情况见表4

表4 页岩砖强度等级

(3)泛霜及石灰爆裂性能试验指标

试制品无泛霜．符合国标GB 13544—2000(烧结多孔砖》中一等品的规定：最大破坏尺寸大于2mm且小于等于10mm的爆裂区域．每组砖样不得多于15处：不允许出现最大破坏尺寸大于10mm的爆裂区域的规定。

(4)掺人不等量建筑石料尾矿后，页岩砖抗风化性能结果见表5。

表5 抗风化性能

注：根据国标GB 13544—20o0《烧结多孔砖》规范要求，浙江省属非严重风化区．烧结砖抗风化性能检测按非严重风化区标准执行。

(5)隧道窑内焙烧带温度影响试验结果。

同体积内燃煤掺人量不变时．经掺人20％～30％建筑石料尾矿，窑内焙烧带温度测量稳定在950℃左右．符合焙烧带烧成温度要求。

3．2 乙建材公司试验情况

乙建材公司公司是以页岩为主要原料生产新型墙体材料的企业．采用国产制砖设备．窑炉工艺是国内较先进的三星节能轮窑．实行人工二次码坯，砖坯利用轮窑余热实行人工干燥生产技术。以页岩为主要原料．建筑石料尾矿掺人量在20％～30％ ，最高掺入量达到40％．窑内焙烧带温度测量稳定在950℃左右。经该市质量技术监督检测院检测．所生产的页岩烧结多孔砖的产品质量符合国标GB 13544—2000《烧结多孔砖》标准。

4 利用建筑石料尾矿存在的主要问题

4．1 建筑石料尾矿颗粒级配和含水率

(1)含杂物较多。根據烧结多孔砖原料颗粒级配要求．原料颗粒应在<2mm以下。但目前各矿山企业建筑石料尾矿中．含有较多>2mm以上的颗粒和小块石及其他垃圾．势必增加制砖企业对建筑石料尾矿处理的设备投人和生产成本

(2)含水率高。由于各矿山企业对建筑石料尾矿堆放处理方式不同．有的矿山企业有相对固定的堆放场地，有的堆放在废弃的漾塘、河道中 建筑石料尾矿的含水率相对较高．对原料水分控制以及运输价格的计算带来困难

4．2 普通轮窑利用建筑石料尾矿存在技术难度

建筑石料尾矿的化学成分、颗粒级配、塑性指数、干燥敏感系数等不同于一般的黏土、页岩原料，对生产工艺技术条件要求较高 课题组选择甲、乙两家不同工艺技术的建材公司进行工业性试验．主要考虑的是这两家企业采用大功率制砖机．窑体内用耐火砖砌成，砖坯采用人工干燥生产工艺。砖坯干燥过程中．防止收缩裂缝．干坯在窑内培烧时稳定在950℃左右 普通轮窑生产企业在原料中掺量在15％40％以上建筑石料尾矿制成砖坯．如果采用坯场自然干燥．容易产生砖坯收缩裂缝，同时普通轮窑培烧温度超过950℃，容易烧坏窑体。从试验的情况分析，砖坯在窑内温度低于900℃ ，产品强度不够，高于950℃ ，砖坯容易变形．最佳状态是窑内培烧时稳定在950℃左右 而目前砖瓦企业的制砖设备、干燥工艺以及培烧温度控制等生产工艺条件制约着建筑石料尾矿的大量利用

5 结语

建筑石料尾矿露天堆放．长期泡于水中．大部分得到陈化，按一定的比例掺人页岩、黏土原料中，可以开发利用 建筑石料尾矿与页岩掺配制砖的工业性试

验样品结果．根据烧结多孔砖国家标准GB 13544—2000《烧结多孔砖》进行比照，产品各项技术指标均符合国家标准。建筑石料尾矿与页岩掺配制砖是可行的．可以投入工业生产。课题组局限于技术力量、检测手段和试验条件，目前只在页岩制砖企业中利用建筑石料尾矿生产新型墙体材料．下一步将继续扩大到黏土制砖企业对建筑石料尾矿利用的研究。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。