铁尾矿砂及其综合利用技术研究

崔鑫，李俞凛，杜华瑞

（中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250100）

铁尾矿砂及其综合利用技术研究

崔鑫，李俞凛，杜华瑞

（中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250100）

本文将铁尾矿砂与机制砂混合，用于制备混凝土及免烧砖。用铁尾矿砂与机制砂的混合砂所制备的混凝土及免烧砖其性均能满足工程要求，应用效果良好，具有较高的社会效益和经济效益。

铁尾矿砂；混合砂；混凝土；免烧砖；综合利用

0 引言

据报道，2011 年全国各类尾矿堆积量已经达到 80.5 亿吨，而且每年排出的尾矿量以高达 5 亿吨以上的速度增长，其中铁尾矿每年年排放量高达 1.5 亿吨，占入选铁矿石量的60% 左右，铁尾矿的综合治理和开发利用已经成为我国面临的重大课题。铁尾矿在发达国家已全部得到综合利用，我国在铁尾矿开发利用方面虽然取得了一些成果，但利用率低，技术可行性研究不足，还没有从根本上得到大规模利用[1-2]。为减少铁尾矿对环境的破坏，节约资源、利用资源、减少污染，本文开展了铁尾矿砂在混凝土中的应用研究、铁尾矿制建筑用砖方面的可行性研究，以推进铁尾矿的综合利用。

1 铁尾矿砂的物化性能

铁矿石经过破碎，成为一定粒度的块状物，进入球磨机加水湿磨，根据矿石的性质达到一定的细度后再进行磁选，把含铁颗粒部分分离出来，剩余部分用水流排出，排出的部分就是尾矿碎屑，一般占矿石总量的 60%～80%，尾矿碎屑再经过筛分处理后，就成为了铁尾矿砂[3]。由于矿石的差异，铁尾矿砂成分之间也有所不同，本文主要以济南产铁尾矿砂进行说明，测试其物理性能为：细度模数 1.48，堆积密度1520m2/kg，表观密度 2740m2/kg，MB 值 0.75，安定性合格。其化学组成如表 1 所示。

表 1 济南附近地区铁尾矿砂化学组成 %

2 铁尾矿砂在混凝土中的应用

混凝土是目前最大宗的建筑材料，而砂石作为混凝土占比最大的原材料，其消耗量也是巨大的。随着天然砂石资源的日益减少及人们环保意识的增强，寻找天然砂石的替代材料势在必行。为此本文开展了铁尾矿砂在混凝土中应用的研究。

2.1 原材料

2.1.1 水泥

山东水泥厂有限公司产 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥化学组成如表 2 所示，水泥物理性能指标如表 3 所示。

表 2 水泥化学组成 %

表 3 水泥物理性能指标

2.1.2 骨料

（1）细骨料采用机制砂和铁尾矿砂制成的混合砂，其中机制砂选用济南当地生产，细度模数 3.1～3.3，石粉含量低于10.0%，亚甲蓝试验合格；铁尾矿砂选用济南长清地区生产，细度模数多在 1.5～2.0，亚甲蓝试验合格。

（2）粗骨料选用济南当地产的 5～25mm 碎石。

2.1.3 掺合料

（1）粉煤灰采用聊城茌平电厂生产的 Ⅱ 级粉煤灰，细度 18.5%，需水量比 102%，烧失量 5.2%，含水量 0.5%。

（2）矿渣粉为济南鲁新建材有限公司生产的 S95 级矿渣粉，性能指标如表 4 所示。

2.1.4 外加剂

外加剂选用济南某外加剂厂生产的 BSM-3 系列外加剂。

2.1.5 水

济南地区地下水。

2.2 试验及分析

2.2.1 混合砂比例的确定

依据相关国家标准，将机制砂与尾矿砂按不同比例混合，以使混合砂得到最大堆积密实度，通过此方式减少所制备混凝土中的胶凝材料用量，进而达到降低胶材用量、提高混凝土性能的目的。混合砂的确定方法如表 5 所示[5]。

表 4 矿粉性能指标

表 5 混合砂制备方法

具体操作步骤如下：

（1）根据国家标准，测尾矿砂累积筛余（Ax），并计算细度模数；

（2）根据国家标准，测需改良砂累积筛余（Bx），并计算细度模数；

（3）将尾矿砂与需改良砂混合，测累积筛余（Cx），Cx＝a×Ax+b×Bx，x 取值 1、2、3、4、5、6；a 为尾矿砂占比；b 为需改良砂占比，其中 a+b＝1，并计算细度模数；

（4）直至混合砂的细度模数值达到要求细度模数范围。

以铁尾矿砂为例，铁尾矿砂占比 0.35，需改良砂占比0.65，经测算，混合砂的细度模数为 2.7，属于 Ⅱ 区中砂[5]。

例 1 中得到的混合砂经 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》检测，主要性能指标如表 6 所示。

表 6 混合砂性能指标

利用上述混合砂制备的混凝土配合比如表 7 所示。

表 7 混合砂制备的混凝土配合比 kg/m3

使用混合砂制备的 C30 混凝土主要性能指标如表 8 所示，各项性能均满足标准和设计要求。

表 8 C30 混凝土主要性能指标

上述使用混合砂制备的 C30 混凝土在搅拌过程中，投料搅拌顺序为：碎石与混合砂搅拌 10～30s，再投入外加剂、水、胶凝材料等，继续搅拌 30～120s，出机[5]。

2.3 工程应用

2013 年 9 月份始，该技术已应用于济南东城逸家项目、中海华山珑城项目当中（见图 1、图 2），混合砂混凝土累计供应量超 100 万方，对降低混凝土综合成本、杜绝现场混凝土堵泵现象等起到了重要作用，应用效果良好。

图 1 东城逸家项目

图 2 中海华山北片区项目

3 铁尾矿砂在免烧砖中的应用

为进一步提高铁尾矿的利用率，在前期试验的基础上，开展了铁尾矿在免烧砖中的应用探讨。

以生产 MU15 铁尾矿砖为例，其生产配比为水泥15%～20%；铁尾矿砂 70%～75%；粉煤灰 5%～10%；矿粉5%～10%；水 12%～15%。尾矿砖生产工艺如图 3 所示，性能指标见表 9。

图 3 尾矿砖生产工艺

表 9 尾矿砂砖性能指标

尾矿砖具体尺寸可根据需要确定。除上述指标外，尾矿砖其它性能指标满足 GB/T 21144—2007《混凝土实心砖》、JC/T 422—2007《非烧结垃圾尾矿砖》、GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》等相关标准要求。

4 综合效益分析

本技术解决了铁尾矿砂难以有效处理的技术问题，实现了铁尾矿砂无害、环保的大量应用，不仅消耗了铁尾矿砂、防止了其对环境的破坏，同时，铁尾矿砂的大量应用，也减少了对天然砂石资源的开采量，进一步保护了环境，节约了自然资源。本技术可为预拌混凝土企业铁尾矿砂的应用提供技术支持，具有很好的推广应用价值。

本技术的应用，在保护环境、节约自然资源的基础上，可为预拌混凝土企业节约生产成本，创造更高的企业收益。在不考虑延伸价值的情况下，可为预拌混凝土企业每方混凝土的生产直接节约 12～17 元，极具经济发展前景。

5 结语

铁尾矿砂的产量在逐年增加，如不得到有效处理，将对环境造成无法估量的破坏，同时也是对资源的浪费。本技术在大量试验研究的基础上，对铁尾矿砂在混凝土、免烧砖中的应用进行了深入研究，研究成果表明，经检测使用了铁尾矿砂的混凝土和免烧砖各项性能指标均符合国家标准相关要求，铁尾矿砂可应用于预拌混凝土、免烧砖的生产当中。从社会效益、经济效益、环境效益等方面分析，铁尾矿砂在预拌混凝土、免烧砖等建筑行业中的应用使废物得到利用，减少环境污染，节约资源，降低了混凝土等的生产成本，具有广阔的发展前景。

[1] 蔡基伟，张少波，侯桂香，等．铁尾矿砂对混凝土工作性和强度的影响[J]．武汉理工大学学报，2009(7)∶ 104-107．

[2] 王龙志，万立华，崔鑫．论预拌混凝土企业的绿色生产[J].商品混凝土，2014(12)∶ 21-24．

[3] 田景松．铁尾矿砂混凝土的配制与应用研究[D]．北京：清华大学土木工程学院，2010．

[4] 崔鑫，张海霞，李亚真，等．关于粉煤灰需水量比测试方法的几点思考[J]．混凝土，2012(11)∶ 51-53．

[5] 张海霞，邓高乐，王龙志，等．基于综合取代技术的绿色混凝土施工技术研究[J]．混凝土，2016(3)∶ 117-122．

［通讯地址］山东省济南市历下区文化东路 16 号中建大厦 8楼（250100）

崔鑫（1982—），男，硕士，工程师，一级建造师，从事高性能混凝土工程应用技术研究。