我国利用石墨尾矿制备墙体材料的研究现状

曹 倪，仲继清，张圆圆，魏涵铭，吕思宇

(大连大学 建筑工程学院，辽宁 大连 116622)

0 前 言

石墨作为一种无机非金属材料在我国应用十分广泛，它是航天、国防和机械等领域不可或缺的材料。从现阶段石墨行业来看，大多数石墨采用悬浮工艺加工生产，每生产1 t石墨理论上产生超过100 t的废水和尾矿，石墨尾矿排放按年均250万t计，目前我国石墨尾矿的堆积量超过1亿t。石墨尾矿的堆积占用大量土地，不仅给环境带来极大的破坏，同时也给人类的生活带来巨大困扰。因此，对石墨尾矿进行合理的开发利用意义重大，不仅可以减少土地资源的过度占用，还可减少对环境的污染，符合可持续发展战略要求。

1 石墨尾矿制作墙体材料优劣势分析

1.1 优 势

1.1.1 经济成本方面

石墨尾矿砂粒度较细，且石墨尾矿储量大、成本低，可代替砂石骨料。用石墨尾矿代替同等效果的其他材料制备的建筑材料，具备优良的强度和耐久性等性能，在满足材料使用要求的同时节约了自然资源，缓解了资源过度开发所带来的影响，具有一定的经济效益。

1.1.2 环境保护方面

利用石墨尾矿制备墙体材料不仅节约制作材料的成本，还可减少石墨尾矿堆积对土地面积的占用以及对环境造成的污染，符合国家鼓励使用工业废渣生产墙体材料的相关政策及可持续发展战略要求，为国民经济发展和环境保护带来福音。

1.1.3 性能方面

石墨尾矿的成分主要是硅酸盐和石墨，有较高的活性，将石墨尾矿掺入混凝土中，可使不导电的混凝土具备导电特性和压敏特性，可组成智能监测系统，应用于智能混凝土领域。同时石墨尾矿颗粒的吸水率较高，掺入混凝土后在混凝土硬化过程中，改变混凝土的孔隙，增大混凝土的密实度，使收缩性降低，进而增强混凝土的抗渗性和耐久性。

石墨尾矿是一种含硅材料，二氧化硅含量与粉煤灰接近，可用它代替产量有限、生产成本高的粉煤灰作为硅质原料来制备蒸压加气混凝土。这种混凝土质量轻，保温性能、隔音性能、抗渗性能都优于黏土砖，耐火性能更是钢筋混凝土的6～8倍。

1.2 劣 势

1.2.1 制作工艺方面

在利用石墨尾矿砂生产烧结多孔砖的试验中可以发现，尾矿砂为瘠性料，如果在制备烧结砖的配方中含量过多会降低材料的可塑性，增大成型的难度，且在实际生产中进行烧成温度控制具有一定的难度。

1.2.2 技术方面

虽然我国对石墨尾矿的开发和利用程度较好，但现阶段在应用技术方面的研究还不够成熟，较为突破性的技术有待提升。

2 我国石墨尾矿制备墙材应用现状

目前我国针对石墨尾矿在应用型墙体材料方面的研究较多，在不影响环境和无毒无害的前提下，通过先进的技术和合理方式对石墨尾矿进行综合利用，在一定程度上缓解了环境所能承受的压力。

孙伟轩[1]系统地研究了添加石墨尾矿混凝土的耐久性能，包括渗透性能、收缩性能、干湿循环条件下的抗氯离子侵蚀性能，研究表明：石墨尾矿的掺入对抑制混凝土长期收缩，增强混凝土的抗渗性能，提高混凝土浅层抗氯离子侵蚀性能均具有一定的作用。

杨中喜等[2]从石墨尾矿和普通硅酸盐水泥熟料的化学成分入手对石墨尾矿进行多方面的分析，用特定的无机和有机化合物配制成试验所需的四种不同固化剂，并通过控制变量的方法，将四种固化剂以不同含量掺入石墨尾矿制备成试块，记录该试块各龄期的抗压强度和抗折强度。试验结果表明：固化剂掺入量为8%时，石墨尾矿试块的力学性能最佳。同时，利用该固化技术对石墨尾矿固化砖进行生产，从经济、能源以及环境保护方面来看是可行的。

张大双[3]对掺加石墨尾矿混凝土的强度和导电性进行研究。研究表明：混凝土中添加石墨尾矿后，电学强度显著改善，且具有良好的压敏特性，可应用于导电混凝土的相关领域。

黄世峰等[4]对石墨尾矿砂和黏土按照一定的质量比混合后做成的试样进行了大量试验。通过对比分析不同配比试样的物理性能数据、烧结状态、抗压和抗折强度、吸水率以及体积密度随配比的变化规律，最终得出符合国家标准的掺加石墨尾矿承重烧结砖。

张卫卫等[5]以石墨尾矿为主要原材料，适量的煤泥和黏土为辅助材料制备烧结砖，采用电子显微镜以及X射线能谱仪对制作的试件进行化学性分析，得出烧结砖产生泛霜现象的原因。同时得出添加适量的BaCO3和无定型二氧化硅以及通过对烧结砖原料粒度进行控制，可有效解决烧结砖的泛霜现象的结论，确定了完全抑制泛霜现象的烧结砖原料配比，本研究中制作的烧结砖制品在满足国家标准的基础上解决了原有的泛霜现象。

郭伟娟[6]从泛霜现象和色泽调控两个方面入手，对采用石墨尾矿制备成的烧结砖进行了深入研究。研究表明：将原料磨细的同时加入适量的硅渣和碳酸钡可以抑制泛霜现象产生，同时在制作石墨尾矿装饰烧结砖时，添加不同含量的钛白、铁红以及二氧化锰等物质可以制备出不同颜色的烧结砖，在性能满足国家标准的同时丰富其装饰效果。

解家伟等[7]将石墨尾矿砂作为主要原料，采用掺入不同量黏土的石墨尾矿砂生产烧结多孔砖。通过单一变量法，分析烧成温度和成型压力对试样的烧成收缩、抗压强度以及抗折强度的影响，找到了影响试样焙烧的因素并对此加以解决。研究表明：利用石墨尾矿砂和适量的黏土来制作空心高强砖较传统制作工艺下的黏土砖性能优越，可以代替传统黏土制砖。

王少海[8]对湖北某石墨矿床的尾矿进行矿物组成上的分析发现其满足混凝土集料的基本要求。王少海还以石墨尾矿作为主要原料，同时辅以起泡剂、普通水泥等材料来制备泡沫混凝土，通过试验测试出该混凝土砌块的各项技术指标。试验结果表明：采用此种石墨尾矿制备的泡沫混凝土在性能方面完全满足标准中特定泡沫混凝土的相关要求。

张冠军等[9]将石墨尾矿和铝矾土进行单物料粉磨特性对比，得出在易磨性方面石墨尾矿明显优于铝矾土的结论。在制备生料时，将石墨尾矿进行配比方案设计，使其完全取代铝质原料，在保持各材料配比不变的前提下混合均匀，高温煅烧后出炉急速冷却得到水泥熟料，对其矿物组成、化学成分以及物理性能等方面进行分析，结果表明：采用石墨尾矿代替铝制原料作配料，在保证技术可行和经济效益可观的前提下，可在一定程度上提高水泥熟料的抗压、抗折强度。

吴建锋等[10]根据对石墨尾矿等原料的化学组成的分析结果，通过控制样品配方比制备所需试样，通过一系列工艺制作陶瓷清水砖，并对其进行结构、性能方面的测试，分析比较各种材料配比对孔隙率、体积密度以及吸水率等方面的影响，进而对制作工艺和配方比例不断优化，得出了使陶瓷清水砖性能达到最佳的最优配方。

3 结论与展望

从目前研究成果来看，我国石墨尾矿制备墙体材料的开发利用方面有一定的成果，但是利用的效率不高、利用技术水平偏低，尚不能满足石墨尾矿急需处理的现状。同时石墨尾矿的研究现状绝大多数都是偏向应用型的墙体材料，而在环保型墙体材料方面的研究比较少。生土材料是天然的环保型材料，但其力学性能较差，在经济成本不高且不影响村镇地区生态环境的条件下，将石墨尾矿中有害物质进行去害处理，对石墨尾矿进行资源化利用，利用其对生土材料进行改性是笔者接下来要研究的问题，不仅使传统生土建筑得到传承，也符合国家鼓励采用工业废料制作墙体的相关政策要求，对于传统建筑文化的传承和石墨化工产业的可持续发展具有重大意义。

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