废弃尾砂性能及其在建材中的应用

2020-11-23谭启明林祖宏尤超滁州职业技术学院安徽滁州239000

安徽建筑 2020年11期

谭启明，林祖宏，尤超（滁州职业技术学院，安徽滁州 239000）

0 前言

矿产资源的开发主要为提取有用金属，提取过程必须要先经过破碎、磨矿和浮选等工序得到精矿之后才能冶炼出有价值的金属，在加工工艺过程中就会出现大量的废弃尾砂，如果设置的堆砌尾砂区域靠近河流，会对河流和周围环境造成污染，废弃尾砂堆砌过多如不及时利用会占用企业成本，影响企业经济效益。对废弃尾砂合理的综合利用，既可优化企业资源配置又能保护自然环境。在我国建设绿色环保节约型社会的背景下，合理地循环利用废弃尾砂，将其变废为宝具有十分重要的环境、经济、社会价值。

1 废弃尾砂综合利用必要性及价值

1.1 废弃尾砂综合利用是节能环保的重要举措

全世界每年排出的废弃尾砂总量大概50亿t，我国矿业固体废弃物年排放总量至少12亿t,累计堆积已达200亿t,占地5.5万hm2，而且因为科学技术的发展进步和矿产资源综合利用程度的提高，矿石可采品位的相应降低，废弃尾砂量未来会持续增长，其大量排放堆积，污染自然生态环境，占用有限的土地资源,每年由此造成的经济损失高达300亿元。废弃尾砂，通常所指是在一定的技术条件下，经选矿之后的工业固态残留物，废弃尾砂中可能含有部分可利用的金属物质。从广义上讲，尾矿、废石、煤矸石、粉煤灰或者高炉渣等均可通称为废弃尾砂。企业堆砌的废弃尾砂需要占用大量土地和成本，容易污染周围环境，危害生态和人们的健康，废弃尾砂的综合利用十分令人关注。废弃尾砂,从表面上看只是工业企业选矿后被丢弃的废弃物，但是在21世纪随着科学技术的进步、人们认识的改变和环保意识的提高,废弃尾砂已实现变废为宝，是可循环利用的物质资源，被称为自然矿产的二次资源。

1.2 废弃尾砂综合利用是我国战略规划重要组成部分

上世纪九十年代成立了中国地质科学院尾矿研究中心,是我国唯一的一家专门从事矿山废石、尾矿、等工业固体废弃物资源综合利用新技术研发、新产品开发和成果转化的科技型研究机构。特别是在利用废弃尾砂研究制作建筑原材料、研究微晶玻璃系列产品等方面，做了巨大的努力和突出贡献。为了促进废弃尾矿的综合利用,工信部发布《大宗工业固体废弃物综合利用“十二五”规划》，规划明确指出，大宗工业固体废弃物综合利用。仅2010年大宗工业固体废弃物综合利用全国总量超过11亿t,综合利用率实现40%以上,对废弃尾砂的循环利用应用成效显著。

1.3 废弃尾矿实际用途广泛，综合利用价值高

废弃尾矿的综合利用，根据应用领域的不同主要是继续提取有用的金属元素、制作新型建筑材料、路面材料以及用做矿山、土地生态恢复的填充材料等（如下表所示）。本文仅就废弃尾矿在建材中的应用做些举例分析说明。采用废弃尾砂作为建筑工程原材料时因其特殊的性能，在民用建筑工程中，应特别注意检验采用尾砂做原材料的辐射性。必须考虑建筑工程结构特点和应用环境，对应用的工程进行合理的技术调整。

1.4 案例

滁州因矿建市，矿业是支柱产业，滁州地区开采和选矿规模很大，选矿后产生大量的工业废料即尾矿。我国目前各地大多是把尾矿存于尾矿库中，滁州市有多座大中型尾矿库，不仅占用宝贵的土地（如图1所示），需要大量建设和维护成本的投入，而且尾矿库对周围生态环境有一定的影响或破坏，如管理不当或发生重大自然灾害，可能造成溃坝等重大安全事故。近年来，我国建筑工程的规模持续增大，施工需要大量的建筑材料，建筑材料大都需要消耗黏土、砂石、石灰石等自然资源，因此合理的利用矿业固体废料，对废弃尾砂开发研究，变废为宝在建筑材料中推广应用，具有十分重要的现实意义。

废弃尾砂综合利用

图1 废弃尾砂存储

2 废弃尾砂在建材中的应用

2.1 废弃尾砂做建材原材料

废弃尾砂在建材中的应用具有显著的环境效益、企业经济效益和社会效益。对尾砂的综合利用研究和作为建材原材料的实际应用结果表明废弃尾砂作建材的原材料是安全可行和具有普遍推广应用价值的[2]。例如，通过对废弃尾砂进行级配等方面的调整，科学设计尾砂在混凝土配合比，采用高性能减水剂或者其他功能性化学外加剂可以生产出满足工作性、力学性能、变形性能及耐久性等高质量要求的高性能混凝土，作为建筑工程原材料。

利用尾矿生产建材系列产品,已成为实现尾矿减量，降低对自然环境的影响，最大程度地提高自然资源利用率的重要途径。如今废弃尾砂已成为陶瓷、玻璃和建筑材料等工业的原材料，在多种工业领域得到广泛应用,经济成效明显,应用前景广阔。例如,在上世纪90年代初期,利用铜矿、钢铁的废弃尾砂等制成紫砂、艺术陶瓷、砂锅等，或者利用废弃尾砂作为建筑外墙砖、锦砖、水泥以及广场砖等的原材料。

2.2 利用废弃尾砂生产新型材料

实现废弃尾矿“减量化、无害化、资源化”的重要途径是生产建材新型材料系列产品。特别是现阶段,废弃尾矿已成为建材的重要原料，作为陶瓷、玻璃工业和新型材料工业的复合矿物原料被广泛应用,社会经济效益明显,未来应用前景广阔。废弃尾矿的综合利用，生产新型建筑材料系列产品,提高了就业率,又实现了生态环境保护,是循环经济、环保产业[3]。

微晶玻璃是利用废弃尾砂生产新型材料的典型应用，微晶玻璃是国际上近几年新兴的一种应用领域广泛的建材，在机械力学材料、光学材料、电子与微电子材料、生物医学材料、化学化工材料、建筑材料等多种领域应用中得到推广使用。特别是泡沫微晶玻璃作为建筑结构材料、热绝缘材料或者制造纤维复合增韧微晶玻璃，得到了广泛的研究、推广和应用。微晶玻璃被用于制造原子反应堆控制棒上的材料，可作为反应堆密封剂和核废料存储材料等，具有耐腐蚀、抗磨损、热稳定、电绝缘、抗压、抗冲击、强度高、无放射性危害等多种优良性能。