淺談尾礦在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

淺談尾礦在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

礦產(chǎn)資源是科技社會不可或缺的原材料，在人類社會的發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。中國95%以上的能源、80%以上的工業(yè)資源和70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段都來自礦產(chǎn)資源。礦產(chǎn)資源的開采和使用對社會進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的影響，同時也嚴(yán)重污染了環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生的廢物達(dá)到約70萬噸。這些廢棄物不僅占用了大量土地，而且污染、環(huán)境破壞和生態(tài)環(huán)境。從另一個角度來看，尾礦是含有大量有用成分的臨時廢物。它具有很高的使用價值，但受到技術(shù)條件的限制，不能充分利用?，F(xiàn)在世界各國非常重視廢物的開發(fā)。發(fā)達(dá)國家為廢物的全球利用投入了大量人力和物力資源。特別是在利用廢物生產(chǎn)建筑材料方面取得了巨大成功。1混凝土及青路面材料尾礦是已經(jīng)加工成細(xì)粒的物料,且含有大量可利用的有用組分,具有污染與利用的雙重性.各工業(yè)化國家都把無廢料礦山作為礦山開發(fā)目標(biāo),廣泛開展對尾礦的綜合利用研究,尤其是在利用尾礦研制生產(chǎn)建筑材料方面取得很大成果.俄羅斯、美國、日本和加拿大等國尤為突出,俄羅斯選礦廠尾礦用于建筑材料約占60%,除制造建筑微晶玻璃和耐化學(xué)腐蝕玻璃外,還研制生產(chǎn)各種礦物膠凝材料;美國除從廢石中回收螢石、長石和石英等用于其它工業(yè)外,絕大部分用做混凝土骨料、地基及瀝青路面材料;日本Yagi和Seichi等將尾礦與10%硅藻土混合成型,并在1150℃煅燒,研制出輕質(zhì)骨料,其密度為1.77g/cm3,抗壓強(qiáng)度8.33MPa.我國對尾礦資源化也比較重視,在“中國21世紀(jì)議程”中,已將尾礦的開發(fā)利用,作為今后支持發(fā)展的內(nèi)容之一.近一二十年來,我國在尾礦建材方面也取得了很大的成績,如山東焦家金礦于1996年投資200萬元,引進(jìn)國外“雙免”磚生產(chǎn)技術(shù),建成4條生產(chǎn)線,每年可利用尾礦6萬t.但是,與國外相比,我國的尾礦利用起步較晚,技術(shù)比較落后.由于我國自然礦產(chǎn)資源中80%為共伴生礦,綜合利用的工藝技術(shù)存在一些問題,導(dǎo)致不少的礦山資源未能利用,即使利用了,回收率也很低,有相當(dāng)部分企業(yè)的礦產(chǎn)綜合利用項目,尚屬低層次的原料生產(chǎn)及粗加工利用,其產(chǎn)品檔次較低、市場銷路有限、經(jīng)濟(jì)效益不理想.目前礦產(chǎn)資源的總回收率只能達(dá)到30%左右,尾礦綜合利用率僅為7%左右,大量的尾礦堆存在了尾礦庫中,不僅浪費(fèi)了人力財力,還造成了環(huán)境污染.而且,很多小型礦山?jīng)]有尾礦庫,尾礦直接排入河溝.尾礦中可遷移元素發(fā)生化學(xué)遷移后,對土壤、水體造成污染,破壞了生態(tài)環(huán)境.因此,如何對尾礦進(jìn)行二次利用成為亟待解決的問題,而在尾礦資源化過程中,建材業(yè)必將會扮演越來越重要的角色.2尾礦的利用途徑尾礦是一種“復(fù)合”的礦物原料,它們主要由石英、長石、角閃石、石榴石、輝石以及由其蝕變而成的粘土、云母類鋁硅酸鹽礦物和方解石、白云石等鈣鎂碳酸鹽礦物組成,化學(xué)成分有硅、鋁、鈣鎂的氧化物和少量鉀、鈉、鐵、硫的氧化物,其中硅、鋁含量較高,這就為尾礦在建材業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了前提條件.尾礦可以用來生產(chǎn)墻體材料、水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等,并可以用做混凝土粗細(xì)骨料和建筑用砂.近年來,研究成果較多的是利用尾礦生產(chǎn)墻體材料,這也是尾礦建材應(yīng)用的主要發(fā)展方向.尾礦如何利用,主要取決于尾礦的化學(xué)組成、礦物組成和粒度特征組成以及現(xiàn)有的技術(shù)條件.2.1蒸壓磚、蒸養(yǎng)磚和復(fù)合磚的制備在尾礦資源化利用的研究當(dāng)中,墻體材料占有很大的比例.傳統(tǒng)的墻體材料的原料一直以燒結(jié)黏土為主,毀壞了大量的農(nóng)田.近幾年,我國“禁黏”的步伐不斷加快,在墻改政策中提出“禁止毀田制磚,保護(hù)土地資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的口號.目前,研究較多的有尾礦制磚、尾礦制作加氣混凝土和混凝土砌塊、尾礦生產(chǎn)水泥、利用尾礦制作玻璃制品和陶瓷制品等.2.1.1尾礦制磚.利用尾礦制磚除通常的建筑用磚外,還包括路面磚、墻面裝飾用磚等,根據(jù)不同的工藝可以分為燒結(jié)磚、蒸壓磚、蒸養(yǎng)磚和雙免磚等.燒結(jié)磚屬于燒結(jié)類建材,是以熱力為形成動力的高溫生成材料.它對尾礦成分的要求較低,只要尾礦的組成范圍符合或者接近產(chǎn)品的設(shè)計成份,就可以作為燒結(jié)磚的主料或者配料使用.蒸壓磚、蒸養(yǎng)磚屬于水合型建材,一般的工藝過程是:以細(xì)尾砂為主要原料,配入少量的骨料、鈣質(zhì)膠凝材料及外加劑,加入少量的水,均勻攪拌后在壓力機(jī)上壓制成型,脫模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù).根據(jù)養(yǎng)護(hù)條件的不同又分為蒸壓磚、蒸養(yǎng)磚.蒸壓磚是經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)硬化而成的磚;蒸養(yǎng)磚是在常溫下經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)硬化而成的磚.雙免磚即免燒免蒸磚,此類建材屬于膠結(jié)型建材,成型的原理與前兩種有本質(zhì)的差別,它是靠膠結(jié)劑在常溫下或者低于100℃環(huán)境下結(jié)合為一個整體的.但是,由于此類建材強(qiáng)度和耐久性的產(chǎn)生,主要是依靠水泥的水化作用,需要保持一定的溫度和濕度.因此,在養(yǎng)護(hù)階段有時需要采用濕熱養(yǎng)護(hù)的方法,這種養(yǎng)護(hù)方式分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù),從這一點(diǎn)看,這種建材制品并不是完全不用蒸養(yǎng);同樣,蒸壓磚和蒸養(yǎng)磚的原料當(dāng)中有時也會加入少量的膠結(jié)材料以增加產(chǎn)品的強(qiáng)度,因此,這幾種產(chǎn)品并沒有嚴(yán)格的區(qū)分.高文元等利用粉煤灰、水淬礦渣和電石渣等工業(yè)廢渣,生產(chǎn)蒸壓灰砂磚的試驗研究,確定出如下的生產(chǎn)配方:砂子20%、電石渣8%、水淬礦渣35%、粉煤灰25%、石灰10%、石膏2%,利用該配方在山西臨汾某磚廠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的蒸壓磚,外形規(guī)整、色澤淡雅,抗折強(qiáng)度均達(dá)到5MPa以上,各項理化性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求.郭建明等利用自燃煤矸石、粉煤灰為主要原料,加入生石灰粉和生石膏粉按圖1的工藝流程制備出雙免磚,自燃煤矸石與粉煤灰含量達(dá)80%以上,具有利廢率高、質(zhì)優(yōu)價廉的優(yōu)點(diǎn),其性能完全符合一等品及優(yōu)等品的各項技術(shù)指標(biāo).2.1.2尾礦制備加氣混凝土和混凝土空心砌塊.目前生產(chǎn)的此類產(chǎn)品多屬于水合型建材和膠結(jié)型建材,其硬化原理同尾礦磚基本相同.加氣混凝土是內(nèi)部均勻分布著微小氣泡的輕質(zhì)混凝土,是硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料加入適量的水和發(fā)氣劑以及其它附加劑,經(jīng)養(yǎng)護(hù)制成的新型建筑材料.王硯等對程潮鐵礦尾礦進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)SiO2含量較低,石英含量較少,石膏含量較高,決定加入水泥(425#普通硅酸鹽水泥)來提高硅質(zhì)材料的含量,鈣質(zhì)材料采用石灰(有效CaO=85.0%);經(jīng)試驗驗證,所用最佳配比為:外加硅質(zhì)材料11%～20%,鈣質(zhì)材料與硅質(zhì)材料之比為3∶7,鋁粉用量為0.8‰;制備出的加氣混凝土,其平均抗壓強(qiáng)度約為3.5MPa,符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求.基本工藝流程如圖2所示.尾礦混凝土砌塊的制備工藝同普通混凝土制備工藝相同,只是混凝土的粗細(xì)骨料都是利用尾礦,其粒徑不超過15mm,可采用破碎的廢石渣,也可以選用一部分石渣與尾礦砂配合,形成連續(xù)級配.張金青對北京附近某鐵礦礦山圍巖碎石以及尾礦進(jìn)行了性能檢測證明,該礦山的碎石和尾礦可以用作混凝土的粗細(xì)骨料,但在設(shè)計配比時需要提高水泥用量.選用的砌塊配合比見表1,經(jīng)28d自然養(yǎng)護(hù)后作常規(guī)檢測.結(jié)果表明,兩種配方的抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了設(shè)計值,尾礦在配料中量的變化明顯影響著最終制品的抗壓性能.2.2燒石英尾礦的工藝流程尾礦水泥就是在水泥配料中引入大量的尾礦,按照正常的水泥生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥,屬于燒結(jié)類建材.由于尾礦一般已經(jīng)經(jīng)過一定程度的磨細(xì),也可以與正常的生產(chǎn)工藝有所不同,可以采用的工藝流程如圖3.一般來說,低硅尾礦比較適合生產(chǎn)水泥,因為石英含量高會導(dǎo)致大量使用校正原料,達(dá)不到大量使用廢物的目的.尾礦用來制作何種類型的水泥,取決于尾礦的成分特點(diǎn)和工藝條件.河南省香山水泥集團(tuán)用鉛鋅尾礦渣代替硫酸渣,用燒石英尾礦代替粘土進(jìn)行配料,配料方案為:石灰石90%、燒石英尾礦6.5%、鉛鋅尾礦渣2.0%、粉煤灰1.5%,制備的水泥經(jīng)試驗證明是符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的,僅材料費(fèi)2003年就可節(jié)省25萬元,經(jīng)濟(jì)效益顯著.2.3密云縣某鐵尾礦微量元素地球化學(xué)由于尾礦是一個復(fù)雜的、多組分體系,完全可以用來生產(chǎn)對透明度要求不高的玻璃建材制品,比如有色玻璃裝飾板、微晶玻璃裝飾板、玻璃馬賽克等;目前,研究較多的是利用尾礦生產(chǎn)微晶玻璃和玻璃馬賽克等.田英良等分析了北京市密云縣某鐵尾礦成分,發(fā)現(xiàn)其成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3,并含一定量的CaO、MgO、Na2O、K2O.且含鐵量高,決定在鐵尾礦中添加適量的CaO、MgO,使之形成CaO—MgO—Al2O3—SiO2系微晶玻璃;加入少量硫磺使部分鐵轉(zhuǎn)化成硫化亞鐵,有助于晶化.采用圖4的工藝流程制備微晶玻璃,鐵尾礦的含量達(dá)到了60%以上,成品的抗折強(qiáng)度為50.2MPa,顯微硬度平均值為675.4,而大理石和花崗巖的抗折強(qiáng)度只有17～19MPa,顯微硬度平均值為153.6,因此,該研究為鐵尾礦資源化利用提供了一條比較好的途徑.2.4尾礦tfe的用量及用量建筑陶瓷種類很多,根據(jù)化學(xué)組成可以分為鈣質(zhì)陶瓷和鎂質(zhì)陶瓷,尾礦建筑陶瓷大多為鈣鎂質(zhì)陶瓷.由于組成尾礦的常見造巖礦物,大都具備作為陶瓷坯體瘠性原料或熔劑原料的基礎(chǔ)條件.因此,只要針對不同的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品進(jìn)行合理的設(shè)計就能夠制出性能較好的陶瓷.張金龍對焦家金礦進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)SiO2含量較高,Al2O3、Na2O、K2O含量一般,鐵硫嚴(yán)重超標(biāo),如果尾礦用于制備白色陶瓷,質(zhì)量會受到影響,因此,決定首先去除有害元素,采用的方法為:螺旋溜槽分級(重選)→(弱+強(qiáng))磁選→浮選.經(jīng)處理后得到的長石粉原料,可以進(jìn)行一次快燒實驗,采用的流程見圖5.試驗結(jié)果表明,尾礦TFe在0.53%以下,用量在45%時,坯體和釉面正常,可在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用.經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析,年實現(xiàn)所得稅總額預(yù)計可達(dá)1898萬元.2.5尾礦作建筑骨料尾礦在建材業(yè)還有很多的用途,比如制作耐火材料、制作無機(jī)人造大理石、用作混凝土骨料和建筑用砂以及用于鋪筑路基等等.陳家瓏對北京地區(qū)的尾礦進(jìn)行了檢驗,證明絕大多數(shù)尾礦制成的人工砂材料性質(zhì)是合格的,因此,只要制定合適的生產(chǎn)工藝就可以取代天然砂石用來配制混凝土.我國馬鞍山鐵礦利用粗粒級尾砂作硅骨料,尾礦中不含云母、硫酸鹽、硫化物、有機(jī)物、粘土、淤泥等有害雜質(zhì),其抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B性、收縮性、抗疲勞、彈性模量及與鋼筋的粘接力均符合國家有關(guān)骨料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,因此尾礦用作建筑骨料潛力極大.3尾礦建材業(yè)低碳排放,且經(jīng)濟(jì)效益高尾礦在建材業(yè)上的應(yīng)用可謂各式各樣,這主要是由于不同地區(qū)的尾礦成分不同造成的.各個礦區(qū)經(jīng)過理論推導(dǎo)和實驗驗證,選擇適合自己的最佳利用方案.就目前我國對尾礦的利用情況來看,大部分是對有用元素的提取回收,或者作為砂石的替代品,高檔次建材制品由于成本較高,還難以形成規(guī)模,處于試驗室階段,無法得到推廣,與傳統(tǒng)的建材制品難以形成競爭優(yōu)勢.但是,由于尾礦建材業(yè)是對資源的二次利用.一方面,減少了資源浪費(fèi),變廢為寶;另一方面,減輕了對環(huán)境的污染,是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所必須做出的努力方向.因此,尾礦建材業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景.2000年專利信息表明尾礦利用涉及建材業(yè)的有33條,而20世紀(jì)80年代還是空白,說明我國尾礦建材業(yè)呈加速發(fā)展的趨勢,應(yīng)用范圍越來越廣.4尾礦建設(shè)的政策和資金支持(1)提高尾礦的資源意識.國家和礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)意識到尾礦資源化的重要性,特別是礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)有長遠(yuǎn)的打算,把無尾工藝作為自己的發(fā)展目標(biāo),這也是采礦業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路.(2)完善相關(guān)的法律法規(guī),加強(qiáng)政策扶持.由于尾礦建材業(yè)的飛速發(fā)展,舊的法律法規(guī)已經(jīng)不