淺談尾礦在汽車行業中的應用

礦產資源是科技社會不可或缺的原材料，在人類社會的發展中發揮著不可替代的作用。中國95%以上的能源、80%以上的工業資源和70%以上的農業生產手段都來自礦產資源。礦產資源的開采和使用對社會進步產生了巨大的影響，同時也嚴重污染了環境。據不完全統計，2004年礦產資源開發產生的廢物達到約70萬噸。這些廢棄物不僅占用了大量土地，而且污染、環境破壞和生態環境。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，但受到技術條件的限制，不能充分利用。現在世界各國非常重視廢物的開發。發達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加工成細粒的物料,且含有大量可利用的有用組分,具有污染與利用的雙重性.各工業化國家都把無廢料礦山作為礦山開發目標,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腐蝕玻璃外,還研制生產各種礦物膠凝材料;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,研制出輕質骨料,其密度為1.77g/cm3,抗壓強度8.33MPa.我國對尾礦資源化也比較重視,在“中國21世紀議程”中,已將尾礦的開發利用,作為今后支持發展的內容之一.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,引進國外“雙免”磚生產技術,建成4條生產線,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,技術比較落后.由于我國自然礦產資源中80%為共伴生礦,綜合利用的工藝技術存在一些問題,導致不少的礦山資源未能利用,即使利用了,回收率也很低,有相當部分企業的礦產綜合利用項目,尚屬低層次的原料生產及粗加工利用,其產品檔次較低、市場銷路有限、經濟效益不理想.目前礦產資源的總回收率只能達到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,不僅浪費了人力財力,還造成了環境污染.而且,很多小型礦山沒有尾礦庫,尾礦直接排入河溝.尾礦中可遷移元素發生化學遷移后,對土壤、水體造成污染,破壞了生態環境.因此,如何對尾礦進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的廣泛應用提供了前提條件.尾礦可以用來生產墻體材料、水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等,并可以用做混凝土粗細骨料和建筑用砂.近年來,研究成果較多的是利用尾礦生產墻體材料,這也是尾礦建材應用的主要發展方向.尾礦如何利用,主要取決于尾礦的化學組成、礦物組成和粒度特征組成以及現有的技術條件.2.1蒸壓磚、蒸養磚和復合磚的制備在尾礦資源化利用的研究當中,墻體材料占有很大的比例.傳統的墻體材料的原料一直以燒結黏土為主,毀壞了大量的農田.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,保護土地資源,保護生態環境”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,根據不同的工藝可以分為燒結磚、蒸壓磚、蒸養磚和雙免磚等.燒結磚屬于燒結類建材,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品的設計成份,就可以作為燒結磚的主料或者配料使用.蒸壓磚、蒸養磚屬于水合型建材,一般的工藝過程是:以細尾砂為主要原料,配入少量的骨料、鈣質膠凝材料及外加劑,加入少量的水,均勻攪拌后在壓力機上壓制成型,脫模后標準養護.根據養護條件的不同又分為蒸壓磚、蒸養磚.蒸壓磚是經高壓蒸汽養護硬化而成的磚;蒸養磚是在常溫下經蒸汽養護硬化而成的磚.雙免磚即免燒免蒸磚,此類建材屬于膠結型建材,成型的原理與前兩種有本質的差別,它是靠膠結劑在常溫下或者低于100℃環境下結合為一個整體的.但是,由于此類建材強度和耐久性的產生,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,在養護階段有時需要采用濕熱養護的方法,這種養護方式分為蒸汽養護和蒸壓養護,從這一點看,這種建材制品并不是完全不用蒸養;同樣,蒸壓磚和蒸養磚的原料當中有時也會加入少量的膠結材料以增加產品的強度,因此,這幾種產品并沒有嚴格的區分.高文元等利用粉煤灰、水淬礦渣和電石渣等工業廢渣,生產蒸壓灰砂磚的試驗研究,確定出如下的生產配方: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行工業化生產的蒸壓磚,外形規整、色澤淡雅,抗折強度均達到5MPa以上,各項理化性能均符合國家標準的要求.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80%以上,具有利廢率高、質優價廉的優點,其性能完全符合一等品及優等品的各項技術指標.2.1.2尾礦制備加氣混凝土和混凝土空心砌塊.目前生產的此類產品多屬于水合型建材和膠結型建材,其硬化原理同尾礦磚基本相同.加氣混凝土是內部均勻分布著微小氣泡的輕質混凝土,是硅質材料和鈣質材料加入適量的水和發氣劑以及其它附加劑,經養護制成的新型建筑材料.王硯等對程潮鐵礦尾礦進行了分析,發現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)來提高硅質材料的含量,鈣質材料采用石灰(有效CaO=85.0%);經試驗驗證,所用最佳配比為:外加硅質材料11%～20%,鈣質材料與硅質材料之比為3∶7,鋁粉用量為0.8‰;制備出的加氣混凝土,其平均抗壓強度約為3.5MPa,符合國家標準要求.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,形成連續級配.張金青對北京附近某鐵礦礦山圍巖碎石以及尾礦進行了性能檢測證明,該礦山的碎石和尾礦可以用作混凝土的粗細骨料,但在設計配比時需要提高水泥用量.選用的砌塊配合比見表1,經28d自然養護后作常規檢測.結果表明,兩種配方的抗壓強度都達到了設計值,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工藝,生產符合國家標準的水泥,屬于燒結類建材.由于尾礦一般已經經過一定程度的磨細,也可以與正常的生產工藝有所不同,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水泥,因為石英含量高會導致大量使用校正原料,達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和工藝條件.河南省香山水泥集團用鉛鋅尾礦渣代替硫酸渣,用燒石英尾礦代替粘土進行配料,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%,制備的水泥經試驗證明是符合國家標準要求的,僅材料費2003年就可節省25萬元,經濟效益顯著.2.3密云縣某鐵尾礦微量元素地球化學由于尾礦是一個復雜的、多組分體系,完全可以用來生產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,發現其成分主要為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,鐵尾礦的含量達到了60%以上,成品的抗折強度為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,根據化學組成可以分為鈣質陶瓷和鎂質陶瓷,尾礦建筑陶瓷大多為鈣鎂質陶瓷.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條件.因此,只要針對不同的生產工藝和產品進行合理的設計就能夠制出性能較好的陶瓷.張金龍對焦家金礦進行了分析,發現SiO2含量較高,Al2O3、Na2O、K2O含量一般,鐵硫嚴重超標,如果尾礦用于制備白色陶瓷,質量會受到影響,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)磁選→浮選.經處理后得到的長石粉原料,可以進行一次快燒實驗,采用的流程見圖5.試驗結果表明,尾礦TFe在0.53%以下,用量在45%時,坯體和釉面正常,可在工業生產中應用.經過經濟分析,年實現所得稅總額預計可達1898萬元.2.5尾礦作建筑骨料尾礦在建材業還有很多的用途,比如制作耐火材料、制作無機人造大理石、用作混凝土骨料和建筑用砂以及用于鋪筑路基等等.陳家瓏對北京地區的尾礦進行了檢驗,證明絕大多數尾礦制成的人工砂材料性質是合格的,因此,只要制定合適的生產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、有機物、粘土、淤泥等有害雜質,其抗拉強度、抗滲性、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骨料技術標準要求,具有較好的經濟效益,因此尾礦用作建筑骨料潛力極大.3尾礦建材業低碳排放,且經濟效益高尾礦在建材業上的應用可謂各式各樣,這主要是由于不同地區的尾礦成分不同造成的.各個礦區經過理論推導和實驗驗證,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,還難以形成規模,處于試驗室階段,無法得到推廣,與傳統的建材制品難以形成競爭優勢.但是,由于尾礦建材業是對資源的二次利用.一方面,減少了資源浪費,變廢為寶;另一方面,減輕了對環境的污染,是人類實現可持續發展所必須做出的努力方向.因此,尾礦建材業有著廣闊的發展前景.2000年專利信息表明尾礦利用涉及建材業的有33條,而20世紀80年代還是空白,說明我國尾礦建材業呈加速發展的趨勢,應用范圍越來越廣.4尾礦建設的政策和資金支持(1)提高尾礦的資源意識.國家和礦山企業應當意識到尾礦資源化的重要性,特別是礦山企業應當有長遠的打算,把無尾工藝作為自己的發展目標,這也是采礦業實現可持續發展的必由之路.(2)完善相關的法律法規,加強政策扶持.由于尾礦建材業的飛速發展,舊的法律法規已經不