廢棄尾砂性能及其在建材中的應(yīng)用

譚啟明 ，林祖宏 ，尤超 （滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

0 前言

礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)主要為提取有用金屬，提取過(guò)程必須要先經(jīng)過(guò)破碎、磨礦和浮選等工序得到精礦之后才能冶煉出有價(jià)值的金屬，在加工工藝過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)大量的廢棄尾砂，如果設(shè)置的堆砌尾砂區(qū)域靠近河流，會(huì)對(duì)河流和周?chē)h(huán)境造成污染，廢棄尾砂堆砌過(guò)多如不及時(shí)利用會(huì)占用企業(yè)成本，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)廢棄尾砂合理的綜合利用，既可優(yōu)化企業(yè)資源配置又能保護(hù)自然環(huán)境。在我國(guó)建設(shè)綠色環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的背景下，合理地循環(huán)利用廢棄尾砂，將其變廢為寶具有十分重要的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值。

1 廢棄尾砂綜合利用必要性及價(jià)值

1.1 廢棄尾砂綜合利用是節(jié)能環(huán)保的重要舉措

全世界每年排出的廢棄尾砂總量大概50億t，我國(guó)礦業(yè)固體廢棄物年排放總量至少12億t,累計(jì)堆積已達(dá)200億t,占地5.5萬(wàn)hm2，而且因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步和礦產(chǎn)資源綜合利用程度的提高，礦石可采品位的相應(yīng)降低，廢棄尾砂量未來(lái)會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，其大量排放堆積，污染自然生態(tài)環(huán)境，占用有限的土地資源,每年由此造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)300億元。廢棄尾砂，通常所指是在一定的技術(shù)條件下，經(jīng)選礦之后的工業(yè)固態(tài)殘留物，廢棄尾砂中可能含有部分可利用的金屬物質(zhì)。從廣義上講，尾礦、廢石、煤矸石、粉煤灰或者高爐渣等均可通稱(chēng)為廢棄尾砂。企業(yè)堆砌的廢棄尾砂需要占用大量土地和成本，容易污染周?chē)h(huán)境，危害生態(tài)和人們的健康，廢棄尾砂的綜合利用十分令人關(guān)注。廢棄尾砂,從表面上看只是工業(yè)企業(yè)選礦后被丟棄的廢棄物，但是在21世紀(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人們認(rèn)識(shí)的改變和環(huán)保意識(shí)的提高,廢棄尾砂已實(shí)現(xiàn)變廢為寶，是可循環(huán)利用的物質(zhì)資源，被稱(chēng)為自然礦產(chǎn)的二次資源。

1.2 廢棄尾砂綜合利用是我國(guó)戰(zhàn)略規(guī)劃重要組成部分

上世紀(jì)九十年代成立了中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院尾礦研究中心,是我國(guó)唯一的一家專(zhuān)門(mén)從事礦山廢石、尾礦、等工業(yè)固體廢棄物資源綜合利用新技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和成果轉(zhuǎn)化的科技型研究機(jī)構(gòu)。特別是在利用廢棄尾砂研究制作建筑原材料、研究微晶玻璃系列產(chǎn)品等方面，做了巨大的努力和突出貢獻(xiàn)。為了促進(jìn)廢棄尾礦的綜合利用,工信部發(fā)布《大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用“十二五”規(guī)劃》，規(guī)劃明確指出，大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用。僅2010年大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用全國(guó)總量超過(guò)11億t,綜合利用率實(shí)現(xiàn)40%以上,對(duì)廢棄尾砂的循環(huán)利用應(yīng)用成效顯著。

1.3 廢棄尾礦實(shí)際用途廣泛，綜合利用價(jià)值高

廢棄尾礦的綜合利用，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同主要是繼續(xù)提取有用的金屬元素、制作新型建筑材料、路面材料以及用做礦山、土地生態(tài)恢復(fù)的填充材料等（如下表所示）。本文僅就廢棄尾礦在建材中的應(yīng)用做些舉例分析說(shuō)明。采用廢棄尾砂作為建筑工程原材料時(shí)因其特殊的性能，在民用建筑工程中，應(yīng)特別注意檢驗(yàn)采用尾砂做原材料的輻射性。必須考慮建筑工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境，對(duì)應(yīng)用的工程進(jìn)行合理的技術(shù)調(diào)整。

1.4 案例

滁州因礦建市，礦業(yè)是支柱產(chǎn)業(yè)，滁州地區(qū)開(kāi)采和選礦規(guī)模很大，選礦后產(chǎn)生大量的工業(yè)廢料即尾礦。我國(guó)目前各地大多是把尾礦存于尾礦庫(kù)中，滁州市有多座大中型尾礦庫(kù)，不僅占用寶貴的土地（如圖1所示），需要大量建設(shè)和維護(hù)成本的投入，而且尾礦庫(kù)對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境有一定的影響或破壞，如管理不當(dāng)或發(fā)生重大自然災(zāi)害，可能造成潰壩等重大安全事故。近年來(lái)，我國(guó)建筑工程的規(guī)模持續(xù)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、石灰石等自然資源，因此合理的利用礦業(yè)固體廢料，對(duì)廢棄尾砂開(kāi)發(fā)研究，變廢為寶在建筑材料中推廣應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

廢棄尾砂綜合利用

圖1 廢棄尾砂存儲(chǔ)

2 廢棄尾砂在建材中的應(yīng)用

2.1 廢棄尾砂做建材原材料

廢棄尾砂在建材中的應(yīng)用具有顯著的環(huán)境效益、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)尾砂的綜合利用研究和作為建材原材料的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明廢棄尾砂作建材的原材料是安全可行和具有普遍推廣應(yīng)用價(jià)值的[2]。例如，通過(guò)對(duì)廢棄尾砂進(jìn)行級(jí)配等方面的調(diào)整，科學(xué)設(shè)計(jì)尾砂在混凝土配合比，采用高性能減水劑或者其他功能性化學(xué)外加劑可以生產(chǎn)出滿(mǎn)足工作性、力學(xué)性能、變形性能及耐久性等高質(zhì)量要求的高性能混凝土，作為建筑工程原材料。

利用尾礦生產(chǎn)建材系列產(chǎn)品,已成為實(shí)現(xiàn)尾礦減量，降低對(duì)自然環(huán)境的影響，最大程度地提高自然資源利用率的重要途徑。如今廢棄尾砂已成為陶瓷、玻璃和建筑材料等工業(yè)的原材料，在多種工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)成效明顯,應(yīng)用前景廣闊。例如,在上世紀(jì)90年代初期,利用銅礦、鋼鐵的廢棄尾砂等制成紫砂、藝術(shù)陶瓷、砂鍋等，或者利用廢棄尾砂作為建筑外墻磚、錦磚、水泥以及廣場(chǎng)磚等的原材料。

2.2 利用廢棄尾砂生產(chǎn)新型材料

實(shí)現(xiàn)廢棄尾礦“減量化、無(wú)害化、資源化”的重要途徑是生產(chǎn)建材新型材料系列產(chǎn)品。特別是現(xiàn)階段,廢棄尾礦已成為建材的重要原料，作為陶瓷、玻璃工業(yè)和新型材料工業(yè)的復(fù)合礦物原料被廣泛應(yīng)用,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯,未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。廢棄尾礦的綜合利用，生產(chǎn)新型建筑材料系列產(chǎn)品,提高了就業(yè)率,又實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境保護(hù),是循環(huán)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)[3]。

微晶玻璃是利用廢棄尾砂生產(chǎn)新型材料的典型應(yīng)用，微晶玻璃是國(guó)際上近幾年新興的一種應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的建材，在機(jī)械力學(xué)材料、光學(xué)材料、電子與微電子材料、生物醫(yī)學(xué)材料、化學(xué)化工材料、建筑材料等多種領(lǐng)域應(yīng)用中得到推廣使用。特別是泡沫微晶玻璃作為建筑結(jié)構(gòu)材料、熱絕緣材料或者制造纖維復(fù)合增韌微晶玻璃，得到了廣泛的研究、推廣和應(yīng)用。微晶玻璃被用于制造原子反應(yīng)堆控制棒上的材料，可作為反應(yīng)堆密封劑和核廢料存儲(chǔ)材料等，具有耐腐蝕、抗磨損、熱穩(wěn)定、電絕緣、抗壓、抗沖擊、強(qiáng)度高、無(wú)放射性危害等多種優(yōu)良性能。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)廢棄尾砂的利用率有所改變和提高，但實(shí)際利用率仍有很大提高空間，廢棄尾砂在建材行業(yè)中應(yīng)用的基礎(chǔ)理論研究比較缺乏，循環(huán)利用技術(shù)體系還不完善，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)廢棄尾砂性能理論研究和實(shí)踐應(yīng)用，不斷拓展廢棄尾砂在建筑材料中的應(yīng)用，提高綜合利用率，降低占用的土地資源，保護(hù)環(huán)境。