礦業(yè)廢渣生產(chǎn)混凝土砌塊的技術(shù)研究
2005-05-10 00:00
摘 要：介紹了礦業(yè)廢渣的危害、綜合利用現(xiàn)狀、用其制作混凝土砌塊的工藝流程；對孤山礦的礦業(yè)廢渣通過制作混凝土試塊對其進行了力學(xué)性能試驗，證明礦業(yè)廢渣是可以用作混凝土骨料制作混凝土砌塊，并對礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊進行了應(yīng)用前景展望。
關(guān)鍵詞：尾礦；混凝土砌塊；礦業(yè)廢渣
1 前 言
我國現(xiàn)有較大規(guī)模的尾礦庫400 多座。儲存選礦廠排出的尾礦達50億t 以上。而且每年以3億t的數(shù)量在增長。尾礦排入河道、溝谷、低地，污染水土大氣，破壞環(huán)境，甚至造成嚴(yán)重災(zāi)害，因此，尾礦的治理和利用是十分緊迫的事情。
我國大多數(shù)金屬礦山尾礦品位低，尾礦排出量大。據(jù)統(tǒng)計，礦山每年的尾礦占固體廢料的1/ 3 左右，而目前尾礦綜合利用率僅為8. 2 %左右。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，進一步開發(fā)利用尾礦資源，使尾礦資源化，變廢為寶是治理尾礦污染的的積極方案。為此，大力開展科技攻關(guān)，通過示范工程，建立高附加值的產(chǎn)業(yè)，推進科技成果產(chǎn)業(yè)化，使尾礦得到綜合回收與整體利用，不僅加強了環(huán)境治理也可創(chuàng)造巨大的社會財富。
在尾礦綜合利用上，以前多關(guān)心尾礦中有價金屬礦物組分的回收利用，但仍會排出大量沒有利用的尾礦，沒有整體解決尾礦利用問題。即使某些礦山曾研究將尾礦作為建筑材料、玻璃原料加以利用，只可惜未能引起礦業(yè)界的普遍關(guān)注，尾礦整體綜合利用仍沒有很好解決。
近20年來，礦山企業(yè)及科技工作者開展了對尾礦中非金屬組分的回收和全部尾礦的整體利用的開發(fā)試驗研究。研究與實踐經(jīng)驗表明礦山廢石和選廠尾礦可作為鐵路、公路道渣、混凝土粗骨料。多種礦山尾礦可作為建筑用砂，免燒尾礦磚、砌塊、廣場磚、鋪路磚及新型墻體材料原料，有些礦山尾礦可制陶瓷及建筑陶瓷墻地磚、瓦、輕質(zhì)材料；許多礦山尾礦已成為良好的水泥材料，有望形成尾礦水泥系列；高硅尾礦可作玻璃；不少尾礦可制微晶玻璃；有望成為新材料原料，日益得到社會承認(rèn)，成為社會新生產(chǎn)力的組成部分。
2 礦業(yè)廢渣綜合利用現(xiàn)狀
2. 1 煤矸石的綜合利用
煤矸石是采煤過程中產(chǎn)生的廢渣，包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采煤過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石。它是成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比較堅硬的黑色巖石，是由碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)砂巖、頁巖、粘土等組成的混合物。我國各地煤矸石化學(xué)成分相差很大。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，國外的主要煤炭生產(chǎn)國和我國都已有了數(shù)以億噸計的煤矸石，并且仍在繼續(xù)增加。煤矸石的堆積不但占用了大量土地，而且其中硫化物的散發(fā)會污染大氣和水源，其中的黃鐵礦易被空氣氧化放出熱量，甚至引起自燃，煙霧也污染環(huán)境。當(dāng)然，煤矸石也是一種可用的資源。含碳量較高的煤矸石可直接供沸騰爐作燃料；含碳量較低可用于磚瓦、水泥等建材的生產(chǎn)，含碳量極低的可填坑造地或用作路基材料。利用煤矸石還能制造一些化工產(chǎn)品。
2. 2 廢石及尾礦用作采礦充填料
采礦廢石用作充填料充填地下采空區(qū)，既可節(jié)省專門去開采充填料的費用，又可減少地表廢石堆的面積，還可以減少或消除廢石對環(huán)境造成的危害。國內(nèi)很多礦山都采取了這一措施，收到了明顯的經(jīng)濟和社會效益。我國鈾礦山的廢石已大都用作充填料回填了采空區(qū)。
2. 3 用尾礦粗砂作混凝土骨料
尾礦未經(jīng)再選直接利用，可歸類為非金屬礦資源用于制備建筑材料。這是本文討論的重點。
2. 4 從廢石或尾礦中回收有用金屬
廢石及尾礦中常常含有多種有用元素，回收和提取這些元素，不但能在經(jīng)濟上帶來收益，而且可以減輕廢石和尾礦對環(huán)境的污染。
3 礦業(yè)廢渣制作混凝土砌塊工藝
3. 1 混凝土的制備工藝
混凝土的制備工藝，主要指的是混凝土拌和物的攪拌?；炷涟韬臀锏臄嚢?，除了能起混合作用外，還能起到一定的塑化和強化作用。生產(chǎn)混凝土砌塊的混凝土，一般采用干硬性的普通混凝土或輕質(zhì)混凝土。干硬性混凝土由于水泥用量和加水用量都比較少，集料難于自由拌和，故宜采用強制式攪拌機進行攪拌?；炷恋臄嚢钑r間，對拌和物的勻質(zhì)性有明顯影響。攪拌時間過短，則拌和不勻，會降低混凝土的強度及和易性；攪拌時間過長，不僅會影響攪拌機的效率，而且會使混凝土的和易性又重新降低或產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象?；炷翍?yīng)攪拌至各種組成材料混合均勻，顏色一致，對于高強度混凝土、干硬性混凝土尤應(yīng)注意。在拌和物的攪拌過程中，自全部材料裝入攪拌筒起，至混凝土由筒中開始卸料時為止，延續(xù)的最短時間。
3. 2 混凝土砌塊的成型工藝
成型是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序。由于混凝土砌塊是半干硬性或干硬性混凝土(流動性差) ，采用振動加壓密實成型是比較理想的工藝方法。其優(yōu)點是：小砌塊成型質(zhì)量好、成型效率高、水泥消耗少、成本低、可以立即脫模養(yǎng)護，使砌塊生產(chǎn)方式具有較大的靈活性。主要缺點是：成型時振動噪音大。制作試件的試模由鑄鐵或鋼制成，具有足夠的剛度并拆裝方便。試模的內(nèi)表面應(yīng)通過機械加工，其不平度應(yīng)為每100 mm 不超過0. 05 mm。組裝后各相鄰面的不垂直度不超過±0. 5°。制作試件前，將試模擦干凈并在其內(nèi)壁上涂上一層礦物油脂或其它脫模劑。采用振動臺振動成型時，將混凝土拌和物一次裝入試模，裝料時用抹刀沿試模內(nèi)壁略加插搗并使混凝土拌和物高出試模上口。振動時防止試模在振動臺上自由跳動。振動持續(xù)到混凝土表面出漿為止，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。
3. 3 混凝土砌塊的養(yǎng)護工藝
養(yǎng)護是混凝土砌塊生產(chǎn)的基本工序之一，它對混凝土砌塊的質(zhì)量影響很大。養(yǎng)護的目的是為了保證混凝土凝結(jié)硬化得以正常進行，使砌塊能獲得所需要的物理力學(xué)性能和耐久性。養(yǎng)護是混凝土砌塊生產(chǎn)過程中時間最長的工序，通常占整個生產(chǎn)周期的80 %～90 %?；炷疗鰤K養(yǎng)護工藝有三要素，即養(yǎng)護濕度、溫度和養(yǎng)護延續(xù)時間。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的試件成形后應(yīng)覆蓋表面，以防止水分蒸發(fā)，并在溫度為(20 ±5) ℃情況下靜置一晝夜至兩晝夜，然后編號拆模。拆模后的試件立即放在溫度為(20 ±3) ℃，濕度為90 %以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)試件應(yīng)放在架上，彼此間隔為10～20 mm ，并避免用水直接沖淋試件。混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后進行試驗。
4 混凝土砌塊工程應(yīng)用前景展望
混凝土砌塊建筑具有很多優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在：
(1) 節(jié)地，混凝土砌塊建筑能耗低，符合國家技術(shù)發(fā)展政策。與粘土實心磚相比生產(chǎn)能耗減少近50%；
(2) 自重輕，減少了上部結(jié)構(gòu)的載荷，有利于建筑抗震。小砌塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為390 mm ×190 mm×190mm ，空心率為47% ，重約18kg ，相當(dāng)于9. 6 塊標(biāo)準(zhǔn)磚、墻體自重減少30%左右；
(3) 施工速度快，1m 小砌塊砌體需用標(biāo)準(zhǔn)砌塊12. 5 塊，而1140m厚磚墻需用標(biāo)準(zhǔn)磚192 塊，490 mm 厚厚磚墻需用標(biāo)準(zhǔn)塊256 塊，大幅地降低了砌筑工人的勞動強度，可提高砌筑速度40%～90%；
(4) 節(jié)約砂漿，與粘土實心磚相比可節(jié)約砂漿60%左右；
(5) 增加使用面積，一般可增加使用面積3%～5% ，使用面積系數(shù)有所提高；
(6) 抗震性能好，國外混凝土砌塊應(yīng)用和發(fā)展的經(jīng)驗及國內(nèi)大量混凝土砌塊配筋砌體的實踐證明：配筋和注芯不僅提高砌體的強度，還可以大大改善砌體抗變形的能力，把脆性材料變成了有較好延性的彈塑性材料，并且有較好的抗震性能；
(7) 鋼材用量適中，與同等規(guī)模的磚混結(jié)構(gòu)相比，鋼筋用量增加約30%左右，每平方米建筑面積的含鋼率約為20～25kg ；
(8) 節(jié)約投資與功能相同其他結(jié)構(gòu)形式的建筑相比，每平方米建筑造價減少1%～8% ，同時還可免除墻改費、投資方向調(diào)節(jié)稅等，綜合經(jīng)濟效益顯著。
國內(nèi)試點工程及國外資料綜合分析表明：高層混凝土砌塊配筋砌體結(jié)構(gòu)與同等規(guī)模的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，工程造價降低10%～25% ，三材(鋼筋、水泥和木材) 用量減少30%～50% ，施工周期縮短1/3以上。
綜上所述，砌塊建筑有諸多的優(yōu)越性。發(fā)展砌塊建筑，要加大宣傳力度，政府企業(yè)并舉。國家從保護環(huán)境、節(jié)約能源的長遠(yuǎn)目標(biāo)出發(fā)制定了相關(guān)的政策法規(guī)，各級建委、規(guī)委、墻改辦的正確領(lǐng)導(dǎo)和支持，為砌塊建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間。各個建設(shè)單位尤其是房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)還要改變觀念，做推廣砌塊建筑的主力軍。目前，北京市板式小高層建筑仍主要采用全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，砌塊建筑仍處于試驗階段。砌塊實際使用量不足現(xiàn)有產(chǎn)量的1/3 ，這表明，傳統(tǒng)的觀念還沒有改變，宣傳的力度不夠，普通百姓對砌塊還不夠了解，砌塊建筑給社會帶來的綜合效益還未被認(rèn)可。
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