尾矿矿渣处理有什么用？

近十几年来,干粉砂浆作为继预拌混凝土之后的又一新型绿色建筑材料,以其所具有的节约资源、保护环境、确保建筑工程质量、实现资源循环利用等方面的突出优势,得到了政府层面的大力倡导和工程领域的积极推广使用。

与此同时,随着我国社会经济的迅猛发展,由工业生产过程及应用过程产生的废弃物与日俱增。仅以矿山尾矿为例,据不完全统计,我国现有规模矿山超过800多座,年尾矿排放量达3亿吨以上,用于堆放这些尾矿的耕地约需3万亩,堆放费用10亿元。

此外,还造成大量的环境污染。在干粉砂浆产品中,常用到的工业废弃物包括粉煤灰,各种矿渣、冶金渣、废橡胶粉、脱硫石膏等。鉴于粉煤灰的综合利用已有很多成功的实例。本文主要综述矿渣、钢渣、废橡胶粉等应用于干粉砂浆方面的研究进展。矿渣是矿石经过选矿或冶炼后的残余物,尾矿是矿石经过分选作业以后,其有用成分含量最低的矿石。在大多数情况下,两者是有一定联系的。但是,由于各地矿渣和尾矿的组分差异,它们在干粉砂浆中的作用研究结果也不尽相同。

张友贵等利用浙江湖州某露天矿区的尾矿,建立机制砂生产线,生产了高标号机制砂。经检测,各项指标符合《建筑用砂》GB/T14684-2001标准要求。但有研究建议,从保证砂浆工作性和强度考虑,矿渣代砂的比例应控制在50%～80%范围内。曹素改等利用承德某矿业生产中排放的矿渣和尾矿,以矿渣并复配粉煤灰、激发剂替代部分水泥,以粗尾矿代替河砂制备干粉砂浆。测试结果表明,配制的地面砂浆、抹灰砂浆、砌筑砂浆等产品的稠度、分层度、保水性、凝结时间以及28d抗压强度都达到理想的指标水平。并且发现,尾矿部分代砂的砂浆干收缩绝对值在各龄期均比传统的水泥砂浆低,甚至后期略显膨胀。庄梓豪等研究了在固定水胶比和掺有改性膨润土、纤维素醚和可再分散胶乳胶粉条件下,磨细矿渣对干粉砂浆流动度、保水率和力学性能的影响。研究发现,矿渣对干粉砂浆流动度的影响不大,保水率有所降低,磨细矿渣可以提高干粉砂浆的后期强度。这可能是由于矿渣的活性不如水泥,在较短的龄期内未能与水泥浆体中CH反应产生足够的硬度,而随着龄期增长,反应程度提高后,砂浆的力学性能也好慢慢增加。并且,通过矿渣对干粉砂浆孔结构影响的研究发现,矿渣能够在一定程度上减少砂浆中多害孔的数量,使多害孔向少害孔和无害孔转变,优化砂浆孔结构的分布。李毅等系统研究了川化工产生的磷渣在保温砂浆中的应用。研究结果表明,经复合激发剂处理的磷渣矿粉,对保温砂浆的标准稠度用水量影响不大,但可以提高保温砂浆的拉伸粘结强度,同时保温砂浆的导热系数略有减少。张长森等采用江苏某地矿渣为细骨料,研究了保温砌筑砂浆的导热系数、收缩率、抗冻性和力学性能的影响。研究表明,当以矿渣为细骨料时,可以降低干粉砂浆的干燥收缩率并能提高保温砂浆的强度,这可能是由于矿渣具有一定的增塑减水作用,可以有效改善砂浆的和易性。因此,在同样稠度下,以矿渣为细骨料的砂浆用水量较少。但是在一定程度上增大了保温砂浆的导热系数。

钢渣在干粉砂浆中的应用研究钢渣是钢铁工业主要废渣之一,主要来自于金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物,被侵蚀的炉衬料和炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢材性质而加入的造渣材料。其排放量约占钢产量的15%～20%。由于钢渣种类多、处理难度大、牵涉面广,所以绝大部分钢渣弃置于江河或堆占农田,造成环境的污染和资源的浪费。

钢渣是经高温熔融后自然冷却,其机械强度较高,经过加工处理后可以替代河砂。同时,钢渣的化学组分接近于水泥熟料,虽然其胶凝活性较低,但是在早强激发剂的作用下,钢渣可以替代部分水泥。因此,钢渣在干粉砂浆中的应用研究已受到人们的普遍关注。

用宝钢集团的高炉干渣作为细集料用于干粉砂浆。研究结果显示,高炉干渣经颗粒级配筛分试验取细度模数为2.5的中砂,在相同稠度下,干渣砂浆的需水量比普通干粉砂浆高,但保水性较好,当干渣掺量为50%时,砂浆的分层度略优于普通干粉砂浆。在代砂比例高至90%时,干渣代砂砂浆的强度没有不利影响。秦鸿根等采取激发和增稠技术,配制掺钢渣微粉的高性能干粉砂浆取代石灰膏及部分水泥,并对其性能进行了研究。研究结果表明,不同强度等级的干粉砂浆工作性能良好,其稠度在60～80mm,分层度均在10～18mm,满足现行砂浆标准。并且还具有良好的力学性能,掺钢渣微粉的干粉砂浆不仅可以提高砂浆的早期强度,而且可以持续提高后期强度,其力学强度即使将试件长期置于水中,也未观察到下降。吕林女等以武钢产的钢渣微粉和矿渣粉取代部分水泥用于制备干粉砂浆。结果显示:在砂浆中单掺钢渣粉或复掺钢渣粉、矿渣粉均有利于提高其保水性能,但泌水现象仍然存在。如果同时掺入0.15%及以上的纤维素醚可有效解决其离析泌水现象,且显著提高钢渣砂浆的强度。熊付刚将钢渣干燥破碎后过4.74mm的筛作为细集料取代砂制备钢渣砂浆,研究了钢渣掺量对砂浆强度、工作性能、收缩性能和抗冻性能的影响。结果表明,钢渣掺量对新拌砂浆的工作性能影响明显,砂浆拌合物的稠度随钢渣掺量的增加先增大而减小,砂浆的弹性模量随钢渣掺量的增加先增大后减小。在钢渣掺量较低时,钢渣砂浆与普通砂浆的自然养护干燥收缩值比较接近,在掺量为40%时,干燥收缩值相对最小,在掺量大于60%时,干燥收缩值偏大。砂浆的抗冻性随着钢渣掺量的不同差异很大,40%掺量的钢渣砂浆的抗冻性能最好。