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        對建筑石料尾礦的開發(fā)研究

        2011-12-20 03:49:24陳國軍
        城市建設(shè)理論研究 2011年23期

        陳國軍

        【摘 要】本文結(jié)合課題組通過對建筑石料尾礦進(jìn)行理化試驗、中試焙燒試驗和初步的工業(yè)性試驗.得出建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚是可行的。作出利用建筑石料尾礦開發(fā)新型墻體材料的技術(shù)相關(guān)分析。以供參考!

        【關(guān)鍵詞】建筑石料尾礦;理化試驗;工業(yè)性試驗;綜合利用

        建筑石料尾礦(水洗泥砂)是指礦山企業(yè)根據(jù)建筑質(zhì)量及施工現(xiàn)場環(huán)保要.在建筑石料采選和加工過程中。采用水洗工藝。使建筑石料與泥砂分離所產(chǎn)生的一種廢棄尾礦 以往這些建筑石料尾礦大多數(shù)排入河道.從2003年開始.某市政府加強礦山企業(yè)環(huán)保整治.礦山企業(yè)加工建筑石料時采用污水沉淀池,防止石料尾礦和廢水向河道直接排放.實現(xiàn)了廢水零排放 但石料尾礦的處置問題仍沒有得到有效解決,大量的石料尾礦露天堆放.既占用耕地,又造成水土流失,淤積河道,污染水質(zhì)和環(huán)境,成為該市礦業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展亟待解決的問題。因此進(jìn)行了利用建筑石料尾礦開發(fā)新型墻體材料的技術(shù)攻關(guān)。

        1 建筑石料尾礦的基本情況及礦種的特點

        1.1 基本情況

        該市本級的礦山企業(yè)年產(chǎn)建筑石料3373萬t。據(jù)初步調(diào)查.每年產(chǎn)生的石料尾礦約100多萬t,現(xiàn)累計堆放約500多萬t

        1.2 建筑石料尾礦的主要特點

        該市本級建筑石料尾礦的主要礦種有花崗巖、凝灰?guī)r、砂巖及石灰?guī)r。建筑石灰?guī)r的利用暫不列入本課題研究范圍.課題主要選擇前三種礦種。

        (1)花崗巖 是一種深層酸性火山巖。二氧化硅含量多在70%以上。顏色較淺,以灰白、肉紅色者常見。主要由石英、長石和少量黑云母等暗色礦物組成?;◢弾r是一種分布廣泛的巖石.各個地質(zhì)時代都有產(chǎn)出.形態(tài)多為巖基、巖株、巖鐘等?;◢弾r結(jié)構(gòu)均勻,質(zhì)地堅硬,抗壓強度根據(jù)石材品種和產(chǎn)地不同而異.約為10MPa-30MPa。其較粗的顆粒加工后可代替人工機制砂。

        (2)凝灰?guī)r。主要由粒徑小于2mm的火山灰(巖屑、晶屑、玻屑)及火山碎屑等(含量50%1~]k)固結(jié)而成。

        (3)砂巖。是一種沉積巖,由石粒經(jīng)過水沖運動后沉淀而成.經(jīng)堆積變得堅固.后因地球造山運動而形成。主要成分:石英60%以上,黏土10%左右,針鐵礦13%左右.其他物質(zhì)10%以上。

        2 建筑石料尾礦的主要理化指標(biāo)分析及試驗

        本課題研究的主要方向是利用建筑石料尾礦開發(fā)燒結(jié)類新型墻體材料。為掌握建筑石料尾礦的主要特性.課題組委托某建筑材料研究設(shè)計院磚瓦研究所進(jìn)行主要理化指標(biāo)的分析.并進(jìn)行中試培燒試驗和初步工業(yè)性生產(chǎn)試驗.得出科研結(jié)論。

        2.1 取樣

        該市本級建筑石料礦山企業(yè)加工點相對比較集中.但各礦點(礦種)成分較為復(fù)雜。為確保各礦山企業(yè)建筑石料尾礦理化數(shù)據(jù)的科學(xué)、合理和真實性,課題組對32個礦點的建筑石料尾礦堆放現(xiàn)場進(jìn)行取樣.每個樣品取3kg左右,用塑料袋封口,集中送建筑材料研究設(shè)計院磚瓦研究所進(jìn)行理化數(shù)據(jù)測試分析。

        2.2 理化分析比較

        32個樣品的理化數(shù)據(jù)分析比照燒結(jié)磚所需原料的理化數(shù)據(jù).見表1、表2。

        表1 化學(xué)數(shù)據(jù)比較

        表2 物理數(shù)據(jù)比較

        注:1.表1、表2化學(xué)組成、顆粒級配、干燥敏感系數(shù)是32個樣品中的最高或最低值。

        2.制磚原料按生產(chǎn)燒結(jié)多孔磚所需的理化指數(shù)要求。

        2.3 摻比試驗

        根據(jù)花崗巖、凝灰?guī)r、砂巖的理化分析指標(biāo)進(jìn)行分類,以當(dāng)?shù)刂拼u的紫頁巖、黏土為主要原料,摻入含量在20%~60%之間經(jīng)攪拌均化的建筑石料尾礦.分組

        進(jìn)行顆粒級配、干燥敏感系數(shù)、塑性指數(shù)試驗。優(yōu)化選擇摻入比例的最佳配方

        2.4 焙燒試驗

        根據(jù)配方要求.以頁巖為主要原料,摻入20%,-40%的建筑石料尾礦:以黏土為主要原料,摻入40%--60%的建筑石料尾礦 分批組進(jìn)行小樣焙燒試驗。焙燒試驗分別在甲建材公司空心磚生產(chǎn)線4.6m隧道窯爐和乙建材公司空心磚生產(chǎn)線2.5m隧道窯爐內(nèi)同時進(jìn)行。

        試驗從進(jìn)窯溫度20℃左右開始.平均每96min升溫64oC,24h升至980℃,6.5h后開始降溫,19h后出窯。出窯溫度70℃左右,在常溫下自然冷卻。通過對3組試樣分別按不同配比試驗得出如下結(jié)論:

        (1)尾礦的含水率較高.需要較長時間的脫水。

        (2)尾礦的塑性指數(shù)較低.需要摻入較高塑性的頁巖或黏土

        (3)尾礦的化學(xué)成分基本符合燒結(jié)空心磚制品的要求。

        (4)由于尾礦與頁巖、黏土的配比不同,窯內(nèi)燒成溫度存在差異.燒成后的試樣外觀色澤不同.但總體上判定可以進(jìn)行中試 待中試后將試制品送權(quán)威部門進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量鑒定.以得出最終結(jié)論。

        3 工業(yè)性試驗

        在試樣分組進(jìn)行摻比焙燒試驗的基礎(chǔ)上。選擇在甲、乙兩家不同工藝技術(shù)的建材公司進(jìn)行工業(yè)性試驗,目的是在不同的生產(chǎn)技術(shù)、不同的頁巖資源條件下,尋找最佳的試驗結(jié)果

        3.1甲建材公司試驗情況

        甲建材公司是我國最早引進(jìn)意大利柏岱斯蒂制磚技術(shù)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè).主要采用隧道窯一次碼坯.磚坯實行人工干燥生產(chǎn)工藝。根據(jù)該公司頁巖制磚機械設(shè)備配置能力及頁巖磚燒結(jié)工藝情況.將經(jīng)過濾水(含水率在20%1)2下)的建筑石料尾礦與當(dāng)?shù)氐牡V區(qū)頁巖原料合理摻配.試驗生產(chǎn)燒結(jié)多孔磚。

        經(jīng)過研究和分組試驗對比.取得了以頁巖為主要原料.摻入20%~40%尾礦制磚的相關(guān)理論數(shù)據(jù)。

        (1)摻入不等量建筑石料尾礦后,磚的外觀質(zhì)量與國家標(biāo)準(zhǔn)對比結(jié)果見表3

        表3 頁巖磚外觀質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)變化情況

        (2)摻入不等量建筑石料尾礦后,磚的強度等級變化情況見表4

        表4 頁巖磚強度等級

        (3)泛霜及石灰爆裂性能試驗指標(biāo)

        試制品無泛霜.符合國標(biāo)GB 13544—2000(燒結(jié)多孔磚》中一等品的規(guī)定:最大破壞尺寸大于2mm且小于等于10mm的爆裂區(qū)域.每組磚樣不得多于15處:不允許出現(xiàn)最大破壞尺寸大于10mm的爆裂區(qū)域的規(guī)定。

        (4)摻人不等量建筑石料尾礦后,頁巖磚抗風(fēng)化性能結(jié)果見表5。

        表5 抗風(fēng)化性能

        注:根據(jù)國標(biāo)GB 13544—20o0《燒結(jié)多孔磚》規(guī)范要求,浙江省屬非嚴(yán)重風(fēng)化區(qū).燒結(jié)磚抗風(fēng)化性能檢測按非嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

        (5)隧道窯內(nèi)焙燒帶溫度影響試驗結(jié)果。

        同體積內(nèi)燃煤摻人量不變時.經(jīng)摻人20%~30%建筑石料尾礦,窯內(nèi)焙燒帶溫度測量穩(wěn)定在950℃左右.符合焙燒帶燒成溫度要求。

        3.2 乙建材公司試驗情況

        乙建材公司公司是以頁巖為主要原料生產(chǎn)新型墻體材料的企業(yè).采用國產(chǎn)制磚設(shè)備.窯爐工藝是國內(nèi)較先進(jìn)的三星節(jié)能輪窯.實行人工二次碼坯,磚坯利用輪窯余熱實行人工干燥生產(chǎn)技術(shù)。以頁巖為主要原料.建筑石料尾礦摻人量在20%~30% ,最高摻入量達(dá)到40%.窯內(nèi)焙燒帶溫度測量穩(wěn)定在950℃左右。經(jīng)該市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院檢測.所生產(chǎn)的頁巖燒結(jié)多孔磚的產(chǎn)品質(zhì)量符合國標(biāo)GB 13544—2000《燒結(jié)多孔磚》標(biāo)準(zhǔn)。

        4 利用建筑石料尾礦存在的主要問題

        4.1 建筑石料尾礦顆粒級配和含水率

        (1)含雜物較多。根據(jù)燒結(jié)多孔磚原料顆粒級配要求.原料顆粒應(yīng)在<2mm以下。但目前各礦山企業(yè)建筑石料尾礦中.含有較多>2mm以上的顆粒和小塊石及其他垃圾.勢必增加制磚企業(yè)對建筑石料尾礦處理的設(shè)備投人和生產(chǎn)成本

        (2)含水率高。由于各礦山企業(yè)對建筑石料尾礦堆放處理方式不同.有的礦山企業(yè)有相對固定的堆放場地,有的堆放在廢棄的漾塘、河道中 建筑石料尾礦的含水率相對較高.對原料水分控制以及運輸價格的計算帶來困難

        4.2 普通輪窯利用建筑石料尾礦存在技術(shù)難度

        建筑石料尾礦的化學(xué)成分、顆粒級配、塑性指數(shù)、干燥敏感系數(shù)等不同于一般的黏土、頁巖原料,對生產(chǎn)工藝技術(shù)條件要求較高 課題組選擇甲、乙兩家不同工藝技術(shù)的建材公司進(jìn)行工業(yè)性試驗.主要考慮的是這兩家企業(yè)采用大功率制磚機.窯體內(nèi)用耐火磚砌成,磚坯采用人工干燥生產(chǎn)工藝。磚坯干燥過程中.防止收縮裂縫.干坯在窯內(nèi)培燒時穩(wěn)定在950℃左右 普通輪窯生產(chǎn)企業(yè)在原料中摻量在15%40%以上建筑石料尾礦制成磚坯.如果采用坯場自然干燥.容易產(chǎn)生磚坯收縮裂縫,同時普通輪窯培燒溫度超過950℃,容易燒壞窯體。從試驗的情況分析,磚坯在窯內(nèi)溫度低于900℃ ,產(chǎn)品強度不夠,高于950℃ ,磚坯容易變形.最佳狀態(tài)是窯內(nèi)培燒時穩(wěn)定在950℃左右 而目前磚瓦企業(yè)的制磚設(shè)備、干燥工藝以及培燒溫度控制等生產(chǎn)工藝條件制約著建筑石料尾礦的大量利用

        5 結(jié)語

        建筑石料尾礦露天堆放.長期泡于水中.大部分得到陳化,按一定的比例摻人頁巖、黏土原料中,可以開發(fā)利用 建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚的工業(yè)性試

        驗樣品結(jié)果.根據(jù)燒結(jié)多孔磚國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13544—2000《燒結(jié)多孔磚》進(jìn)行比照,產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。建筑石料尾礦與頁巖摻配制磚是可行的.可以投入工業(yè)生產(chǎn)。課題組局限于技術(shù)力量、檢測手段和試驗條件,目前只在頁巖制磚企業(yè)中利用建筑石料尾礦生產(chǎn)新型墻體材料.下一步將繼續(xù)擴大到黏土制磚企業(yè)對建筑石料尾礦利用的研究。

        注:文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。

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